Estudo da Dispersão de Monóxido de Carbono Emitido por Queimadas na Amazônia legal em 19 Agosto de 2010 Baseado em: Simulações do Modelo WRF-Chem e Sensoriamento Remoto

http://dx.doi.org/ 10.5902/2179460X16230The Amazon region has a unique tropical ecosystem that still preserves much of its native forest, however, has undergone extensive changes due to the constant presence of fire in the region. The chemical module of the atmospheric model WRF (WRF/CHEM – Weather Reaserch Forecasting/CHEMistry), allowed analysis of the concentration and dispersion of the trace gas Carbon  Monoxide  (CO),  arising  from  burning  source  detected  operationally  in  the   National Institute for Space Research (INPE), by AVHRR sensors of the NOAA-15, NOAA16, NOAA-17, NOAA-18 and NOAA-19 polar satellites; images of MODIS sensor on NASA’s polar satellites TERRA and AQUA, and the images of the geostationary satellites GOES-12 and MSG-2, on August 19, 2010. To evaluate the dispersion wind direction and was used at 10 meters high, in order to estimate the destination of the gas plume emitted by the  forest fire, is also an analysis of the transport of atmospheric trace gas column through remote sensing with instrument information AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) aboard the AQUA satellite. It was seen CO can affect local air  quality  by  taking  high  concentrations  within  a  few  kilometers  of  the  emission  source ( approximately 2000 ppbv), but with the dispersion of the gas due to the wind, it is possible to see concentrations close to 500 ppbv at least 300 km from the emission source, with transport of pollutant reaching other countries of South America.A Região Amazônica, apresenta um ecossistema tropical único que ainda preserva grande parte de sua floresta nativa, no entanto, vem sofrendo extensivas mudanças devido a constante presença de queimadas nessa região.  O módulo químico do modelo atmosférico WRF (WRF/CHEM – Weather Reaserch Forecasting/CHEMistry), possibilitou a análise da concentração e dispersão do gás traço Monóxido de Carbono (CO), oriundos dos focos de queimadas detectadas operacionalmente no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais(INPE), pelos  sensores AVHRR dos satélites polares NOAA-15, NOAA-16, NOAA-17, NOAA-18 e NOAA-19; as imagens  do sensor MODIS  nos  satélites  polares  da NASA:  TERRA  e  AQUA;  e  as  imagens  dos  satélites geoestacionários GOES- 12 e MSG-2, no dia 19 de Agosto  de 2010. Para avaliar a dispersão foi utilizada a direção e a velocidade do vento a 10 metros de altura, no sentido de estimar o destino da pluma de gás emitida pela queimada, é ainda feita uma análise do transporte do gás traço na coluna atmosférica através de sensoriamento remoto com informações do instrumento AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) a bordo do satélite AQUA

Mapeamento do Potencial de Contaminação das Águas Superficiais e Subterrâneas na Região de Candiota e Entorno, RS, Brasil

A região de Candiota abrange a maior reserva de carvão mineral do Brasil e vem apresentando crescentes mudanças no uso e cobertura do solo devido à introdução e ampliação da silvicultura e cultivos de soja, o que pode alterar a qualidade e a capacidade de infiltração de água no solo. Este trabalho objetiva mapear o potencial de contaminação das águas superficiais e subterrâneas na região de Candiota e entorno, no Rio Grande do Sul, a fim de identificar as diferenças espaciais da vulnerabilidade. Foram utilizados os seguintes mapas: Modelo Digital de Elevação para modelagem hidrológica; hidrogeológico; tipos de solos; e uso e cobertura do solo, gerado a partir de imagens Landsat 8. Valores de curva-número (CN) foram utilizados para mapear o potencial de infiltração inicial de água no solo. Os mapas de vulnerabilidade resultantes permitiram detectar as regiões com maior ou menor susceptibilidade. O mapa de vulnerabilidade latente atribuiu um menor potencial de contaminação das águas subterrâneas às áreas não aquíferas (onde os aquíferos são inexistentes ou pouco produtivos) e um maior potencial às áreas com maior acúmulo de águas superficiais, decorrente do relevo e da direção de escoamento preferencial. O mapa de vulnerabilidade específica adaptada foi fundamental para avaliar a influência do grupo hidrológico do solo e do uso e cobertura do solo sobre à vulnerabilidade dos aquíferos, identificando as áreas onde a influência da textura do solo ou do uso e cobertura do solo foi maior. Além disso, evidenciou a susceptibilidade ao escoamento superficial. O mapa final representou melhor o potencial de contaminação de águas superficiais do que o de águas subterrâneas, uma vez que teve muita influência da capacidade de escoamento, que influencia de forma inversa na contaminação de águas subterrâneas e superficiais, localmente. No que tange às águas subterrâneas, ele representou melhor o risco de contaminação através de rios influentes, mas não de recarga direta do contaminante através do solo. Métodos como este, que analisam o potencial de contaminação com um número de mapas relativamente reduzido, são adequados para escalas regionais. Identificadas as áreas de maior potencial de contaminação, cabe aos órgãos de controle ambiental demandar um maior detalhamento quando necessário, a fim de definir ações prioritárias sobre atividades em curso com potencial poluidor, bem como definir o nível de exigências ambientais para novas atividades

Mapping of the contamination potential of surface and groundwater in Candiota Region and Surroundings, RS State, Brazil

A região de Candiota abrange a maior reserva de carvão mineral do Brasil e vem apresentando crescentes mudanças no uso e cobertura do solo devido à introdução e ampliação da silvicultura e cultivos de soja, o que pode alterar a qualidade e a capacidade de infiltração de água no solo. Este trabalho objetiva mapear o potencial de contaminação das águas superficiais e subterrâneas na região de Candiota e entorno, no Rio Grande do Sul, a fim de identificar as diferenças espaciais da vulnerabilidade. Foram utilizados os seguintes mapas: Modelo Digital de Elevação para modelagem hidrológica; hidrogeológico; tipos de solos; e uso e cobertura do solo, gerado a partir de imagens Landsat 8. Valores de curva-número (CN) foram utilizados para mapear o potencial de infiltração inicial de água no solo. Os mapas de vulnerabilidade resultantes permitiram detectar as regiões com maior ou menor susceptibilidade. O mapa de vulnerabilidade latente atribuiu um menor potencial de contaminação das águas subterrâneas às áreas não aquíferas (onde os aquíferos são inexistentes ou pouco produtivos) e um maior potencial às áreas com maior acúmulo de águas superficiais, decorrente do relevo e da direção de escoamento preferencial. O mapa de vulnerabilidade específica adaptada foi fundamental para avaliar a influência do grupo hidrológico do solo e do uso e cobertura do solo sobre à vulnerabilidade dos aquíferos, identificando as áreas onde a influência da textura do solo ou do uso e cobertura do solo foi maior. Além disso, evidenciou a susceptibilidade ao escoamento superficial. O mapa final representou melhor o potencial de contaminação de águas superficiais do que o de águas subterrâneas, uma vez que teve muita influência da capacidade de escoamento, que influencia de forma inversa na contaminação de águas subterrâneas e superficiais, localmente. No que tange às águas subterrâneas, ele representou melhor o risco de contaminação através de rios influentes, mas não de recarga direta do contaminante através do solo. Métodos como este, que analisam o potencial de contaminação com um número de mapas relativamente reduzido, são adequados para escalas regionais. Identificadas as áreas de maior potencial de contaminação, cabe aos órgãos de controle ambiental demandar um maior detalhamento quando necessário, a fim de definir ações prioritárias sobre atividades em curso com potencial poluidor, bem como definir o nível de exigências ambientais para novas atividades.Candiota region comprises the largest reserve of coal in Brazil and it has presented increasing changes in land use and cover due to the introduction and expansion of silviculture and soybean crops, which in turn can change the water quality and infiltration capacity in the soil. This work aims to map the contamination potential of surface and groundwater in the region of Candiota and surroundings, RS, Brazil, and to identify the spatial differences in the vulnerability. The following maps were used: Digital Elevation Model for hydrological modeling; hydrogeological; soil types; and land use and cover, from Landsat 8 images. Curve-Number (CN) values were used to map the initial infiltration potential for water into the soil. The resulting vulnerability maps indicated the regions with higher or lower susceptibility. The latent vulnerability map attributed a lower potential of groundwater contamination to non-aquifer areas (where aquifers are non-existent or have low productivity), and a higher potential to areas with greater surface water accumulation, due to relief and preferential flow direction. The adapted specific vulnerability map was essential to evaluate the influence of the soil hydrological type and land use and cover on aquifer vulnerability, identifying areas where the influence of soil texture or land use and cover was greater. In addition, it pointed out the susceptibility to surface runoff. The final map represented better the contamination potential for surface water than for groundwater, since it had a high influence of the runoff capacity, which locally influences inversely the contamination of groundwater and surface water. Regarding groundwater, it represented better the risk of contamination through influential rivers, but not contaminant direct reloading through the soil. Methods like this, which analyze the contamination potential with a relatively small number of maps are suitable for regional scales. Once the areas with the greatest contamination potential have been identified, it is up to the environmental control agencies to demand a greater detail when necessary, in order to define priority actions on ongoing activities with potential polluter, as well as to define the level of environmental requirements for new activities

Numerical Study of the impact of the terrain representation on SO2 concentrations in the Candiota Region

O objetivo deste trabalho foi o analisar o impacto da resolução dos conjuntos de dados topográficos nas simulações das concentrações de dióxido de enxofre (SO2) emitido por uma fonte localizada no Sul do Brasil. Para isso foram realizadas duas simulações aplicando o modelo regional Weather Research and Forecasting acoplado com a química (WRF/Chem), configurado com duas representações do terreno de diferentes resoluções espaciais. Foram utilizados os dados padrão do modelo com melhor resolução, Global 30 Arc-Second Elevation (GTOPO), com aproximadamente 1 km, e inserido no bancos de dados do modelo as informações de terreno em alta-resolução do Radar Shuttle Topography Mission (SRTM) (30 metros). Para as emissões antrópicas do modelo foi elaborado um programa capaz inserir os volumes do poluente SO2 de forma horária expelidos pela chaminé, de acordo com as taxas de emissão medidos diretamente na fonte. O programa representou a emissão do poluente no ponto de grade correspondente a localização e a altura acima da superfície da chaminé da fonte. As simulações foram configuradas com os seguintes esquemas de parametrização: para microfísica de nuvens foi utilizado o Goddard Cumulus Ensemble; os esquemas de radiação de onda longa e curta foram o Goddard e o Rapid Radiative Transfer Model para modelos de circulação geral da atmosfera (MCGA); para a parametrização de cumulus o esquema utilizado foi o Grell 3D Ensemble Scheme; e para os esquemas de camada superficial e camada limite planetária foram utilizados os da teoria da similaridade do Fifth-Generation National Center for Atmospheric Research/Penn State Mesoscale Model (MM5) e o Yonsey University, respectivamente. A escolha desta combinação de esquemas foi definida a partir de um estudo inicial da sensibilidade do modelo à mudança das parametrizações. Os resultados dos experimentos numéricos alterando a topografia foram validados a partir dos dados de monitoramento das estações meteorológica e da qualidade do ar pertencentes à empresa responsável pelo empreendimento associado à fonte. Foi observado que as simulações com os dados SRTM expressaram o terreno da região de estudo mais próximo à realidade, representando o aspecto heterogêneo do relevo, ressaltando os picos e os vales. Os resultados das validações meteorológicas utilizando os dados topográficos indicaram melhoras nas simulações das variáveis meteorológicas: temperatura, umidade relativa, velocidade do vento e precipitação. Os experimentos com os dados topográficos GTOPO e SRTM no modelo WRF/Chem, configurado com as emissões horárias da fonte de Candiota, reproduziram o comportamento dos ventos para transporte de SO2 até as estações de monitoramento conforme os dados observados. Porém foram identificados padrões diferentes na representação das concentrações do poluente entre as duas simulações do modelo, associados aos escoamentos dos ventos representados pelos experimentos. A resolução da topografia afetou na simulação de SO2 devido ao aumento da forçante superficial induzida pelo terreno. Este aumento na forçante, influenciou a advecção da pluma de SO2, resultando em diferentes padrões das concentrações de SO2 no ponto de grade correspondente às estações de monitoramento. Contudo, os resultados das simulações das concentrações de SO2, tanto de forma horária quanto na abordagem das médias diárias, não indicaram uma relação linear entre a utilização de dados em alta resolução e a melhora na representação do SO2 pelo modelo WRF/Chem.The objective of this work was to analyze the impact of the higher resolution topographic data sets in the simulations of the Sulfur dioxide (SO2) concentrations emitted by a source located Southern Brazil. Two simulations were performed applying the Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry – WRF/Chem, configured with two representations of the terrain with different spatial resolutions. The standard data of the model with the best resolution (approximately 1 km), Global 30 Arc-Second Elevation (GTOPO), and was inserted in the model databases the high-resolution (30 meters) terrain information of the Radar Shuttle Topography Mission (SRTM). For the anthropic emissions of the model, a program was developed capable of inserting the hourly SO2 pollutant volumes expelled by the chimney, according to the emission rates measured directly at the source. The program inserted these emissions into the grid point corresponding to the location and height above the surface of the emission source. The simulations were configured with the following parameterization schemes: for cloud microphysics Goddard Cumulus Ensemble; for the long and short wave radiation treatment it was used the Goddard and the Rapid Radiative Transfer Model for general circulation models; for the cumulus parameterization the scheme it was used the Grell 3D Ensemble Scheme; and for the surface layer and planetary boundary layer schemes, the similarity theory of the Fifth-Generation National Center for Atmospheric Research/Penn State Mesoscale Model (MM5) and the Yonsey University, respectively. The choice of this combination of schemes was defined from an initial study of the sensitivity of the model to the change of parametrizations. The results of the numerical experiments altering the topography were validated from the monitoring data of the meteorological stations and the air quality belonging to the company responsible for the enterprise associated to the source. It was observed that the simulations with the SRTM data expressed the terrain of the region of study closest to reality, representing the heterogeneous aspect of the terrain, highlighting the peaks and valleys. The results of the meteorological validations using the new topographic data indicated an improvement in the simulations of the meteorological variables: temperature, relative humidity, wind speed and precipitation. The experiments with the GTOPO and SRTM topographic data in WRF/Chem model, configured with the hourly emissions of the Candiota source, reproduced the winds behavior that transported the SO2 to the monitoring stations according to the observed data. However, different patterns were identified in the pollutant concentrations between the two simulations of the model, associated to the wind flows represented by the experiments. The topography resolution affected in the simulation of SO2 due to the increase of the surface forcing induced by the terrain. This increase in the forcing influenced the advection of the SO2 plume, resulting in different patterns of SO2 concentrations at the grid point corresponding to the monitoring stations. However, the results of simulations of SO2 concentrations, both hourly and in the approach of daily averages, did not indicate a linear relationship between the use of high resolution data and the improvement in the representation of SO2 by WRF/Chem model

Numerical Study of the impact of the terrain representation on SO2 concentrations in the Candiota Region

O objetivo deste trabalho foi o analisar o impacto da resolução dos conjuntos de dados topográficos nas simulações das concentrações de dióxido de enxofre (SO2) emitido por uma fonte localizada no Sul do Brasil. Para isso foram realizadas duas simulações aplicando o modelo regional Weather Research and Forecasting acoplado com a química (WRF/Chem), configurado com duas representações do terreno de diferentes resoluções espaciais. Foram utilizados os dados padrão do modelo com melhor resolução, Global 30 Arc-Second Elevation (GTOPO), com aproximadamente 1 km, e inserido no bancos de dados do modelo as informações de terreno em alta-resolução do Radar Shuttle Topography Mission (SRTM) (30 metros). Para as emissões antrópicas do modelo foi elaborado um programa capaz inserir os volumes do poluente SO2 de forma horária expelidos pela chaminé, de acordo com as taxas de emissão medidos diretamente na fonte. O programa representou a emissão do poluente no ponto de grade correspondente a localização e a altura acima da superfície da chaminé da fonte. As simulações foram configuradas com os seguintes esquemas de parametrização: para microfísica de nuvens foi utilizado o Goddard Cumulus Ensemble; os esquemas de radiação de onda longa e curta foram o Goddard e o Rapid Radiative Transfer Model para modelos de circulação geral da atmosfera (MCGA); para a parametrização de cumulus o esquema utilizado foi o Grell 3D Ensemble Scheme; e para os esquemas de camada superficial e camada limite planetária foram utilizados os da teoria da similaridade do Fifth-Generation National Center for Atmospheric Research/Penn State Mesoscale Model (MM5) e o Yonsey University, respectivamente. A escolha desta combinação de esquemas foi definida a partir de um estudo inicial da sensibilidade do modelo à mudança das parametrizações. Os resultados dos experimentos numéricos alterando a topografia foram validados a partir dos dados de monitoramento das estações meteorológica e da qualidade do ar pertencentes à empresa responsável pelo empreendimento associado à fonte. Foi observado que as simulações com os dados SRTM expressaram o terreno da região de estudo mais próximo à realidade, representando o aspecto heterogêneo do relevo, ressaltando os picos e os vales. Os resultados das validações meteorológicas utilizando os dados topográficos indicaram melhoras nas simulações das variáveis meteorológicas: temperatura, umidade relativa, velocidade do vento e precipitação. Os experimentos com os dados topográficos GTOPO e SRTM no modelo WRF/Chem, configurado com as emissões horárias da fonte de Candiota, reproduziram o comportamento dos ventos para transporte de SO2 até as estações de monitoramento conforme os dados observados. Porém foram identificados padrões diferentes na representação das concentrações do poluente entre as duas simulações do modelo, associados aos escoamentos dos ventos representados pelos experimentos. A resolução da topografia afetou na simulação de SO2 devido ao aumento da forçante superficial induzida pelo terreno. Este aumento na forçante, influenciou a advecção da pluma de SO2, resultando em diferentes padrões das concentrações de SO2 no ponto de grade correspondente às estações de monitoramento. Contudo, os resultados das simulações das concentrações de SO2, tanto de forma horária quanto na abordagem das médias diárias, não indicaram uma relação linear entre a utilização de dados em alta resolução e a melhora na representação do SO2 pelo modelo WRF/Chem.The objective of this work was to analyze the impact of the higher resolution topographic data sets in the simulations of the Sulfur dioxide (SO2) concentrations emitted by a source located Southern Brazil. Two simulations were performed applying the Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry – WRF/Chem, configured with two representations of the terrain with different spatial resolutions. The standard data of the model with the best resolution (approximately 1 km), Global 30 Arc-Second Elevation (GTOPO), and was inserted in the model databases the high-resolution (30 meters) terrain information of the Radar Shuttle Topography Mission (SRTM). For the anthropic emissions of the model, a program was developed capable of inserting the hourly SO2 pollutant volumes expelled by the chimney, according to the emission rates measured directly at the source. The program inserted these emissions into the grid point corresponding to the location and height above the surface of the emission source. The simulations were configured with the following parameterization schemes: for cloud microphysics Goddard Cumulus Ensemble; for the long and short wave radiation treatment it was used the Goddard and the Rapid Radiative Transfer Model for general circulation models; for the cumulus parameterization the scheme it was used the Grell 3D Ensemble Scheme; and for the surface layer and planetary boundary layer schemes, the similarity theory of the Fifth-Generation National Center for Atmospheric Research/Penn State Mesoscale Model (MM5) and the Yonsey University, respectively. The choice of this combination of schemes was defined from an initial study of the sensitivity of the model to the change of parametrizations. The results of the numerical experiments altering the topography were validated from the monitoring data of the meteorological stations and the air quality belonging to the company responsible for the enterprise associated to the source. It was observed that the simulations with the SRTM data expressed the terrain of the region of study closest to reality, representing the heterogeneous aspect of the terrain, highlighting the peaks and valleys. The results of the meteorological validations using the new topographic data indicated an improvement in the simulations of the meteorological variables: temperature, relative humidity, wind speed and precipitation. The experiments with the GTOPO and SRTM topographic data in WRF/Chem model, configured with the hourly emissions of the Candiota source, reproduced the winds behavior that transported the SO2 to the monitoring stations according to the observed data. However, different patterns were identified in the pollutant concentrations between the two simulations of the model, associated to the wind flows represented by the experiments. The topography resolution affected in the simulation of SO2 due to the increase of the surface forcing induced by the terrain. This increase in the forcing influenced the advection of the SO2 plume, resulting in different patterns of SO2 concentrations at the grid point corresponding to the monitoring stations. However, the results of simulations of SO2 concentrations, both hourly and in the approach of daily averages, did not indicate a linear relationship between the use of high resolution data and the improvement in the representation of SO2 by WRF/Chem model

Estudo de impacto da assimilação dos dados da campanha Valeri no estado de Santa Catarina

The state of Santa Catarina is often hit by extreme events such as heavy rain, windstorms, hail and eventually tornadoes. Thus, the goal of the present study was to verify how the inclusion of a larger number of observations could improve the prediction of such events. Thus, through a campaign carried out in the west of Santa Catarina, surface and radiosonde data were collected and assimilated through the GSI system. This process produced an updated initial condition to the weather prediction model WRF. The surface data assimilation had 84 new pressure observations. The radiosonde experiment had 162 observations of temperature, wind, and humidity assimilated. It was observed that the improvement of the initial condition through the insertion of the local surface and upper air data obtained during the campaign significantly improved the forecast in the conduced experiments.O estado de Santa Catarina é frequentemente atingido por eventos extremos tais como chuva intensa, vendavais, granizo e eventualmente tornados. Assim, o objetivo do presente estudo foi verificar como o aumento da disponibilidade de observações pode melhorar a previsão de tais eventos através da assimilação destes dados. Desta forma, por meio de uma campanha realizada no oeste de Santa Catarina denominada Valeri, foram coletados dados de superfície e de radiossondagens que foram assimilados através do sistema GSI, gerando uma condição inicial atualizada para o modelo de previsão de tempo WRF. Para o experimento de superfície, foram assimiladas 84 novas observações de pressão de estações de superfície; e para o experimento de sondagem, foram assimilados 162 novos dados de temperatura, vento e umidade. Foi observada a melhora da condição inicial por meio da inserção dos dados locais de superfície e das radiossondagens coletadas nos experimentos realizados e comprovado a partir do resultado em impacto benéfico