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Jun 25, 2023

As suposições de fluxo de calor contribuem para a superestimação da injeção de fumaça de incêndios florestais na troposfera livre

Communications Earth & Environment volume 3, Artigo número: 236 (2022) Citar este artigo 1653 Acessos 3 Citações 5 Detalhes de métricas altmétricas Injeções de plumas de fumaça de incêndio florestal na área livre

Communications Earth & Environment volume 3, Artigo número: 236 (2022) Citar este artigo

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5 Altmétrico

Detalhes das métricas

As injeções de plumas de fumaça de incêndios florestais na troposfera livre impactam a qualidade do ar, mas as previsões dos modelos de injeções são ruins. Aqui, usamos observações de aeronaves obtidas durante os incêndios florestais no oeste dos EUA em 2019 (FIREX-AQ) para avaliar uma parametrização de aumento de pluma de fumaça comumente usada em dois modelos de transporte químico atmosférico (WRF-Chem e HRRR-Smoke). As observações mostram que as injeções de fumaça na troposfera livre ocorrem em 35% das plumas, enquanto os modelos preveem 59-95% indicando falsas injeções nas simulações. Falsas injeções foram associadas a ambos os modelos superestimando o fluxo de calor do fogo e a altura do terreno, e com o WRF-Chem subestimando a altura da camada limite planetária. Estimamos que a fração radiante do fluxo de calor é 0,5 a 25 vezes maior nos modelos do que nas observações, dependendo do tipo de combustível. O desempenho do modelo foi substancialmente melhorado usando o fluxo de calor observado e as alturas da camada limite, confirmando que os modelos precisam de fluxos de calor e alturas da camada limite precisos para prever corretamente as injeções de plumas.

A fumaça dos incêndios florestais afeta o orçamento radiativo1 da Terra, a qualidade do ar2, a visibilidade3 e a saúde humana4, aumentando a carga atmosférica de poluentes. Incêndios florestais mais severos e épocas de incêndios mais longas foram observados e parecem estar correlacionados com alterações climáticas antropogénicas5,6. Prevê-se uma maior degradação da qualidade do ar e da visibilidade devido ao fumo em regimes climáticos futuros7.

A ascensão da pluma refere-se ao transporte vertical de gases e partículas de fumaça quente através da atmosfera. Este processo pode resultar em injeções de plumas, onde a fumaça atinge a troposfera livre, ou em não injeções de plumas, onde a fumaça permanece confinada dentro da camada limite planetária (PBL). Estudos anteriores mostraram que as plumas injetadas tendem a ocupar camadas de estabilidade ambiental e que as injeções de plumas estão associadas ao alto poder radiativo do fogo (FRP) e ao clima favorável do fogo8,9,10. Observações do espectrorradiômetro de imagem multiangular (MISR) indicam que a injeção na troposfera livre ocorre em 4-12% dos topos das plumas de fumaça da América do Norte8,9,11,12, e os dados do Cloud-Aerosol Lidar com polarização ortogonal indicam que a injeção da coluna total de fumaça na troposfera livre ocorre em 78% das plumas de fumaça norte-americanas10. No entanto, a percentagem de MISR pode ser tendenciosa para baixo devido a passagens superiores de satélite que ocorrem pela manhã (~10h30 LT para MISR), quando as plumas ainda não se desenvolveram completamente11. As plumas injetadas podem ser projetadas na direção do vento com pouca diluição13 e, portanto, tendem a ter mais impactos regionais. Por outro lado, as plumas não injetadas tendem a ter mais impactos locais devido à mistura descendente mais eficiente pela turbulência ambiente do PBL.

A parametrização da ascensão da pluma de Freitas é um modelo unidimensional de resolução de nuvens. Normalmente é incorporado em um modelo hospedeiro tridimensional que especifica o ambiente ambiental14. Este modelo representa os incêndios como fluxos de flutuação superficial que dependem do tamanho instantâneo do incêndio, do fluxo de calor convectivo e do tipo de combustível. Este modelo tende a superar os modelos que atribuem as emissões a um único nível ou a uma distribuição vertical fixa15,16,17. No entanto, o modelo depende de estimativas do tamanho do incêndio e do fluxo de calor, superestima a frequência de injeção troposférica livre e tende a subestimar a faixa de alturas de plumas observadas18,19. As causas propostas para as deficiências do modelo Freitas incluem incertezas no arrastamento lateral e nos parâmetros de entrada. O arrastamento depende do tamanho do incêndio, portanto, versões do modelo Freitas que permitem tamanhos variáveis ​​de incêndio podem melhorar a faixa modelada de alturas de pluma15,18. Além disso, adicionar explicitamente o arrastamento a uma versão posterior do modelo melhorou o desempenho20,21. A incerteza nos parâmetros de entrada, nomeadamente o tamanho do fogo e o FRP, pode ser causada pela pluma que mascara as recuperações do FRP, pela forma ou tamanho incorreto do fogo ou pela variabilidade da queima com o tipo de vegetação18,22.