Assessment of fire emissions inventories during the South American Biomass Burning Analysis (SAMBBA) experiment

Abstract

<p><strong>Abstract.</strong> Fires associated with land use and land cover changes release into the atmosphere large amounts of aerosols and trace gases. Although there are several inventories of biomass burning emissions covering Brazil, there are still considerable uncertainties and differences among these. While most fire emissions inventories still utilize the parameters of vegetation fuel load, emission factors and other parameters to estimate the biomass burned and its associated emissions, certain more recent inventories tend to apply an alternative method based on fire radiative power (FRP) observations to estimate the amount of biomass burned and the corresponding emissions of trace gases and aerosols. The Brazilian Biomass Burning Emission Model (3BEM) and Fire Inventory from NCAR (FINN) are examples of the first, while Brazilian Biomass Burning Emission Model with FRP assimilation (3BEM_FRP) and Global Fire Assimilation System (GFAS) are examples of the latter method mentioned. In this paper, the output of four biomass burning emission inventories used during the South American Biomass Burning Analysis (SAMBBA) field campaign are analyzed and intercompared, focusing on eight predefined grids. Aerosol optical thickness derived from measurements made by the MODIS sensor operating onboard the Aqua satellite is applied to assess the inventories consistency. Significant correlation coefficients (r, p>0.05 level, Student t-test) were found between 3BEM and FINN, and between 3BEM_FRP and GFAS, with approximately 0.86 and 0.85, respectively. These results indicate that emissions estimates in this region derived via similar methods tend to agree with one other, but differ more from the estimates derived via the alternative approach. However, correlations in specific grids indicate that 3BEM and FINN typically underestimated the smoke emission loading in the eastern region of Amazon Forest, whilst 3BEM_FRP presents a tendency to overestimate fire emissions in the same area. The relationship between the 3BEM and FINN fire inventories present a correlation coefficient of 0.75-0.92, with a tendency of FINN to overestimate the emission of carbon monoxide by 20-30%. Moreover, 3BEM and GFAS shows a correlation coefficient of between 0.75-0.85, with higher values near the arc of deforestation in Amazon Rainforest. However, GFAS has a tendency to present higher carbon monoxide emissions in this region, and 3BEM_FRP tends to overestimate the emissions in soybean expansion (east of Amazon forest).</p>

Modelagem da Contribuição do Cerrado sobre as Emissões Brasileiras de Material Particulado Fino (PM2,5 µm) Associadas à Queima de Biomassa

“…As emissões de PM2,5 µm foram estimadas a partir da integração dos produtos de fogo ativo dos sensores MODIS e SEVIRI no 3BEM_FRP considerando uma grade regular de 0,18º. A FRP estimada pelos diferentes sensores ( ( , )) em um determinado intervalo de tempo (t, em segundos) é agrupada em uma grade ( , em MW), resultante da convolução de uma máscara η(γ,k), de tamanho M x N (colunas x linhas) sobre os valores de FRP (Equação 1, PEREIRA et al, 2016).…”

“…Em seguida, com o valor da FRP integrada para cada intervalo de tempo em cada ponto da grade regular, foi estimada a Energia Radiativa do Fogo (FRE, do inglês Fire Radiative Energy), que é a energia emitida como radiação eletromagnética durante o ciclo de vida da queimada (WOOSTER, 2002) a partir da Equação 2 (PEREIRA et al, 2016), em que ( , , ) representa a FRE (MJ) em um determinado ponto da grade regular, a FRP (MW) integrada a partir da Equação 1 para cada tempo, e t o intervalo entre as observações (em segundos). Cabe ressaltar que caso a diferença entre os horários de aquisição entre os focos de calor seja maior que 4 horas o processo de integração é finalizado, iniciando-se novamente quando outro foco é detectado.…”

“…Em relação às emissões, o método mais utilizado atualmente para estimá-las a partir de dados orbitais é derivado da Potência Radiativa do Fogo (FRP, do inglês Fire Radiative Power), uma medida discreta definida como a taxa com que a energia é emitida pelo fogo na forma de radiação eletromagnética e que é diretamente proporcional à biomassa queimada e às emissões (WOOSTER, 2002). Ainda, é possível atualmente estimar as emissões a partir da integração da FRP derivada de diversos sensores, como o Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) e o Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager (SEVIRI), através de sub-rotinas como o Brazilian Biomass Burning Emission Model with Fire Radiative Power (3BEM_FRP), presente no sistema PREP-CHEM-SRC, uma ferramenta numérica desenvolvida para a estimativa e análise das emissões (PEREIRA et al, 2009;LONGO et al, 2010;PEREIRA et al, 2016).…”

Análise Do Efeito De Background Na Estimativa Da Potência E Da Energia Radiativa Do Fogo

“…Os estudos relacionados às estimativas de biomassa queimada foram realizados durante muitas décadas a partir de experimentos e medições in situ, porém a cobertura espacial e temporal desse tipo de abordagem é limitada (ANDREAE & MERLET, 2001). A partir da década de 1990, com os avanços no sensoriamento remoto orbital, as dificuldades impostas por essas limitações diminuíram, possibilitando a aquisição de informações em nível global de forma sistemática (ICHOKU et al, 2012;SHVETSOV & PONOMAREV, 2015;ANDREALA et al, 2016) e tornaram os dados provenientes de sensores orbitais a principal fonte de dados para estimar a quantidade de biomassa queimada e as emissões provenientes da queima de biomassa (FREITAS et al, 2007;HANTSON et al, 2013;HUANG et al, 2015;SHI et al, 2015;PEREIRA et al, 2016).…”

“…Atualmente, o método mais utilizado para estimar a biomassa queimada é derivado da Potência Radiativa do Fogo (FRP) WOOSTER et al, 2005;FREEBORN et al, 2008;VERMOTE et al, 2009;SCHROEDER et al, 2010;PEREIRA et al, 2012;GIGLIO et al, 2016;PEREIRA et al, 2016), que é definida como a taxa na qual a energia é emitida pelo fogo como radiação eletromagnética (WOOSTER et al, 2003). Esse método é baseado no trabalho de Wooster (2002), que testou as relações entre a FRP e a biomassa queimada a partir de um experimento de combustão em pequena escala e chegou à conclusão que existe de uma relação linear entre as variáveis, sendo que esse método apresenta estimativas de biomassa queimada e emissões com maior acurácia do que estimativas obtidas por métodos baseados na área queimada CARDOZO et al, 2015).…”