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Tipo do documento: Tese
Título: Poluição atmosférica na área urbana de Manaus: modelagem e aspectos observacionais de traçadores de queimada
Título(s) alternativo(s): Atmospheric Pollution in the Manaus Urban Region: Modeling and Observational Aspects for Biomass Burning Tracers
Autor: Igor Ribeiro 
Primeiro orientador: Souza, Rodrigo
Primeiro coorientador: Duvoisin Jr., Sergio
Segundo coorientador: Martin, Scot
Resumo: Na região amazônica, secas severas associadas às mudanças climáticas ocorreram com maior frequência no século 21, como as secas de 2005, 2010 e 2015-16. Estudos recentes mostraram que, nos anos de seca extremos, há um aumento significativo dos incêndios florestais. As queimadas aumentam a concentração do monóxido de carbono (CO), do metano atmosférico (CH4) e do material particulado na atmosfera da Amazônia, gerando uma fumaça que cobre grandes áreas e desempenha papel vital nos sistemas ambientais, na qualidade do ar e impactos adversos sobre a saúde humana. Assim, na escala regional, o presente estudo investigou o impacto das queimadas da região amazônica na variabilidade espaço-temporal do metano e do monóxido de carbono, em particular, durante anos de seca intensa. Além disso, na escala local, avaliou-se o impacto sobre a qualidade do ar da área urbana de Manaus com foco no traçador de queimada levoglucosano presente no material particulado fino (MP2,5) durante um período de El Niño (2015) e um período de não-El Niño (2016), bem como, analisou-se a variabilidade sazonal e suas possíveis regiões de origem durante um experimento de campo intensivo de amostragem de MP2,5 em superfície, entre agosto de 2017 e julho de 2018. Inicialmente, a partir dos dados de satélite de CH4, CO e queimadas, foi realizada uma análise das suas inter-relações e variabilidade espaço-temporal sobre a Amazônia no período de 2003 a 2012, com foco nos anos secos de 2005, 2007 e 2010. Os resultados mostraram ciclos sazonais consistentes das queimadas e CO com maiores valores durante a estação seca. Observaram-se relações positivas entre o aumento do número de queimadas, principalmente na porção sul da Amazônia, com consequentes contribuições para a variabilidade interanual de CO e CH4, durante os anos secos de 2005, 2007 e 2010 e negativos durante os anos úmidos de 2008, 2009 e 2011. Posteriormente, analisou-se a variabilidade espaço-temporal dos focos de queimadas e monóxido de carbono durante os episódios de seca de 2005, 2010 e 2015, em particular sobre a Amazônia. As ocorrências de queimadas na estação seca foram menores em 2015 do que em 2005 (- 44%) e 2010 (-47%). Por outro lado, na estação de transição seca-chuvosa, ocorreu um maior número de queimadas em 2015 do que em 2005 (+192%) e 2010 (+332%). A concentração de CO mostrou variações positivas (até +30%) ocorridas no sul da Amazônia e no Brasil central durante as estações secas de 2005 e 2010, e ao norte de 20 ºS durante a estação de transição seca-chuvosa de 2015/2016. Em 2015 as queimadas ocorreram, principalmente, na porção central e norte da Amazônia, uma área historicamente com pouca ocorrência de queimadas. Ainda, a partir da investigação da influência das emissões de queima de biomassa da Amazônia sobre a poluição urbana na região metropolitana de Manaus durante um forte período El Niño (2015) e um período não-El Niño (2016), observou-se que a concentração de CO foi até 15% maior e a concentração de levoglucosano foi até 500% maior na região metropolitana de Manaus durante o El Niño, em comparação com o período não-El Niño. Por fim, observou-se um ciclo sazonal bem definido do principal traçador de queima de biomassa (levoglucosano) em superfície na área urbana de Manaus, entre agosto de 2017 a julho de 2018. A partir dessas medidas em superfície, combinadas com os dados de queimadas na região amazônica a partir de dados de satélite e simulações no modelo Stochastic Time-Inverted Lagrangian Transport (STILT) para acompanhar a evolução do tempo de retorno de um conjunto de partículas a partir de Manaus, observaram-se que as queimadas nas cidades localizadas a leste de Manaus, juntamente com as contribuições das emissões das queimadas das regiões leste e sudeste do Estado do Pará, foram identificadas como as principais regiões de origem de partículas de queima de biomassa transportadas no nível superficial na zona urbana de Manaus. Portanto, estes resultados apontam para uma intensa degradação da qualidade do ar, que pode ocorrer na região metropolitana de Manaus, se as tendências de seca e queima de biomassa continuarem no futuro.
Abstract: In the Amazon region, severe droughts associated with climate change occurred in the 21st century, such as the 2005, 2010 and 2015-16 droughts. Recent studies have shown that in extreme drought years there is a significant increase in forest fires. Burning increases the concentration of carbon monoxide (CO), atmospheric methane (CH4) and particulate matter in the Amazonian atmosphere, generating smoke that covers large areas and plays a vital role in environmental systems, air quality and strong adverse impacts. about human health. Thus, at the regional scale, the present study investigated the impact of biomass burning in the Amazon region on the spatiotemporal variability of methane and carbon monoxide, particularly during drought years. In addition, at the local scale, the impact on air quality of the urban area of Manaus was evaluated, focusing on the levoglucosan, a biomass burning tracer, present in the PM2.5 during a period of El Niño (2015) and a period of non-El Niño (2016), as well as, seasonal variability and its possible regions of origin were analyzed during an intensive field experiment of surface PM2.5 sampling, from August 2017 to July 2018. Initially, from CH4, CO and fires satellite data, an analysis of their interrelationships and spatiotemporal variability over the Amazon in the period 2003-2012, focusing on the dry years of 2005, 2007 and 2010, was carried out. Positive peaks were observed in the relationship between the increase in the number of fires, mainly in the southern area of the Amazon, with consequent contributions to the interannual variability of CO and CH4 during the dry years of 2005, 2007 and 2010 and negative during the wet years. Afterwards, we analyzed the spatiotemporal variability of the biomass burning and carbon monoxide during the 2005, 2010 and 2015 drought episodes, in particular over the Amazon. During the dry season, the occurrences of fires were lower in 2015 than in 2005 (-44%) and 2010 (-47%). On the other hand, in the dryto-wet transition season, they were higher in 2015 than in 2005 (+ 192%) and 2010 (+ 332%). The CO concentration showed positive variations (up to + 30%) that occurred in southern Amazonia and central Brazil during the dry seasons of 2005 and 2010, and north of 20 ºS during the dry-to-wet transition season of 2015-16. In 2015 the fires occurred mainly in the central and northern of the Amazon. Also, from the investigation of the influence of biomass burning emissions on urban pollution in the metropolitan region of Manaus during a strong El Niño (2015) and a non-El Niño (2016) period, it was observed that CO concentration was up to 15% higher and levoglucosan concentration up to 500% higher in Manaus metropolitan region during El Niño compared to non-El Niño period. Finally, a well-defined seasonal cycle of levoglucosan was observed in the urban area of Manaus, from August 2017 to July 2018. From these surface measurements combined with the biomass burning satellite data in the Amazon region and combining an ensemble of stochastic back trajectories at the Manaus receptor within the Stochastic Time-Inverted Lagrangian Transport (STILT) model, it was observed that the biomass burning in the cities located east of Manaus, together with the contributions of the biomass burning emissions from the eastern and southeastern regions of Pará State, were identified as the main regions of origin of the biomass burning particles transported at the surface level in the urban area of Manaus. Therefore, these results point to a strong degradation of air quality that may occur in the metropolitan region of Manaus if drought and biomass burning trends continue in the future.
Palavras-chave: incêndios florestais
química da atmosfera
poluição do ar
Amazônia
forest fires
Air pollution
Amazon
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia
Sigla da instituição: INPA
Programa: Clima e Ambiente
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://bdtd.inpa.gov.br/handle/tede/3183
Data de defesa: 9-Set-2019
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