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Disertación de Maestría
DOI
https://doi.org/10.11606/D.14.2022.tde-03012023-205036
Documento
Autor
Nombre completo
Carolina de Aguiar Monteiro
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2022
Director
Tribunal
Albrecht, Rachel Ifanger (Presidente)
Machado, Luiz Augusto Toledo
Rizzo, Luciana Varanda
Título en portugués
Relações entre a atividade elétrica, óxidos de nitrogênio e partículas ultrafinas na Amazônia Central durante a estação chuvosa
Palabras clave en portugués
Amazônia
convecção na Amazônia
descargas elétricas
óxidos de nitrogênio por raios (LNOx)
partículas de aerossóis ultrafinos
Resumen en portugués
A Amazônia central têm sido foco de estudos das interações entre aerossóis-nuvens-precipitação por ser uma região com pouca influência antrópica e atividade elétrica significativa. A atividade elétrica forma óxidos de nitrogênio (Lightning Nox - LNOx), que são precursores dos principais oxidantes da atmosfera, o radical hidroxila (OH) e o ozônio (O3), sendo a principal fonte natural de NOx na atmosfera. Estes oxidantes atacam as ligações duplas de compostos orgânicos voláteis biogênicos emitidos pela floresta, e produzem produtos orgânicos secundários que podem servir como componentes de partículas ultrafinas (UAPs partículas com diâmetro menor que 50nm). Este processo pode ocorrer dentro de sistemas convectivos profundos, capazes de trazer estes componentes para a superfície. Este trabalho investiga o transporte para a superfície de LNOx e UAPs durante sistemas convectivos profundos na região amazônica. Foram utilizados dados das duas estações chuvosas do projeto GoAmazon2014/15. Dos 362 dias analisados, 42 dias (11,6%) tiveram atividade elétrica com picos de NOx, e sem contaminação da pluma de Manaus. Desses, 19 dias foram classificados em 3 classes baseado no tamanho de partículas: eventos com aumento na concentração somente de partículas ultrafinas (<50 nm), eventos sem aumento na concentração de UAPs, e eventos com aumento na concentração de partículas em todos os tamanhos aqui estudados (< 50nm ND50, entre 50 e 100 nm ND50-100, e >100 nm ND100). Observou-se que o aumento da concentração de partículas estava relacionado aos picos de NOx e transporte vertical descendente pelos sistemas precipitantes. Foi encontrada uma correlação significativa (0,61 a 0,69) entre a quantidade de raios e os maiores picos de NOx em cada caso, e concentrações de NOx encontradas puderam ser compradas às concentração observadas em grandes áreas urbanas e a estudos feitos anteriormente. A relação entre os picos de NOx e o aumento da concentração de UAPs nas três classes de tamanhos estudadas sugere três hipóteses. A primeira (Hipótese A) diz que eventos com aumento somente na concentração de partículas ND50 estão relacionados com a formação de partículas pela oxidação de compostos orgânicos voláteis de origem biogênica (BVOCs) dentro de sistemas convectivos e transportados para a superfície pelas correntes descendentes, em escala de tempo de horas, como proposto já proposto por outros autores. A segunda (Hipótese B) diz que eventos que não tem aumento significativo na concentração de partículas de qualquer tamanho (menor que 100nm), podem estar associados a convecção muito recente, ou convecção com correntes ascendentes prévias fracas, que não são capazes de carregar altas concentrações de BVOCs para haver nucleação significativa de partículas ultrafinas. E a terceira (Hipótese C) diz que evento com aumento considerável na concentração de partículas de todos os tamanhos, ultrafinas e finas, podem ser a evidência do transporte de partículas ultrafinas nucleadas e crescidas na alta troposfera para a superfície pela corrente descendente do sistema convectivo.
Título en inglés
Relationships between electrical activity, nitrogen oxides and ultrafine particles in Central Amazonia during the rainy season
Palabras clave en inglés
Amazon
Amazon convection
lightning
lightning nitrogen oxides (LNOx)
ultrafine aerosol particles
Resumen en inglés
Central Amazônia has been the focus of studies of aerosol-cloud-precipitation interactions because it is a region with little anthropogenic influence and significant electrical activity. The electrical activity forms nitrogen oxides (Lightning Nox - LNOx), which are precursors to the main oxidants in the atmosphere, the hydroxyl radical (OH) and ozone (O3), being the main natural source of NOx in the atmosphere. These oxidants attack the double bonds of biogenic volatile organic compounds emitted from the forest, and produce organic side products that can serve as components of ultrafine particles (UAPs). This process can occur within deep convective systems that are capable of bringing these components to the surface. This work investigates the transport of NOx and UAPs to the surface during deep convective systems in the Amazon region. It was used data from the two wet seasons of GoAmazon2014/15 project. Out of the 362 days analyzed, 42 days (11.6%) presented electrical activity with NOx peaks, and without contamination of the Manaus plume. Of these days, 19 days were classified into 3 classes based on particle size: events with an increase of ultrafine particles concentration only (<50 nm), events with no increase in UAPs concentrations, and events with an increase in concentration of all particle sizes studied here (<50 nm - ND50, between 50 and 100 nm ND50-100, and >100 nm ND100). It was observed that an increase in particle concentration was related to NOx peaks and vertical downward transport from precipitating systems. It was found a significative correlation (0.61 to 0.69) between the amount of lightning and the highest NOx peaks in each case, and NOx concentrations are comparable to concentrations observed in large urban areas in previous studies. The relationship between NOx peaks and UAPs concentration in the three sizes classes studied suggests three hypotheses. The first (Hypothesis A) says that events with an increase only in the concentration ND50 particles are related to the formation of particles by the oxidation of biogenic volatile organic compounds (BVOCs) within convective and transported to the surface by downdrafts, in time scale of hours, as proposed by other authors. The second (Hypothesis B) says that events that do not have a significant increase in the concentration of particles of any sizes (less than 100nm), may be associated with very recent convection, or convection with weak previous updrafts, which are not capable of carrying high concentrations of BVOCs for significant nucleation of ultrafine particles. And the third (Hypothesis C) says that an event with a considerable increase in the concentration of particles of all sizes, ultrafine and fine, may be evidence of the transport of ultrafine particles nucleated and grown in the upper troposphere to the surface by the downdraft of the convective system.
 
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Fecha de Publicación
2023-01-09
 
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