Unesp

TroCCiBras

EXPERIMENTO SOBRE CONVECÇÃO TROPICAL E CIRROS

BRASIL

COORDENADOR GERAL: GERHARD HELD COORDENADOR CIENTÍFICO: ROBERTO VICENTE CALHEIROS

Instituição Líder: Instituto de Pesquisas Meteorológicas - IPMet

UNESP

Junho 2003

ESTUDO DA INTERAÇÃO ENTRE PARÂMETROS METEOROLÓGICOS, QUÍMICA ATMOSFÉRICA E

DESCARGAS ELÉTRICAS NA CONVECÇÃO TROPICAL ENTRE OS BAIXOS NÍVEIS E A BAIXA TROPOSFERA NO

ESTADO DE SÃO PAULO

TroCCiBras

CONTEÚDO

1. INTRODUÇÃO 3 2. ANTECEDENTES 3 3. OBJETIVOS GERAIS 104. INFRAESTRUTURA

Organizações Parceiras do IPMet neste Estudo Instrumentação Disponível Dados Adicionais Área de Pesquisa Referências Comentários Finais

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5. PROJETOS PARCEIROS 166. ANEXO: SUB-PROJETOS CIENTÍFICOS 17

OBSERVAÇÃO: Os Apêndices 1 e 2, e a “secções 5 - 7” referidos neste documento, encontram-se na versão da proposta com detalhamento dos sub-projetos científicos. O texto completo da proposta é encontrado na página do TroCCiBras, no endereço: http://www.ipmet.unesp.br/troccibras/

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1. INTRODUÇÃO Pesquisas em ciências atmosféricas e tópicos relacionados freqüentemente dependem pesadamente de observações em regiões da atmosfera que são inacessíveis a muitos dos sistemas de observação in situ, e mesmo ao sensoriamento remoto efetuado com instrumentação restrita a cobertura em distâncias relativamente curtas. Por outro lado, medidas executadas por satélites ou ferramentas sensoras baseadas no solo, como radares de vento, nuvens e precipitação, assim como lidares, sempre têm de ser validadas antes que possam ser declaradas como tendo o nível de qualidade requerido para pesquisas, ou mesmo práticas operacionais. Outra questão fundamental refere-se aos sensores in situ operados remotamente, como é o caso das radiossondas convencionais. Esse sistema de sondagem, que tem sido a ferramenta primária de validação de perfis atmosféricos obtidos a partir do espaço – com satélites – e do solo como, por exemplo, ocorre na combinação sinergística de medidas rádio-acústicas, radiométricas e de GPS, é sabido não ser acurado o suficiente para medidas de umidade na troposfera superior e na baixa estratosfera, requerendo eles próprios verificações independentes por outros sensores in situ naquela camada atmosférica. Entram, então, em cena como alternativas para validação das medidas tanto de radiossondas como da variedade de instrumentos de sensoriamento a bordo de satélites, e outros baseados no solo, aviões voando a grandes altitudes e balões. Comumente, tais medidas são efetuadas apenas durante grandes experimentos de campo, dos quais pode tirar proveito um certo número de projetos de pesquisa e campanhas de validação para a área, em andamento ou propostos. A presente proposta objetiva valer-se da capacidade de medida de dois projetos planejados, da Comissão Européia (CE), designados “TROCCINOX” (Experimento sobre Convecção Tropical, Cirros e Óxidos de Nitrogênio) e “HIBISCUS” (um projeto sobre “Impacto da convecção tropical sobre a alta troposfera e a baixa estratosfera”), para efetuar observações que são vitais a fases específicas de projetos de pesquisa no Brasil. Essas medidas visam explorar o ambiente na vertical através de toda a troposfera, estendendo-se à baixa estratosfera; serão centradas no Estado de São Paulo com um raio nominal de cobertura de até 750 milhas náuticas (NM). Na secção seguinte, sobre “Antecedentes” está detalhada a necessidade de tais medidas, assim como os próprios projetos Europeus. Para maior compreensão, os projetos estão sendo classificados dentro de três grupos (projeto “guarda chuva”), sob os títulos gerais de “Meteorologia, Física Atmosférica e Previsão”, “Química Atmosférica”, e “Validação de Sensores Remotos a bordo de Satélites, e outros, operando no Solo”. A inclusão do projeto de “Validação” como um grupo separado é feita com base no fato dessa ser uma atividade básica a qualquer esforço de pesquisa. 2. ANTECEDENTES Muitos dos projetos de ciência e tecnologia em ciências atmosféricas e áreas relacionadas, desenvolvidos ou baseados no Estado de São Paulo, dependem bastante de sistemas de observação, tanto aqueles que constituem redes operacionais como conjuntos específicos de instrumentos dedicados a projetos de pesquisa e, eventualmente uma mistura de ambos.

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Enquanto o domínio espacial horizontal e a camada troposférica dos níveis baixos até os médios – até cerca de 6 km – estão dentro do alcance de observação de uma quantidade substancial de sistemas sensores in situ que estão disponíveis no Estado, ou cuja implementação é factível em termos tanto logísticos como econômicos, medidas diretas da média até a alta troposfera, e na baixa estratosfera são possíveis, no futuro previsível, somente através de programas de cooperação internacional. Essas são as medidas tipicamente efetuadas com aviões e balões, e comumente envolvem fundos e recursos humanos substanciais. São, usualmente, a pedra basilar de grandes campanhas de campo e são, por natureza, transitórios, juntando muito poder de observação provido por instrumentação/plataformas eventualmente trazidas de diferentes partes do mundo. Durante o desenvolvimento do denominado projeto Radasp (Radar em São Paulo, Calheiros, 1985), nos anos 80s ocorreram no Estado campanhas ativas de campo, demonstrando o papel crucial que as medidas desempenham no provimento de visões-chave sobre fenômenos atmosféricos locais/regionais típicos, os quais, de outra maneira não se materializariam. Essas visões são freqüentemente aquelas que permitem destacadas melhorias tanto na previsão de tempo em escala estadual como no conhecimento científico dos sistemas meteorológicos ocorrendo na região. Com a implementação de radares Doppler de tempo no início dos anos 90s e a consolidação das práticas de modelagem em mesoescala, a demanda por observações mais acuradas com maior poder de resolução espaço-temporal no Estado de São Paulo tem crescido consistentemente. Eventualmente, as medidas se estendem a regiões adjacentes ao Estado de São Paulo, para atender requisitos de pesquisa e/ou operações. Tal é o caso com algumas práticas e estudos de modelagem em mesoescala envolvendo, por exemplo, fenômenos de transporte. Isso provocou o incremento de esforços pela comunidade em relação a campanhas de campo baseadas no Estado, tanto desenvolvidas individualmente usando capacidades internas ou de forma conjunta com parceiros nacionais e/ou internacionais. O experimento de avaliação das capacidades de radar de Bauru para efetuar perfilhamento de vento em ar claro é um bom exemplo de campanhas desenvolvidas internamente (Calheiros et al., 1998); as campanhas com balões focalizando medidas de ozônio por meio de balões de grande altitude nos trópicos, primariamente um esforço francês, mas em íntima colaboração com o IPMet, é emblemático em relação às campanhas com parceiros. Necessidades específicas de medidas diretas através da extensão da troposfera, vêm tomando corpo à medida que começaram a se intensificar pesquisas sobre as questões listadas abaixo:

• dinâmica de tempestades severas em previsão imediata (nowcasting); • modelagem das complexas interações entre processos de formação de

nuvens e aerossóis; • transporte de aerossóis e gases - traço através de processos em nuvens que

têm impacto sobre a climatologia de temperatura e chuva; • efeito de nuvens na composição e estrutura dinâmica da baixa estratosfera;

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• gênese de descargas elétricas e contribuição das mesmas ao balanço de óxidos de nitrogênio (NOx = NO + NO2) ;

• modelagem local/regional da química atmosférica; • validação de medidas de sensores remotos, principalmente satélites e

radares de tempo baseados no solo, envolvendo a comparação de medidas de diferentes sensores;

• avaliação de detecção em ar claro e determinação de limites das nuvens, assim como quantificação de chuva por radiometria em microondas, a partir do espaço.

Dois desses tópicos podem, num certo grau, ser considerados novos no Estado de São Paulo, com respeito a medidas específicas a serem efetuadas para atender aos requisitos presentes. O primeiro trata da conexão entre atividade de descargas elétricas e a produção de NOx resultante, enquanto o segundo se relaciona à validação de medidas efetuadas por sensores tanto espaciais como baseados no solo. Uma questão muito importante, que é especificamente relacionada a este projeto, é o balanço de ozone (O3) ao longo da extensão vertical da atmosfera, da superfície até aproximadamente a baixa estratosfera. De fato, a forte absorção da radiação da terra no infra-vermelho pelo ozone torna esse componente atmosférico uma questão majoritária em estudos climáticos. Na troposfera, os NOx são intimamente relacionados à química do O3. Essa relação envolve dois processos separados: 1) nas regiões de altas concentrações de NOx, o ozônio é produzido na transformação de NO em NO2 através de um processo fotoquímico – isso é facilitado por radicais peróxidos formados durante a oxidação de monóxido de carbono (CO), metano e componentes voláteis, e 2) nas regiões de baixas concentrações de NOx, O3 é destruído cataliticamente. Por outro lado, a abundância de óxidos de nitrogênio regula o poder de oxidação da atmosfera e os ciclos biogênicos globais. Nesse sentido, eles estão ligados de forma intrincada ao radical hidroxila (OH-), que é outra espécie atmosférica oxidante chave. E, através da reação entre NO2 e OH-, é gerado ácido nítrico (HNO3), relativamente estável, o qual através de lavagem por chuva para a superfície, fornece nitrogênio fixado à biosfera. As fontes de NOx podem ser de origem antropogênica, por exemplo combustível fóssil, ou gerados naturalmente, como é o caso da queima de biomassa, de oxidação de amônia atmosférica e da injeção na atmosfera de NOx gerado por descargas elétricas. Entretanto, o transporte a partir da estratosfera e as emissões de aviões poderiam também ser fontes significativas de NOx. Devido a sua relevância, os NOx têm sido objetivo de muita pesquisas, entre as quais destaca-se a avaliação da importância relativa das fontes.Um estudo recente (Zhang et al., 2003) sobre este assunto enfoca os Estados Unidos continentais, tratando dos processos de química troposférica através do uso do modelo numérico 3D MOZART (Modelo de Ozônio e Traçadores Químicos Relacionados). Rodando o modelo com e sem a fonte representada pelas descargas elétricas, determinou-se o impacto das descargas: Rodada i: considerando as fontes de NOx constituídas pelas descargas elétricas e gerações de superfície (incluindo antropogênicas, queima de biomassa e liberações do solo); Rodada ii: sem a fonte constituída pelas descargas elétricas; e Rodada iii: sem as fontes de emissão de superfície, dentro dos limites dos Estados Unidos

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continentais. Foram usados dados de descargas elétricas abrangendo um período de 5 anos (1995-1999). Comparações entre a saída das rodadas do modelo e observações de aeronaves, tomadas como médias de diferentes campanhas de campo desenvolvidas no verão sobre os E.U.A. , mostram boa concordância. Em todos os casos, os resultados do modelo (com todas as fontes incluídas) ficaram dentro do desvio padrão das observações de aeronaves e próximos dos valores médios (Figura 1). Tal concordância valida o método usado pelos autores no tratamento das diferentes emissões de NOx.

Figura 1. Perfil vertical de razão de mistura de NO, NOx, e O3 dos resultados do modelo e observações de aeronave. A linha sólida com simbolos mostra as médias das concentrações observadas com aeronave durante o experimento de campo. As linhas horizontais representam os desvios padrões das observações. A linha sólida sem símbolos mostra as concentrações calculadas pelo modelo com a rodada Run i, as linhas pontilhadas representam a rodada Run ii, e a linha tracejada corresponde a rodada do modelo Run iii (after Zhang et al., 2003). Destacado entre os resultados é a verificação de que as descargas elétricas do verão desempenham um surpreendente papel predominante no controle de concentrações de NOx e O3 nas troposferas média e superior, a despeito do fato de que a queima de combustível fóssil represente a maior fonte de NOx sobre os E.U.A. Zhang et al.(2003) também verificaram que o efeito de descargas elétricas nos E.U.A. propaga-se por vastas áreas do Hemisfério Norte através da circulação atmosférica (Figura 2). Pode-se notar nessa figura que, no nível de 250 hPa em julho, as mudanças nas concentrações médias de NOx são controladas por descargas elétricas sobre os E.U.A. e outras grandes áreas do Hemisfério Norte. Pode-se também verificar-se que as descargas elétricas nos E.U.A. tem uma influência significativa sobre o O3 sobre substancial área do Hemisfério Norte.

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Figura 2. Extensão horizontal da influência exercida por descargas elétricas nos EUA, em porcentagem as variações nas concentrações em O3 (esquerda) e NOx (direita) no nível de 250 hPa, médias para os meses de Julho (fonte: Zhang et al., 2003). Um outro ponto importante a ser considerado aqui é o de que, em adição à produção de O3 causada pelos NOx, o transporte e o processamento químico – incluindo injeção estratosférica, advecção horizontal e produção/destruição local – também afetam bastante as concentrações de O3 na troposfera. Os resultados apresentados por Zhang et al. (2003) são significativa adição ao volume de motivação para a efetivação de campanhas de campo objetivando medir NOx e O3 em áreas onde se concentram as descargas elétricas, como é o caso do Estado de São Paulo e adjacências. Para a área enfocada nesta proposta, podem ser esperados efeitos muito mais pronunciados do que aqueles encontrados no estudo dos E.U.A. De fato em um estudo recente efetuado por Fehr e Pinto (2003), está mostrado que para o verão em torno de Bauru, a densidade de relâmpagos atinge 50 descargas.km-2.ano-1, durante o mês de janeiro, um valor cerca de cinco vezes aquele correspondente ao máximo de 11 descargas.km-2.ano-1 ocorrendo na Alemanha. Por outro lado, uma simulação cobrindo o planeta inteiro com o modelo global climático de química ECHAM, para o período dezembro – janeiro num intervalo de cinco anos, mostrou a existência de um pico de produção de NOx por descargas elétricas no quadrante aproximado a SW de Bauru, uma cidade que está próxima do centro geográfico do Estado de São Paulo. Apenas outros poucos máximos relativos foram evidenciados, quais sejam, no SW da África e no NW da Austrália (IPA/DLR, Apêndice 1; veja também a Figura 3). Enquanto para o mundo como um todo, os valores da produção de NOx variam de cerca de <0,5 a 2,0 nanogramas de nitrogênio por segundo, por metro quadrado [ng(N).s-1.m-2], o pico mencionado acima atinge um valor > 4,0 ng(N).s-1.m-2. Aquelas medidas, ao prover uma avaliação compreensiva das fontes de emissão atmosférica de NOx contribuirá essencialmente para a elaboração de estratégias de controle relativas à poluição do ar, tanto regional como global.

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Figura 3. Produção média de descargas elétricas para um período de 5 anos simulado pelo model ECHAM. O local de medidas em Bauru, S.P., e a rota de tranferência de vôo das aeronaves laboratório são mostrados em vermelho. (IPA/DLR, Appendix 1). O segundo tópico refere-se à validação de medidas de sensoriamento remoto por medidas de sensores tanto espaciais como baseados em terra. Entre as questões envolvidas na validação, desataca-se o recente lançamento do satélite Aqua levando a bordo um sondador atmosférico de nova geração, inclusive o HSB (Sondador de Umidade para o Brasil). Isso criou uma necessidade crucial de medidas acuradas de, por exemplo, umidade na alta troposfera e baixa estratosfera, onde medidas correspondentes efetuadas com radiossondas são de baixa acurácia relativa. Como resultado, foi iniciado um esforço de procura de meios para que o maior número possível de medidas requeridas para validação pudessem ser realizadas. O projeto TROCCINOX (Convecção Tropical, Cirros e Óxidos de Nitrogênio) foi aprovado pela Comissão Européia em 2002, objetivando prover uma vasta gama de medidas atmosféricas em regiões tropicais (Apêndice 1). O Brasil foi considerado como uma opção, entre diversas outras, como região para a condução de tais medidas, o que se constitui numa oportunidade única de obter dados muito valiosos para muitos dos projetos atualmente em desenvolvimento no Estado de São Paulo. As medidas a serem efetuadas durante a campanha do projeto atendem bem muitos dos requisitos específicos dos projetos estaduais.

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Os principais objetivos do TROCCINOX, um projeto sob 5o “Framework Programme” da Comunidade Européia para as atividades de pesquisa, desenvolvimento tecnológico e atividades de demonstração (1998 – 2002) dentro do Programa de Pesquisa, Desenvolvimento e Tecnologia – (RTD) “Energia, ambiente e desenvolvimento sustentável”, Ação Chave: 2 (Mudança Global, Clima e Biodiversidade) e coordenado pelo Instituto de Física da Atmosfera (IPA) do “Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt” (DLR), podem ser sumarizados a seguir:

• melhorar o conhecimento sobre os NOx (LNOx) gerados por descargas elétricas em tempestades tropicais através da quantificação das quantidades produzidas, por comparação dessas quantidades com outras fontes majoritárias de NOx e por avaliação do seu impacto global; e

• melhorar o conhecimento corrente sobre a ocorrência de outros gases traços (incluindo vapor d’água e halogênios) e de partículas (cristais de gelo e aerossóis) na troposfera superior e na baixa estratosfera, em conexão com convecção tropical profunda assim como movimentos de ressurgência em grande escala.

Assim, o projeto TROCCINOX efetuará medidas pioneiras de propriedades combinadas de convecção, partículas de aerossol e de cirros, e da composição química do ar (óxidos de nitrogênio, em particular) nos trópicos sobre regiões oceânicas e continentais (Estado de São Paulo e áreas adjacentes), na troposfera superior e na baixa estratosfera, incluindo trocas troposfera-estratosfera. Bauru foi identificado como o ponto ideal de base, devido a sua proximidade a áreas do continente Sul-Americano onde se observa uma alta freqüência de descargas elétricas. O projeto engloba uma componente de mesoescala que busca prover descrições melhoradas de processos relevantes aos problemas o clima global (por exemplo, a produção de NOx por descargas elétricas, conforme mostrado na Figura 3, que é baseada numa simulação de cinco anos utilizando o modelo ECHAM). Um outro projeto europeu, o HIBISCUS, investiga o impacto da convecção tropical sobre a alta troposfera e baixa estratosfera numa escala local e global (Apêndice 2). É também um projeto sob o 5o “Framework Programme” da Comunidade Européia para as atividades de pesquisa, desenvolvimento tecnológico e atividades de demonstração (1998 – 2002) dentro do Programa de Pesquisa, Desenvolvimento e Tecnologia – (RTD) “Energia, ambiente e desenvolvimento sustentável”, Ação Chave: 2 (Mudança Global, Clima e Biodiversidade) e é conduzido pelo CNRS (Service d’Aéronomie of Centre National de la Recherche Scientifique) em colaboração com o CNES (Centre Natioanl d´Études Spatiales) na França e em parceria com o IPMet e está calcado na experiência prévia com muitas campanhas de vôos de longa duração, de balões estratosféricos lançados das instalações específicas do IPMet em Bauru (área central do Estado de São Paulo). A pré-campanha do HIBISCUS foi realizada durante fevereiro de 2003, quando novos métodos de lançamento de balões; e novas cargas úteis foram testadas; em antecipação à campanha principal em 2004. Por razões óbvias, o HIBISCUS está coordenando sua principal campanha no Brasil com as atividades planejadas do TROCCINOX no país. O objetivo geral do projeto HIBISCUS é investigar o impacto da convecção tropical, na estratosfera superior e baixa estratosfera, em escala local e global. Assim,

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podemos sumarizar os objetivos mais específicos do projeto HIBISCUS como se segue:

• Análises meteorológicas passadas e presentes • Transporte horizontal e vertical • Nuvens e microfísica • Fonte do vapor d’água estratosférico • Química, impacto de descargas elétricas e poluição • Validação de satélite (Envisat, Sage-III)

Objetivos específicos adicionais irão caracterizar o impacto da convecção na alta troposfera e baixa estratosfera, tropicais, o modelo de transporte, radiação, microfísica e química atmosférica. Por sua vez os pesquisadores do TROCCINOX, depois de analisar a atividade mundial de descargas elétricas e verificar que uma região no meio-oeste do Brasil, e na África Central, mostram a maior concentração de descargas elétricas, e levando em conta aspectos logísticos cruciais, concluíram que o Brasil oferecia as melhores condições para a realização de um experimento sobre convecção profunda e a atividade de descargas elétricas associada. Também, a coordenação com o HIBISCUS, baseado em Bauru, contribuiu, num certo grau, para aquela decisão. 2.1 REFERÊNCIAS Calheiros, R.V., 1985. Meteorologia com Radar em São Paulo – PROJETO RADASP

II. Projeto FAPESP No. 82/0721- 0, Fev 1982 – 1985, 50 pp. Calheiros, R.V., A.M. Gomes, M.A. Lima and M.A. Antonio, 1998. Wind profiling in

clear air: A radar - radiosonde comparison. Proceedings, COST 75: Advanced Weather Radar Systems, International Seminar, Locarno, Switzerland, 23-27 March 1998, EUR 18567 EN, pág. 678-687.

Fehr, T. and O. Pinto, 2003. Lightning detection and statistics in Brazil. Poster presentation at TROPIC Workshop, DLR Oberpfaffenhofen, Germany, 12-16 May 2003.

Zhang, R., X. Tie and D.W. Bond, 2003. Impacts of anthropogenic and natural NOx sources over the U.S. on tropospheric chemistry. Proceedings of National Academy of Sciences, 100, 1505-1509.

3. OBJETIVOS GERAIS Durante o Workshop Internacional do TROCCINOX, deflagrado pelos coordenadores do TROCCINOX (IPA/DLR) e seus parceiros brasileiros (IPMet/UNESP), e realizado em fevereiro de 2003 no IPMet, em Bauru, foi testado o interesse de grupos de pesquisa nacionais em participar em um projeto de pesquisa multi-disciplinar, que exploraria dados exclusivos providos pela campanhas do TROCCINOX e do HIBISCUS. Esse Workshop teve também a participação da equipe do HIBISCUS, que estava à época engajado na campanha Pré-HIBISCUS 2003, em preparação para a Campanha Principal de 2004. O Workshop teve a audiência de cerca de 35 delegados e a maioria de grupos de pesquisa brasileiros, especializados em Ciências Atmosféricas, estiveram representados.

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Foi proposto que todas as organizações relevantes de pesquisa e Departamentos de Universidades fossem convidados a submeter uma proposta breve, indicando quais atividades pretendiam desenvolver durante a campanha conjunta. A instituição líder, IPMet/UNESP, coordenaria essas propostas curtas e subseqüentemente convidaria os parceiros a submeterem propostas completas, incluindo orçamentos limitados. Essas propostas completas foram, então, organizadas na corrente Proposta do TroCCiBras a ser submetida ao Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) para que autorize uma “Expedição Científica”, através da qual o TROCCINOX poderia ser convidado a participar. Por outro lado, o HIBISCUS é um projeto conjunto já em andamento, entre o Conselho Nacional de Pesquisa Científica (CNRS) e o Conselho Nacional de Estudos Espaciais (CNES), ambos da França, do lado europeu, e o IPMet/UNESP no Brasil, e assim não requer o estatuto especial de “Expedição Científica”. O Objetivo geral do projeto TroCCiBras é, assim, obter um conjunto de medidas especiais através da extensão da troposfera e da baixa estratosfera, para atender necessidades específicas de pesquisa de instituições científicas brasileiras, através da realização do projeto TROCCINOX da União Européia e do projeto conjunto euro-brasileiro HIBISCUS no Brasil. Ambos os projetos são descritos nos Apêndices 1 e 2. Os diferentes subprojetos de pesquisa, embora classificados em três tópicos principais, a saber, “Meteorologia, Física Atmosférica e Previsão”, “Química Atmosférica” e “Validação de Sensores Remotos a Bordo de Satélites e Baseados no Solo”, constituem de fato um conjunto compreensivo. Nesse sentido, a validação representa uma fonte de dados controlada em qualidade para os tópicos de pesquisa do projeto, em meteorologia e química, por exemplo, perfis de temperatura e umidade obtidos por satélite para os modelos (tais como o Eta, o MOZART, etc), enquanto interações entre diferentes subprojetos de pesquisa são freqüentemente mencionados explicitamente nas diferentes secções. Entretanto, algumas conexões, conforme detalhadas na seqüência exemplificam a natureza compreensiva do conjunto de subprojetos. Assim, as estimativas de topos de nuvens conforme caracterizadas no tópico sobre detecção em ar claro, e bordas de nuvens, ligam as investigações sobre altura dos topos de eco (especialmente aquele penetrando a tropopausa), integrando a linha de pesquisa sobre Meteorologia, Física Atmosférica e Previsão. Um outro exemplo de interações é a pesquisa sobre a dependência de reações químicas na estratosfera, que pode ter sério impacto sobre o clima, das quantidades de poluentes e das escalas de tempo do transporte desses poluentes, o que claramente envolve tanto questões meteorológicas quanto químicas. Em particular, o sub-projeto sobre “Poluição do Ar, Nuvens e Interações Climáticas” (secção 5.7) e o capítulo sobre “Química Atmosférica” (secção 6) mostram uma componente de intensa interação com relação àquela dependência. Ainda, a investigação sobre ácido nítrico (HNO3), que é um produto da oxidação fotoquímica de NOx, levando à formação de nitratos orgânicos e inorgânicos (que constituem núcleos de condensação de nuvens – CCN), interage com o sub-projeto de Estudos de Física de Nuvens (secção 5.5), que utilizará um Contador de Núcleos de Condensação de Nuvens (CCNC). Em conclusão, pode-se dizer que todos os sub-projetos darão contribuições que serão marcos destacados ao conhecimento geral da atmosfera sobre o Estado de

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São Paulo e assim facilitarão a consecução de dois objetivos primários do TroCCiBras, quais sejam, a validação de medidas derivadas de satélite (especialmente aquelas da natureza daquelas efetuadas pelo HSB) e a melhoria dos métodos de previsão imediata (Nowcasting). 4. INFRA-ESTRUTURA 4.1 ORGANIZAÇÕES PARCEIRAS DO IPMET NESTE ESTUDO Os Investigadores Principais estão indicados para cada grupo / organização: • Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) / Instituto de

Pesquisas Espaciais (INPE) - Dr Carlos Nobre • Centro de Lasers e Aplicações (CLA) / Instituto de Pesquisas Energéticas e

Nucleares (IPEN) - Dr Eduardo Landulfo (em colaboração como Dr Alexandros Papayannis do Grupo de Lidar da Universidade Técnica Nacional de Atenas, Grécia)

• Centro da Química e Meio Ambiente (CQMA) / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) - Dr Luciana Vanni Gatti

• Centro de Ensino e Pesquisas em Agricultura (CEPAGRI) / Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) - Dr Hilton Pinto

• Centro Técnico Aeroespacial (CTA ) / Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) - Dr Gilberto Fisch & Dr Luiz Augusto Machado (presente afiliação CPTEC)

• Departamento de Engenharia de Comunicações da Universidade de Osaka (LRGOU), Japão (em cooperação com TROCCINOX) - Prof Zen Kawasaki

• Embraer, Unidade de Gavião Peixoto - Sr Paulo Urbanavicius • Grupo de Eletricidade Atmosférica (ELAT) / Instituto de Pesquisas Espaciais

(INPE) - Dr Osmar Pinto Junior (em colaboração como o Dr Mike Taylor da Universidade de Utah, E.U.A., e Prof Paul R. Krehbiel do Instituto Novo México de Minas & Tecnologia, E.U.A)

• Instituto Agronômico de Campinas (IAC) - Dr Orivaldo Brunini • Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) / Universidade

de São Paulo (USP) - Prof Maria Assunção F. Silva Dias & Prof Pedro Silva Dias • Instituto de Física (IF) / Universidade de São Paulo (USP) - Prof Paulo Artaxo

(em colaboração com Prof Meinrat O. Andreae do Instituto Max Planck de Química, Mainz, Alemanha)

• Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) - Dr Alaor Moacyr Dall’Antonia Jr. • Universidade Estadual do Ceará (UECE) - Dr Alexandre Costa

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4.2 INSTRUMENTAÇÃO DISPONÍVEL Em adição aos sensores de satélite, assim como a instrumentação do TROCCINOX e do HIBISCUS detalhada nos Apêndices 1 e 2, respectivamente, a seguinte infra-estrutura de instrumentação estará disponível para a condução do estudo proposto, alguns dos quais já se encontram nos locais em que irão operar.

• Radares Doppler banda-S do IPMet, em Bauru e Presidente Prudente • Três Distrômetros Joss-Waldvogel (IPMet, Bauru) • Dois Sistemas de Radiossondagem Vaïsala (IPMet & CTA, Bauru) • Rede de Detecção de Descargas Elétricas (será expandida no Estado de São

Paulo pelo INPE durante 2003) • Câmeras de Alta Sensibilidade para observar relâmpagos SPRITE (serão

importadas temporariamente para o experimento janeiro/fevereiro 2004, pelo ELAT/INPE em colaboração com a Universidade do Estado de Utah, E.U.A.)

• Lidar de Retroespalhamento para provimento de perfis de aerossóis até 10 km, no interior do Estado (operado pelo CLA/IPEN)

• Monitores de Qualidade do Ar instalados no solo (operados pelo CQMA/IPEN) • Monitores para medidas por aviões, de aerossóis & gases traços (supridos

pelo IF/USP & M-P-I, a serem instalados no avião Bandeirante, do INPE) • Medidas de física de nuvens com a aeronave Bandeirante da UECE

completamente instrumentado • Sondador Acústico (Sodar) Remtech PA2 (IAG/USP) • Anemômetro Sônico (CTA)

4.3 DADOS ADICIONAIS As seguintes observações serão colocadas à disposição pelas organizações colaboradoras durante a campanha –

• Observações de superfície (possivelmente também descargas intra-nuvens) de descargas elétricas supridas pelo INPE/ELAT

• Observações de superfície e radiossonda dentro da área de estudo, dentro da área de estudo, supridas pelo INMET

• Todos os dados “em linha” (por exemplo, imagens de satélite, saída do modelo RAMS, Tefigramas de radiossonda, etc) disponíveis no “Master” do IAG/USP

• Dados de Estações Meteorológicas Automáticas supridas pelo CEPAGRI/Unicamp & IAC

• Modelos Globais de Circulação e Previsão; Modelos Regionais & Meso Eta operados pelo CPTEC/INPE, com saídas específicas, customizadas & relacionadas ao projeto emitidas durante a campanha de janeiro/fevereiro de 2004

• Conjunto completo de observações de satélite de alta resolução durante a campanha de janeiro/fevereiro de 2004, provido pelo CPTEC

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4.4 ÁREA DE PESQUISA A área primária de pesquisa ou “área de observação intensa” (IOA) será o Estado de São Paulo e estados vizinhos, dentro do alcance dos radares banda-S de Bauru e Presidente Prudente (Figura 4). Mais especificamente, serão conduzidos estudos detalhados de nuvens tropicais e tempestades na mesoescala dentro do alcance de 240 km do radar, para cujo alcance estarão disponíveis varreduras em volume a cada 7,5 minutos, mas que poderá ser estendido dentro do alcance máximo de 450 km do radar. Essas duas áreas – com 240 e 450 km de raio – estão bem cobertas pelas observações de descargas elétricas da rede nacional de detectores. Para também documentar o fluxo e tempo de vida dos NOx, a níveis regional e continental, especialmente a porção gerada por descargas elétricas, vários aerossóis e outros gases-traço, incluindo vapor d’água, é vitalmente importante também voar missões ao longo das regiões SE, E e NE do continente. Isso será feito primariamente no vôo de vinda das aeronaves do TROCCINOX após seu reabastecimento no Recife, no deslocamento para Gavião Peixoto (GPX, Figura 5), assim como no vôo de transferência de retorno.

Figura 4. Rede de Radares do IPMet (PPR & BRU), mostrando os anéis de 240 e

450 km de distância, bem como a localização do Aeroporto de Gavião Peixoto (GPX).

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Figura 5. Alcance operacional das aeronaves Geophysica M55 e Falcon 20 E-5 (750 NM) do Aeroporto Gavião Peixoto (GPX) sem parada para reabastecimento (Fonte: H. Finkenzeller, DLR, 2003). A rota aproximada dos vôos de transferência está também indicada. Rota detalhada e trajetórias são fortemente dependentes das condições meteorológicas diárias e as decisões serão tomadas numa base “dia-a-dia”. A pluma emanante da região Amazônica (Silva Dias, 2003) poderia ser melhor captada por vôos transversais através do NE brasileiro, antes de ser efetuada a parada de reabastecimento no Recife. Essas medidas seriam de grande importância para os estudos do LBA através do provimento de dados até agora inacessíveis para os cientistas brasileiros. Entretanto, a factibilidade de se efetuar tal secção transversal dependeria largamente da prevalência de uma situação sinótica adequada no dia do vôo de transferência de retorno, de Gavião Peixoto para o Recife. 4.5 REFERÊNCIAS Silva Dias, M.A.F., 2003. Amazon Convection. Presentation during the TROCCINOX

Workshop at IPMet, Bauru, S.P., 4 February 2003. 4.6 COMENTÁRIOS FINAIS A política de disponibilidade de dados a ser adotada pelo TroCCiBras embute pleno compartilhamento dos dados entre os parceiros. A liberação dos dados para terceiros é responsabilidade exclusiva dos parceiros envolvidos nessa disponibilização e está sujeita às cláusulas estabelecidas nos respectivos Protocolos de Dados - ou acordos similares – existentes entre os participantes. A versão desta proposta a ser submetida, por exemplo, a agências financiadoras incluirá a documentação apropriada conforme requerido por cada agência

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específica, tais como cronogramas e orçamentos detalhados. Isso refere-se especificamente às organizações de apoio brasileiras e não implica em propostas a quaisquer agências estrangeiras, conectadas ou não aos projetos TROCCINOX e HIBISCUS. Existe um número de parceiros de apoio, ou seja, instituições não diretamente envolvidas nas atividades experimentais do projeto mas que, por causa de seu interesse nos resultados a serem obtidos com a execução do projeto e reconhecendo a importância do mesmo para o país, concordaram em prover informação relevante para o TroCCiBras. Até o presente, as instituições enquadradas nesse conceito são o INMET (Instituto Nacional de Meteorologia), o IAC (Instituto Agronômico de Campinas), e o CEPAGRI (Centro de Pesquisa Agrícola), as quais contribuirão com observações de superfície e ar superior durante o experimento de campo e desenvolverão atividades objetivando fazer uso dos resultados do projeto em práticas selecionadas, como é o caso da previsão de tempo para o INMET e a Agricultura/Modelagem para o IAC e o CEPAGRI. O CPTEC/INPE proverá a base operacional de previsão através das saídas de seus modelos numéricos, assim como imagens de satélite de alta resolução. Imagens operacionais de satélites serão acessadas diretamente, enquanto as observações de descargas elétricas e sondagens do ar superior (tefigramas) são obtidas do ELAT/INPE e “Master” do IAG/USP, respectivamente. A Secretaria do Estado de São Paulo envolvendo ciência e tecnologia está provendo suporte executivo ao projeto, através da ajuda na obtenção das permissões requeridas junto ao Governo Federal, uma vez que a maioria dos sub-projetos de pesquisa são liderados por instituições do Estado de São Paulo e, também, o projeto é baseado no Estado. Em adição, o TroCCiBras pode beneficiar-se substancialmente do programa do SIHESP (Sistema Integrado Hidrometeorológico do Estado de São Paulo) presentemente em implementação. Enquanto espera-se que apenas uma parte limitada dos equipamentos esteja em ordem de marcha quando o Experimento de Campo ocorra no início de 2004, eles incorporarão a tecnologia mais atualizada e deverá prover dados particularmente acurados para o TroCCiBras. Esta apresentação oferece uma visão geral do projeto com destaque dos pontos principais. O detalhamento de cada projeto específico de pesquisa, designado sub-projeto (Tabela em Anexo) encontra-se na versão da proposta que acompanha este documento. 5. PROJETOS PARCEIROS

http://www.aero.jussieu.fr/projet/HIBISCUS/

http://www.pa.op.dlr.de/troccinox/

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6. ANEXO - SUB-PROJETOS CIENTÍFICOS (*) ÁREAS DO SUB-PROJETO

TÍTULO DO SUB-PROJETO INSTITUIÇÃO RESPONSÁVEL INVESTIGADOR PRINCIPAL

Integração das observações de radar, descargas elétricas, modelos numéricos & Nowcasting

Universidade Estadual Paulista (IPMet)

Dr Gerhard Held

Validação de Modelos Numéricos com Componente de Química da Atmosfera

Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC/INPE)

Dr Carlos Nobre

Acoplamento entre Camada Limite e o Início e Intensificação da Convecção Úmida

Centro Tecnológico Aeroespacial (CTA) e CPTEC/INPE

Dr Gilberto Fisch Dr Luis Augusto Machado

Estudos de Física de Nuvens Universidade Estadual do Ceará (UECE)

Dr Alexandre Costa

Estudos de Eletricidade Atmosférica e Sprites

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (ELAT)

Dr Osmar Pinto

Meteorologia, Física Atmosférica e Previsão

Poluição do Ar, Nuvens e Interações Climáticas

Universidade de São Paulo (IAG)

Dra Maria A. F. Silva Dias e Dr Pedro L. Silva Dias

Química Atmosférica Distribuição Vertical de Aerosóis e Gases Traço entre o Solo e a Média-Troposfera

Universidade de São Paulo (IF) Dr Paulo Artaxo Dr Meinrat O Andreae

Medidas Combinadas de Diferentes Sensores

Universidade Estadual Paulista (IPMet)

Dr Roberto Vicente Calheiros

Detecção em Ar Claro e Nuvens Universidade Estadual Paulista (IPMet)

Dr Roberto Vicente Calheiros

Validação de Sensores Embarcados e Terrestres

Quantificação de Precipitação Usando Canais de Microondas

Universidade Estadual Paulista (IPMet)

Dr Roberto Vicente Calheiros

(*) Os sub-projetos científicos estão detalhados na versão da proposta aqui juntada

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