Relatório Final: Expedição Científica – Processo 00254/2013-9 Portaria MCTI 780/2014 e 918/2014

Relatório do Projeto: Missão aérea de alta altitude e longo alcance sobre interações entre aerossóis, nuvens, precipitação e radiação e sistemas convectivos – HALO mission ACRIDICON (do inglês, High Altitude and Long Range Aircraft mission Aerosol, Cloud, Precipitation, and Radiation Interactions and Dynamics of Convective Cloud Systems) a) Objetivos Propostos e Resultados Previstos:

Objetivos, metas e resultados previstos do ACRIDICON-CHUVA são:

Os objetivos científicos gerais e específicos do ACRIDICON serão alcançados

através do estudo questões a seguir, que serão respondidas com este experimento científico:

Objetivos gerais:

- A interação dos aerossóis naturais e antrópicos com as nuvens e precipitação

influenciam significativamente a microfísica das nuvens (em sua formação,

evolução e dinâmica) e na intensidade de eventos extremos (granizo e

tempestades)?

- Estes efeitos podem induzir mudanças substanciais na circulação global da

atmosfera, balanço de energia da Terra, e clima?

- Quais são as propriedades características físicas e químicas de aerossóis e

partículas de nuvem em sistemas de nuvens convectivas (em fluxos de entrada,

dentro da nuvem, e saída), e como mudam ao longo da evolução da nuvem?

- Quais são os efeitos dos sistemas de nuvens convectivas sobre o balanço da

radiação solar e terrestre, e como pode ser considerada a estrutura microfísica

tridimensional de nuvens convectivas?

- Os processos de nuvens sobre a floresta e regiões desmatadas são

estatisticamente diferente?

Objetivos específicos:

- Podemos alcançar abrangente caracterização das propriedades in-situ

microfísicas e químicas dos aerossóis, nuvens e partículas de precipitação em

nuvens convectivas? Quais são as características das partículas de nuvem

(concentração de número, distribuição de tamanho, estrutura, fase, composição

química, estado de mistura, núcleo de condensação e atividade de nucleação de

gelo) em função da altura acima da base das nuvens e da temperatura da base

das nuvens?

- As medições indiretas com radares meteorológicos e satélite permitem

determinar perfis da microfísica de nuvens convectivas como aqueles medidos

in-situ pelos instrumentos da aeronave?

- Podemos observar diferenças características nas propriedades microfísicas,

dinâmicas e radiativas dos sistemas de nuvens convectivas em ambientes de ar

poluído e não poluído? Quais são as diferenças (velocidade ascendente,

turbulência, tipos de hidrometeoro, intensidade da precipitação, proporções e

distribuições de tamanho das gotas de nuvem e cristais de gelo, extensão

horizontal e vertical das nuvens, tempo de vida e albedo das nuvens, perfis de

água líquida e gelo, profundidade da camada mista (líquido+sólido) e

eletrificação)?

- A poluição, em particular os aerossóis antropogênicos, pode alterar

significativamente a altura e o tempo de início e propriedades de precipitação

em sistemas de nuvens convectivas?

- Como as nuvens convectivas profundas influenciam o aerossol (partículas e

gases) na troposfera livre e alta (transporte, fonte e sumidouro)?

- Como são afetados os gases traço (NOx e HOx) pela produção, entranhamento

e desentranhamento em nuvens convectivas de mesoescala?

Os resultados serão explorados em parceria e publicados em revistas científicas, no momento estamos propondo um número especial da revista Atmosphere Chemistry Physics e um artigo geral descritivo no Bulletin of American Meterology Society. Os resultados científicos obtidos irão auxiliar na melhoria da previsão de tempo, na previsão imediata e na modelagem climática na Amazônia.

b) Principais Resultados alcançados em relação aos objetivos e metas do Projeto. Os voos foram realizados conforme previstos, o apoio do Controle de Tráfego Aéreo foi fundamental para o sucesso da missão. Praticamente todos os voos propostos foram realizados e os objetivos científicos atendidos. Abaixo uma figura apresentando os voos realizados

Figura 1 : Voos do HALO realizados na operação. Cada cor representa uma missão em específico. Não estão todos os voos plotados pela falta da conexão com satélite de comunicação que providenciava as coordenadas em tempo real (voos AC07 e AC18). Foram realizados 14 voos denominados AC07 a AC20. AC corresponde ACRIDICON-CHUVA. Uma descrição sobre a equipagem, horário de decolagem e aterrissagem encontra-se no anexo I. Os 14 voos correspondem a 95 horas e 49 minutos de tempo de voo. No avião havia lugares para 2 pilotos e um mecânico, o observador militar e mais 4 poltronas para operadores de instrumentos. Esses locais foram em sua maioria compostos por 3 alemães e 1 brasileiro, eventualmente, quando havia a necessidade de operação de todos os equipamentos foram compostos por 4 alemães. O objetivo científico de avaliar os perfis de nuvens em regiões com grande quantidade de poluentes e comparar com perfis em regiões de atmosfera limpa foram realizados nos voos – AC07, AC12 e AC13 em regiões com grande quantidade de queimadas em torno de Alta Floresta. Os voos AC09 e AC18 ocorreram nas regiões limpas (em Boa Vista e São Gabriel da Cachoeira respectivamente) e o voo AC19 realizou medidas em nuvens marítimas na costa de Belém e ao longo do Amazonas onde havia um grande número de focos de queimada. O Objetivo de validação de satélites foi realizado nos voos AC10, AC14 e AC17. Os dois primeiros nas passagens do CloudSat e o último na passagem do GPM.

O Objetivo de comparar nuvens formadas em regiões de floresta e desflorestadas foi realizado no voo AC17. O Objetivo de avaliar os topo de nuvens convectivas (outflow) e gases traçadores foi realizado nos voos AC11, AC15, AC16 e AC20. Voo AC08 09/09/2014

Voo AC9 11/9/2014

Voo AC10 12/09/2014

Voo AC11 16/09/2014

Voo AC12 18/09/2014

Voo AC13 19/09/2014

Voo AC14 21/09/2014

Voo AC15 23/09/2014

Voo AC16 25/09/2014

Voo AC17 27/9/2014

Voo AC19 30/09/2014

Voo AC20 01/10/2014

A aeronave G1 do DOE (Department of Energy) dos Estados Unidos, que também realizou medidas simultâneas ao da aeronave HALO voou 53,7 horas em 19 voos. Os voos do G1 foram localizados nos arredores de Manaus e visaram estudar a influência da pluma de poluição e os aerossóis de queimadas no padrão de chuva na região. Abaixo sequem fotos dos equipamentos instalados no avião.

Voo em formação com a aeronave americana para intercalibração de instrumentos.

Interior da aeronave na parte traseira.

Interior da aeronave na parte dianteira.

Exterior da aeronave com os sensores de microfísica das nuvens e os coletores de gases. C) Discriminação e quantidade do material coletado, bem como o seu destino. Foram coletados 16 TeraBytes de dados dos seguintes instrumentos:

Todos os dados foram disponibilizados em duas cópias, uma ficando em poder do INPE e outra com a equipe do HALO. Além dos dados digitais registrados, foram geradas imagens dos dados (quicklooks) que também foram realizadas duas cópias.

Os dados serão processados em diferentes versões e a política de dados estabelecida em acordo entre o INPE/AEB e o DLR se encontra no anexo II. Esse plano certifica que os dados terão até um ano para serem colocados a disposição de todos os pesquisadores, sem exceção de participação e também coloca a necessidade dos trabalhos realizados serem feitos em coautoria entre pesquisadores brasileiros e alemães. D) Informação sobre agressões ou violações do equilíbrio ecológico e Ambiental porventura observado. Não foi observada nenhuma agressão ou violação do equilíbrio ecológico e ambiental. E) Acompanhamento e participação brasileira nos trabalhos, incluindo as atividades de campo. Durante todo o período do experimento, foi reservada uma sala de reunião no hotel Park suíte, onde cada voo foi discutido e detalhado entre as equipes brasileira e alemã. Abaixo uma foto da equipe na sala de reunião. Foram realizadas reuniões de preparação dos voos, reunião diária às 0800 para início das atividades, reuniões do grupo de coordenação (coordenadores brasileiros, americanos e alemães) às 1500 horas, reunião geral às 1700 horas para definir o voo do dia seguinte e reunião às 1800 horas para discussão sobre o voo realizado no dia.

Fotografia da equipe reunida no salão do Park Suite Hotel onde era realizada a discussão de cada voo e a equipe após o último voo. No anexo III encontra-se os equipamentos e os respectivos responsáveis brasileiros e alemães e a lista de pesquisadores brasileiros e alemães. F) Indicação de agressões ou violações ao equilíbrio ecológico e ao meio ambiente que porventura forem observadas. Não há nenhum fato observado relativo a esse assunto. G) Contribuição das atividades para o desenvolvimento científico e tecnológico brasileiro. Há três aspectos fundamentais na contribuição científica desta campanha. Primeiramente, o aspecto da aeronave, o Brasil não tem aeronave laboratório e conhecer as dificuldades, os procedimentos, as dificuldades tecnológicas foi um meio para que possamos trabalhar em um projeto de aeronave laboratório brasileira. Em segundo, há o aspecto dos dados coletados, estes são inéditos e permitiram, pela primeira vez, realizar medidas na Amazônia de topo de Cumulus Nimbus, de gelo em nuvens, particulados na atmosfera. Esses dados serão de suma importância para a melhoria da previsão de tempo na região tropical. Por último, o envolvimento de alunos de graduação a pós-graduação com os maiores cientista da área em uma campanha coletando informações na qual o aluno, pela primeira vez, teve acesso e irá realizar seus estudos. Essa aeronave custou 80 milhões de euros e a missão acridicon-chuva 4 milhões de euros.

Luiz A. T. Machado

ANEXO I– Descrição dos voos

ANEXO II

LETTER OF COMMITMENT on Acridicon-Chuva Data Protocol and Publication Policies

1. The present Letter of Commitment (hereinafter referred to as LoC) aims to establish a series of engagements on part of researchers and research centers with respect to the “Program of Cooperation between the German Aerospace Center e.V. and the Brazilian Space Agency to Implement the Acridicon-Chuva Project: Amazon Campaign” (hereinafter called PoC), signed in August 08, 2014. 2. The undersigned Third Party as a representative of (name of the institution of researcher), invited by (name of invitee), declares that he is fully aware of the content of the PoC, and agrees with the terms and conditions set in the PoC, in particular those applicable to Third Parties (Article 1, Section 1.4; paragraph 6.5; and paragraph 8.3). 3. The engagements assumed here are related to Acridicon-Chuva Data Protocol and Publication Policy, agreed during the Acridicon-Chuva Workshop in May 2014.

4. The rules adopted by this LoC have the objective of ensuring that all Acridicon-Chuva participants have access to data in a timely manner and that appropriate credit is given to the researchers, in order to maximize the fundamental principle of cooperation and synergism.

5. This LoC guides data sharing, citation of data from other researchers, access to restricted data, and promote the exchange of quality controlled/quality assured data. 6. The Acridicon-Chuva Data and Publication Policies are as follows:

6.1. AEB and INPE must have authorization of the Brazilian relevant authorities for the data to be used by Third Parties, if and as deemed appropriate.

6.1.1. All Acridicon-Chuva researchers must follow the laws concerning export of all data

gathered by foreign researchers of the various Amazonian countries, notably Brazil. The Acridicon-Chuva coordination office should provide this information to the participants.

6.1.2. To share and use the data collected by the Acridicon-Chuva Project it is necessary to

be aware on and committed with the provisions in PoC’s Article 11 (Data Sharing and Publication).

6.2. Data generated by Acridicon-Chuva should become public domain and will be permanently archived in Brazil and on the Halo data archive in Germany. The Acridicon-Chuva Data Information System (DIS) should provide tools for documenting, storing, searching and distributing these data.

6.3. All Acridicon-Chuva data should be available to all Acridicon-Chuva researchers. Exceptions may be made in the case of raw or preliminary data, for which distribution may be restricted for a limited period of time.

6.4. Data should be analyzed cooperatively by all scientists involved in obtaining them. Especially cooperation across disciplines and among Latin American, European and North American researchers should be encouraged. Publications resulting from work under Acridicon-Chuva Project should be co-authored by all scientists who have participated substantially in the work, unless some participants choose not to be on the authors list. The same applies to presentations at meetings. Users of unpublished data should contact the data providers well in advance of producing and submitting a manuscript, in order to inform the providers of intended use.

Special effort by each non-Latin American researcher should be put into integration of Latin American researchers in their work and in the publication of the results. 6.5. There will be no periods of exclusive rights to publish Acridicon-Chuva results. Exceptions are possible for students where graduation requirements prohibit publication of results prior to acceptance of a thesis.

6.6. Specific constraints for certain data sources (e.g. satellite products, global

meteorological analysis etc.) may be subject to copyright restrictions which are more limiting than this Acridicon-Chuva data policy. It is up to the Acridicon-Chuva Coordinators to take the first steps in making contacts with officials and institutions in order to prepare specific agreements that will allow Acridicon-Chuva scientists to use the data.

6.7. Where data are used for modeling or integrating studies, the scientist collecting the

data will be credited appropriately, either by co-authorship or by citation. The data collectors should be informed of publication plans well in advance of submission of a paper, given an opportunity to read the manuscript, and be offered co-authorship. In cases where data from other investigators are a minor contribution to a paper, the data should be referenced by a citation. Users of the data will always have to state the source of the data.

6.8. Individual investigators may make their own data more widely available at any time.

Outside investigators may be given access to this data as soon as the data have been submitted to the Acridicon-Chuva Data Information System (DIS), with some prudent time period for quality control.

6.9. Each Acridicon-Chuva sub-activity is responsible for establishing a time schedule for data exchange within their partners and data delivery to Acridicon-Chuva Data Information System (DIS). The time limit for data delivery to this system will be no more than one year.

7. In case of conflicts, they should be resolved at the level of the Acridicon-Chuva sub-activities. The signer of this Letter of Commitment on Acridicon-Chuva Data Protocol and Publication Policy hereby agrees to its conditions and is committed by its terms. Signature: Name / Institution: Date:

ANEXO III