5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Nesse capítulo serão apresentados os resultados alcançados e a discussão dos mesmos para cada objetivo específico, com base em estudos científicos que obser-varam a variabilidade e o comportamento do monóxido de carbono na atmosfera em diversas regiões do globo, com ênfase na Amazônia. No subitem 5.1 são apresentados os perfis médios mensais, ciclos sazonais e perfis médios anuais, obtidos por meio do sondador AIRS e pelas campanhas de avião realizadas conforme descrito no capítulo 4. No subitem 5.2 são apresentados os resultados das comparações entre os dados diários obtidos por satélite e medidos em campo. As comparações foram divididas em períodos mensais, sazonais e apresentadas de forma completa, para todo o período de estudo. No subitem 5.3 são apresentadas as características da série temporal de monóxido de carbono, extraídas do produto mensal da versão 7 do sensor AIRS, sobre a Região Metropolitana de Manaus. No subitem 5.4, escalas de variabilidade e variância do perfil vertical de CO são analisadas e, por fim, no subitem 5.5 são apresentadas análises de coerência e fase, bem como o espectro cruzado de ondeleta entre as concentrações do gás para dois níveis de pressão e a ocorrência de queimadas na área de estudo, assim como uma análise acerca da correlação entre queimadas e monóxido de carbono, além de um estudo de caso para a seca extrema de 2015/2016 (anomalias de precipitação e temperatura da superfície do mar).
5.1 CARACTERÍSTICAS DO CICLO ANUAL E SAZONAL DO PERFIL VERTICAL
mensal, com as maiores concentrações médias de CO abrangendo a estação seca na região. Durante esta estação, destaca-se o perfil vertical médio do mês de setembro, que apresenta pouca variabilidade na camada da superfície até em torno de 700 hPa, com valores em torno de 160 ppb e uma queda mais acentuada acima dessa camada atingindo valores de 100 ppb em torno de 550 hPa.
Por outro lado, as menores concentrações médias de CO são observadas entre os meses de dezembro e julho, que compõe a estação chuvosa e o período de transição entre chuva e seca na região. Dentre esses meses, o mês de maio apresenta menores valores médios, com menor variação vertical, oscilando entre 80 ppb próximo à superfície e 70 ppb em torno de 550 hPa. O comportamento e os valores médios desse perfil são semelhantes aos apresentados por Andreae et al. (2012), com dados coletados ao longo das missões do BARCA-B, no período que compreende os dias 15 e 28 de maio de 2009.
Figura 5 – Perfil vertical médio mensal de CO - Avião (2017-2021).
Fonte: Elaborada pelo autor.
As médias mensais dos perfis verticais de CO inferidos pelo sondador AIRS, considerando a climatologia para o período de 2003 a 2020 sobre a área de estudo e os mesmos níveis de pressão utilizados nas campanhas com o avião, são apresentados na Figura 6. Assim como nos perfis obtidos in situ, é possível observar diferenças entre os períodos de seca e chuva. As maiores concentrações médias são observadas no período entre setembro e dezembro, sendo o mês de outubro o que apresenta os maiores valores em todos os níveis atmosféricos analisados, variando entre aproxi-madamente 120-130 ppb. As menores concentrações médias são observadas entre janeiro e agosto, mas destaca-se o período final de transição entre a estação chuvosa e estação seca (maio-julho), cujos valores variam entre aproximadamente 80-100 ppb.
O perfil do mês de junho apresenta os menores valores médios em todos os níveis analisados, variando entre aproximadamente 90-80 ppb.
Figura 6 – Perfil vertical médio mensal de CO - AIRS (2003-2020).
Fonte: Elaborada pelo autor.
Esses resultados mostram que tanto os dados das medições in situ quanto os dados das inferências por satélite apresentam ciclos sazonais bem definidos, com a variação na concentração média de CO ao longo dos meses analisados estando de acordo com outros estudos realizados por Santos et al. (2017) e Ribeiro et al.
(2018b). Na estação seca, a formação de nuvens é menor e a radiação solar que chega à superfície é maior, o que torna o ambiente mais propício a uma maior taxa de oxidação do metano por processos fotoquímicos (PETRENKO et al., 2013) bem como para a ocorrência de queimadas, sendo essas, as duas maiores fontes de CO para a atmosfera na região. Deeter et al. (2016), em seu estudo de validação dos dados do perfil vertical de CO do sensor MOPITT, encontraram as maiores concentrações médias de CO sobre a região central da Amazônia, em 400 hPa, também ocorrendo no mês de outubro. Analisando dados do MOPITT para toda Bacia Amazônica, Deeter et al. (2018) encontraram as maiores concentrações de CO na troposfera acontecendo entre setembro e novembro.
As Figuras 7 e 8 apresentam os diagramas de caixa do perfil de monóxido de carbono, com dados divididos entre estação seca e úmida/transição úmida-seca, para todos dados mensais do satélite AIRS, entre os anos de 2003 a 2020, e todos os dados das campanhas de avião, entre 2017 e 2021. Analisando a Figura 7, percebe-se que durante a estação seca as medidas de tendência central (segundo quartil) em cada nível do perfil apresentam valores em torno de 110 ppb. Por outro lado, durante a estação úmida/transição úmida-seca, tal medida apresenta valores maiores nos níveis atmosféricos próximos à superfície (em torno de 120 ppb), diminuindo gradativamente com o aumento da altitude (em torno de 100 ppb). O mesmo acontece com os valores mínimos, do primeiro quartil e do terceiro quartil da estação. Entretanto, é possível observar que os valores máximos foram deslocados para a direita, provavelmente em decorrência de um evento ou ano atípico. Apesar da mediana dos perfis inferidos durante a estação seca variar em aproximadamente 10 ppb por nível, nota-se, ao observar a direferença do intervalo interquartílico, uma maior dispersão dos dados quando comparados com a estação seguinte. Do mesmo modo, os menores valores mínimos e os maiores valores máximos são observados durante esse período.
Figura 7 – Diagrama de caixa do perfil vertical de CO - AIRS (2003 a 2020). a) Estação seca (JASO) b) Estação Úmida/transição úmida-seca (NDJFM).
Fonte: Elaborada pelo autor.
Com relação ao diagrama de caixa dos dados das campanhas de avião (Fig.
8), observa-se a influência das plumas de CO, oriundas de queimadas, nas medições realizadas durante a estação seca. Nesse período, um perfil praticamente completo foi descartado como outlier, tendo em vista que, entre os níveis de 850 e 700 hPa, sua concentração de CO chegou a aproximadamente 378 ppb. Valores dessa magni-tude são encontrados em regiões fortemente influênciadas pela queima de biomassa (ANDREAE et al., 2012; DEETER et al., 2016). Ademais, Boian e Kirchhoff (2004) apontam que a região do Amazonas está próxima à região de origem (queimadas) e é fortemente afetadas pelo transporte. De modo geral, as medições para a estação seca apresentaram os maiores valores de segundo quartil e de máximos nas camadas inferiores da atmosfera, diminuindo gradativamente com o aumento a altitude. Observa-se, ainda, uma maior dispersão dos dados, bem como um maior intervalo interquartil nas camadas analisadas. Durante a estação úmida/transição úmida-seca, as maiores
concentrações são encontradas nas camadas próximas à superfície, porém, o perfil da mediana apresenta menor variação. Nesse período, é possível observar menores dispersões e intervalos interquartis. Por fim, observa-se que, uma mesma camada atmosférica, durante a estação seca, pode apresentar variações na concentração de CO de até 165 ppb, enquanto durante a estação chuvosa essa variação não ultrapassa os 70 ppb.
Figura 8 – Diagrama de caixa do perfil vertical de CO - Avião (2017 a 2021) em 50 níveis de pressão (aproximadamente 1000 - 500 (hPa). a) Estação seca
(JASO) b) Estação Úmida/transição úmida-seca (NDJFM).
Fonte: Elaborada pelo autor.
A média anual dos perfis médios inferidos pelo AIRS e nas medidasin situ são apresentados nas Figuras 9 e 10, respectivamente. É possível verificar uma variação de um ano para o outro na concentração de CO de aproximadamente 10 a 20 % nos dados inferidos pelo sondador AIRS, e de 10 a 30 % nas medições realizadas durante as campanhas de avião. Predominantemente, os perfis apresentam maiores concentrações médias nos níveis mais próximos à superfície, com os valores variando em um intervalo entre 100-120 ppb, para dados do AIRS, e entre 100-130 ppb, nos
dados do avião. Há uma tendência de diminuíção dos valores médios de concentração conforme o aumento da altitude em ambos os casos, entretanto, a mesma é observada de forma mais acentuada nas mediçõesin situ, que apresentam concentrações médias variando entre pouco mais de 70 e 100 ppb nas maiores altitudes verificadas, enquanto as inferências remotas variam entre aproximadamente 95 e 115 ppb.
Em relação à variabilidade interanual observada nas inferências realizadas por satélite (Fig. 9), nota-se maiores concentrações médias anuais de CO ocorrendo durante os anos de 2003, 2004, 2005, 2007, 2010 e 2015. Destaca-se o perfil vertical médio do ano de 2005, com valores variando entre aproximadamente 115-120 ppb. De fato, nesse ano houve a maior seca dos últimos 40 anos até então, ocasionada por um episódio de aquecimento anômalo do Atlântico Norte. A seca afetou severamente a população humana ao longo do canal principal do rio Amazonas e seus afluentes a oeste e sudoeste (MARENGO et al., 2008), o que pode ter propiciado condições para o aumento na concentração de CO sobre a área estudada. Em 2007, os altos níveis de CO podem estar relacionados com o grande número de incêndios observados durante o ano, tendo em vista o déficit um precipitação de cerca de 30 %que afetou a América do Sul (TORRES et al., 2009). Apesar do fenômeno ter sido menos intenso do que o El Niño ocorrido entre 2009 e 2010, o mesmo induziu maiores anomalias de CO na região (BUCHHOLZ et al., 2018).
Por outro lado, as menores concentrações médias são encontradas nos anos de 2013, 2014, 2018 e 2019. Destaca-se o perfil vertical médio do ano de 2018, com valores variando entre aproximadamente 95 e pouco mais de 100 ppb. De acordo com o Oceanic Niño Index (ONI), nesse ano ocorreu um evento de La Niña (NOAA, 2022), o que pode ter afetado o regime de chuvas e as condições para incêndios na região. Mesmo sendo considerado um ano crítico com relação ao número de queimadas na região amazônica (LIZUNDIA-LOIOLA; PETTINARI; CHUVIECO, 2020), percebe-se que o ano de 2019 revela menores valores médios quando comparado a outros anos com condições semelhantes. Barlow et al. (2020) associaram os incêndios desse ano não a presença de uma forte estiagem, mas às queimadas relacionadas ao desmatamento, ao passo que, dos resultados apresentados por Bencherif et al. (2020),
pode-se inferir que a maior parte dos incêndios na Amazônia em 2019 ocorreu na sua porção sul e oeste. Os autores ainda observaram um transporte de plumas de fumaça para o sul, guiadas pela Cordilheira dos Andes. Em níveis mais elevados da atmosfera, alguns anos apresentam aumento das concentrações médias de CO. Tal fenômeno pode ser explicado como resultado tanto de um anticiclone de nível superior sobre a Bacia Amazônica, como pelo início de uma convecção profunda (JONQUIÈRES;
MARENCO, 1998; MARENGO et al., 2001; DEETER et al., 2016).
Figura 9 – Perfil vertical médio anual da concentração de CO - AIRS (2003 a 2020).
Fonte: Elaborada pelo autor.
Os perfis que ilustram as médias anuais das campanhas de avião (Fig. 10) apresentam, destacadamente, o ano de 2020 como tendo a maior concentração.
Em níveis mais altos da atmofera, o perfil se comporta de forma muito semelhante ao inferido pelo AIRS, com sua concentração aumentando quanto mais próximo a superfície. De fato, o estado do Amazonas bateu recorde no número de queimadas nesse ano, com 16.729 focos registrados (INPE, 2022). Os dados de 2021 apresentam
números de queimadas semelhantes, entretanto, devido a pandemia de COVID-19, não foi possível realizar medições com o avião no intervalo desejado. Assim, os dados correspondem predominantemente ao período chuvoso, o que provavelmente afetou o comportamento do perfil.
Figura 10 – Perfil vertical médio anual da concentração de CO - Avião (2017-2021).
Fonte: Elaborada pelo autor.
De modo geral, os resultados apresentados até aqui mostram uma consis-tência entre o comportamento sazonal e variações interanuais da concentração de CO estimadas por satélite e aquelas medidas in situ. Além disso, consistente com resultados anteriores, as análises sugerem que a variabilidade do CO, em parte, está relacionada com a variabilidade climática. Nesse sentido, nas próximas seções são apresentadas a comparação entre as medidas de satélite e in situ e um estudo da variabilidade multiescalar da concentração de CO.