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Poluição atmosférica na área urbana de Manaus: modelagem e aspectos observacionais de traçadores de queimada
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Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia - INPA
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.
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