Avaliação do impacto de queima de biomassa nas propriedades físicas-químicas de aerossóis atmosféricos no Pantanal de Mato Grosso
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Tese |
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Texto Completo: | http://ri.ufmt.br/handle/1/5507 |
Resumo: | The Brazilian Pantanal is a complex landscape of great importance for the control of water flow in the Paraguay River Basin with growing agricultural and livestock production. The region has been impacted by deforestation and fires, emitting a crescent amount of biomass burning aerosols to the atmosphere with health and climate negative consequences. The physical-chemical and optical properties of aerosols at the Brazilian Pantanal were investigated to evaluate the impact of burning biomass at the dry season of 2012. This study focused on the analysis of meteorological and environmental events on the optical properties and the concentration of chemical elements of aerosols, relating the evolution of these characteristics in the dry season. Also, the aerosols were classified chemically and optically using Angstrom Matrix cluster analysis to verify the more common groups and the relation between chemical and optical characteristics. Changes in spectrum choice have also been assessed that effect the population of these optical groups Results indicate a dominance of coarse particles related to biogenics (P, K and Mg at coarse mode) and crustal elements (Al, Si, Ca and Fe) at the beginning of the dry season, and finer elemental carbon and biomass burning elements (S, Zn and K at fine mode) at the end of the season. Values of optical properties as Aerosol Optical Depth (AOD), Single Scattering Albedo (SSA) and Absorption, Scattering and Extinction Angstrom Exponents (AAE, SAE and EAE) were higher with the increase of biomass burning emissions during fires episodes. The optical classification shown a seasonally variation of more frequent groups, at the early dry season, species at low AAE e SAE were predominant has been labeled as Coated Large Particles and Biogenic, and in the advanced winter and beginning of Spring, the classes related to the elemental carbon as EC, OC/EC and Dust/EC with higher AAE and SAE. This is consequence of reduction of particle size and increase of organic and elemental carbon in the aerosols microstructure. There is a qualitatively relation between the optical and chemical classification, and the frequency of elemental and organic carbon groups was related qualitatively to the black carbon concentration at the filters. Changes in the choice between combinations of wavelengths for Absorption Angstrom Exponents can lead to very different results for long waves; however, there are no significant changes for short waves and between intermediate waves due to the chemical nature of the aerosols prevalent in the sampling. The scattering Angstrom exponent does not suffers from the same variation, with correlations always close to the ideal between spectral combinations. These results indicate that the aerosol composition and optical properties of the atmosphere during the dry season were impacted by land cover change, biomass burning, and fossil fuel emissions from Cuiaba, located more than 100 km away. These data highlight the importance of human impacts and long-range transport to the regional haze measured in the Northern Pantanal. |
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Avaliação do impacto de queima de biomassa nas propriedades físicas-químicas de aerossóis atmosféricos no Pantanal de Mato GrossoEspectroscopia de energia dispersiva de raios-XDependência espectral de propriedades óticasModos de combustãoCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICAX-ray dispersive energy spectroscopySpectral dependence of optical propertiesCombustion modesThe Brazilian Pantanal is a complex landscape of great importance for the control of water flow in the Paraguay River Basin with growing agricultural and livestock production. The region has been impacted by deforestation and fires, emitting a crescent amount of biomass burning aerosols to the atmosphere with health and climate negative consequences. The physical-chemical and optical properties of aerosols at the Brazilian Pantanal were investigated to evaluate the impact of burning biomass at the dry season of 2012. This study focused on the analysis of meteorological and environmental events on the optical properties and the concentration of chemical elements of aerosols, relating the evolution of these characteristics in the dry season. Also, the aerosols were classified chemically and optically using Angstrom Matrix cluster analysis to verify the more common groups and the relation between chemical and optical characteristics. Changes in spectrum choice have also been assessed that effect the population of these optical groups Results indicate a dominance of coarse particles related to biogenics (P, K and Mg at coarse mode) and crustal elements (Al, Si, Ca and Fe) at the beginning of the dry season, and finer elemental carbon and biomass burning elements (S, Zn and K at fine mode) at the end of the season. Values of optical properties as Aerosol Optical Depth (AOD), Single Scattering Albedo (SSA) and Absorption, Scattering and Extinction Angstrom Exponents (AAE, SAE and EAE) were higher with the increase of biomass burning emissions during fires episodes. The optical classification shown a seasonally variation of more frequent groups, at the early dry season, species at low AAE e SAE were predominant has been labeled as Coated Large Particles and Biogenic, and in the advanced winter and beginning of Spring, the classes related to the elemental carbon as EC, OC/EC and Dust/EC with higher AAE and SAE. This is consequence of reduction of particle size and increase of organic and elemental carbon in the aerosols microstructure. There is a qualitatively relation between the optical and chemical classification, and the frequency of elemental and organic carbon groups was related qualitatively to the black carbon concentration at the filters. Changes in the choice between combinations of wavelengths for Absorption Angstrom Exponents can lead to very different results for long waves; however, there are no significant changes for short waves and between intermediate waves due to the chemical nature of the aerosols prevalent in the sampling. The scattering Angstrom exponent does not suffers from the same variation, with correlations always close to the ideal between spectral combinations. These results indicate that the aerosol composition and optical properties of the atmosphere during the dry season were impacted by land cover change, biomass burning, and fossil fuel emissions from Cuiaba, located more than 100 km away. These data highlight the importance of human impacts and long-range transport to the regional haze measured in the Northern Pantanal.CAPESO Pantanal brasileiro é um bioma complexa de grande importância para o controle do fluxo de água na Bacia do Rio Paraguai, com crescente produção agropecuária. A região foi impactada pelo desmatamento e incêndios, emitindo uma quantidade crescente de aerossóis de queima de biomassa na atmosfera, com consequências negativas para a saúde e o clima. As propriedades físico-químicas e óticas dos aerossóis no Pantanal brasileiro foram investigadas para avaliar o impacto da queima de biomassa na estação seca de 2012. Este estudo teve como foco a análise de eventos meteorológicos e ambientais sobre as propriedades óticas e a concentração de elementos químicos aerossóis, relacionando a evolução dessas características na estação seca. Além disso, os aerossóis foram classificados quimicamente e oticamente usando a análise de cluster Angstrom Matrix para verificar os grupos mais comuns e a relação entre características químicas e óticas. Também foram avaliadas mudanças na escolha do espectro que afetam a população desses grupos ópticos. Os resultados indicam uma predominância de partículas grossas relacionadas a biogênicos (P, K e Mg na moda grossa) e elementos de poeira (Al, Si, Ca e Fe) no início da estação seca, e elementos elementares mais finos para queima de carbono e biomassa (S, Zn e K na moda fina) no final do período. Valores de propriedades óticas como Profundidade Ótica em Aerossol (AOD), Albedo de Espalhamento Único (SSA) e Expoentes de Angstrom de Absorção, Espalhamento e Extinção (AAE, SAE e EAE) foram maiores com o aumento das emissões de queima de biomassa durante os episódios de incêndio. A classificação ótica mostrou uma variação sazonal dos grupos mais frequentes; no início da estação seca, predominaram espécies com baixo AAE e SAE, sendo rotuladas como Biogênicas, e com o inverno avançando e início da primavera, as classes relacionadas a o carbono elementar como EC, OC/EC e Dust/EC com AAE e SAE mais elevados. Isso é consequência da redução do tamanho das partículas e aumento do carbono orgânico e elementar na microestrutura de aerossóis. Existe uma relação qualitativa entre a classificação ótica e química, e a frequência dos grupos de carbono elementar e orgânico foi relacionada qualitativamente à concentração de carbono preto nos filtros. Alterações na escolha entre combinações de comprimentos de onda para expoentes de Angstrom de absorção podem levar a resultados muito diferentes para ondas longas; no entanto, não há mudanças significativas para ondas curtas e entre ondas intermediárias devido à natureza química dos aerossóis prevalecentes na amostragem. O expoente de Espalhamento de Angstrom não sofre a mesma variação, com correlações sempre próximas do ideal entre combinações espectrais. Esses resultados indicam que a composição do aerossol e as propriedades óticas da atmosfera durante a estação seca foram impactadas por mudanças na cobertura da terra, queima de biomassa e emissões de combustíveis fósseis de Cuiabá, localizada a mais de 100 km de distância. Esses dados destacam a importância da ação humana e do transporte de longo alcance para no Pantanal Norte.Universidade Federal de Mato GrossoBrasilInstituto de Física (IF)UFMT CUC - CuiabáPrograma de Pós-Graduação em Física AmbientalVourlitis, George LouisPalácios, Rafael da Silvahttp://lattes.cnpq.br/1162335829202431http://lattes.cnpq.br/5352197007462490Vourlitis, George Louis743.349.211-91http://lattes.cnpq.br/5352197007462490Morais, Denes Martins de647.619.751-72http://lattes.cnpq.br/2682705901725954743.349.211-91794.154.821-68Rodrigues, Thiago Rangel725.880.391-20http://lattes.cnpq.br/7044858666359931Santos, Anna Carolinna Albino020.785.791-14http://lattes.cnpq.br/1204917467835865Palácios, Rafael da Silva794.154.821-68http://lattes.cnpq.br/1162335829202431Weber, Alfredo dos Santos2024-07-03T14:32:50Z2020-09-042024-07-03T14:32:50Z2020-09-02info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisWEBER, Alfredo dos Santos. Avaliação do impacto de queima de biomassa nas propriedades físicas-químicas de aerossóis atmosféricos no Pantanal de Mato Grosso. 2020. 101 f. Tese (Doutorado em Física Ambiental) - Universidade Federal de Mato Grosso, Instituto de Física, Cuiabá, 2020.http://ri.ufmt.br/handle/1/5507porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMTinstname:Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT)instacron:UFMT2024-07-05T07:02:16Zoai:localhost:1/5507Repositório InstitucionalPUBhttp://ri.ufmt.br/oai/requestjordanbiblio@gmail.comopendoar:2024-07-05T07:02:16Repositório Institucional da UFMT - Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT)false |
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The Brazilian Pantanal is a complex landscape of great importance for the control of water flow in the Paraguay River Basin with growing agricultural and livestock production. The region has been impacted by deforestation and fires, emitting a crescent amount of biomass burning aerosols to the atmosphere with health and climate negative consequences. The physical-chemical and optical properties of aerosols at the Brazilian Pantanal were investigated to evaluate the impact of burning biomass at the dry season of 2012. This study focused on the analysis of meteorological and environmental events on the optical properties and the concentration of chemical elements of aerosols, relating the evolution of these characteristics in the dry season. Also, the aerosols were classified chemically and optically using Angstrom Matrix cluster analysis to verify the more common groups and the relation between chemical and optical characteristics. Changes in spectrum choice have also been assessed that effect the population of these optical groups Results indicate a dominance of coarse particles related to biogenics (P, K and Mg at coarse mode) and crustal elements (Al, Si, Ca and Fe) at the beginning of the dry season, and finer elemental carbon and biomass burning elements (S, Zn and K at fine mode) at the end of the season. Values of optical properties as Aerosol Optical Depth (AOD), Single Scattering Albedo (SSA) and Absorption, Scattering and Extinction Angstrom Exponents (AAE, SAE and EAE) were higher with the increase of biomass burning emissions during fires episodes. The optical classification shown a seasonally variation of more frequent groups, at the early dry season, species at low AAE e SAE were predominant has been labeled as Coated Large Particles and Biogenic, and in the advanced winter and beginning of Spring, the classes related to the elemental carbon as EC, OC/EC and Dust/EC with higher AAE and SAE. This is consequence of reduction of particle size and increase of organic and elemental carbon in the aerosols microstructure. There is a qualitatively relation between the optical and chemical classification, and the frequency of elemental and organic carbon groups was related qualitatively to the black carbon concentration at the filters. Changes in the choice between combinations of wavelengths for Absorption Angstrom Exponents can lead to very different results for long waves; however, there are no significant changes for short waves and between intermediate waves due to the chemical nature of the aerosols prevalent in the sampling. The scattering Angstrom exponent does not suffers from the same variation, with correlations always close to the ideal between spectral combinations. These results indicate that the aerosol composition and optical properties of the atmosphere during the dry season were impacted by land cover change, biomass burning, and fossil fuel emissions from Cuiaba, located more than 100 km away. These data highlight the importance of human impacts and long-range transport to the regional haze measured in the Northern Pantanal. |
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