Modelagem multiescala da emissão de carbono pela queima de biomassa no cerrado - Greison Moreira de Souza (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), 2017)
A queima de biomassa que ocorre no Brasil desempenha um papel importante nas emissões globais de gases traços e aerossóis, devido à grande cobertura vegetal do país e ao intenso processo de mudança de uso da terra. O avanço do monitoramento dos recursos terrestres por sensoriamento remoto permitiu a obtenção quantitativa da energia liberada durante todo o ciclo de vida da queimada, denominada de Energia Radiativa do Fogo (FRE). Para tanto, o presente estudo visa modelar em multiescalas o montante de biomassa queimada e as emissões de gases e material particulado em uma área de campo limpo e campo cerrado no Parque Nacional das Sempre-Vivas (PNSV): (1) queimada controlada com obtenção de medidas diretas por inventário florestal; (2) estimativa in situ da FRE por meio de câmera termal; e (3) a partir do MODIS/Aqua, VIIRS/S-NPP e SEVIRI/METEOSAT. O total de biomassa acima do solo foi 7,71 e 17,34 t.ha-1 para as formações campo limpo e campo cerrado, respectivamente. A área de campo limpo apresentou 92,47% (7,12 t.ha-1) de perda de biomassa (fator de combustão) e 39,79% (6,89 t.ha-1) na formação campo cerrado após a queimada controlada. Assim, estimou-se 3,57 e 3,43 t.ha- 1 de disponibilização de carbono em campo limpo e campo cerrado, respectivamente, considerando que 50% da biomassa é carbono. A queimada controlada na área de campo limpo emitiu para a atmosfera um total de 12,43 t.ha-1 CO2; 0,34 t.ha-1 CO; 0,01 t.ha-1 CH4 e 0,01 t.ha-1 PM2,5μm, na fitofisionomia campo cerrado as emissões atmosféricas foram: 11,7 t.ha-1 CO2; 0,47 t.ha-1 CO; 0,008 t.ha-1 CH4 e 0,03 t.ha-1 PM2,5μm, medidas obtidas a partir do inventário florestal. A máxima Potência Radiativa do Fogo (FRP) registrada no experimento de queimada controlada foi 89,18 MW (794,89 K) e 20,75 MW (635,02 K) em campo limpo e campo cerrado, respectivamente. Em campo limpo a FRE foi 21.350,60 MJ. Dessa forma, foram queimadas 17,64 t de biomassa na área recoberta pela câmera termal, o que corresponde a 8,16 t.ha-1. Assim, a estimativa de biomassa queimada derivada a partir da FRE foi 14,4% maior que o resultado do inventário florestal. As estimativas de emissões dos gases traços e do material particulado por meio da FRE foi 14,6% maior do que as estimativas derivadas a partir do inventário florestal. Esses resultados provam a robustez das estimativas realizadas com a câmera termal, uma vez que esta derivação é realizada de forma indireta com o emprego da energia que é emitida pelo processo da combustão. Infere-se, então, a função direta da emissão de energia com a quantidade de biomassa consumida e de emissões atmosféricas. A quantificação de biomassa queimada e de emissões a partir de sensores orbitais tem encontrado dificuldade devido à combinação dos fatores de resolução espacial e temporal. O lançamento de novos sistemas remotos, com melhor relação resolução espacial e temporal, como a série de quatro satélites (GOESR/ S/T/U), representa um novo caminho na obtenção de informações sobre as queimadas a partir da FRP. === The biomass burning in Brazil plays an important role in global atmospheric emissions of trace gases and aerosol, due to the large vegetation cover and intense change of land-cover in the country. The advancement of monitoring by remote sensing allowed to quantify the energy released in the form of electromagnetic radiation during the burning, called Fire Radiative Energy (FRE). Therefore, the present study aims to model in multiscale the amount of biomass burned above ground and the atmospheric emissions in a grassland and closed field area in Parque Nacional das Sempre-Vivas (PNSV): (1) controlled burning with direct measurements by forest inventory; (2) estimation in situ of FRE through the thermal camera; (3) and estimation from MODIS/Aqua, VIIRS/S-NPP and the SEVIRI/METEOSAT. Forestry inventory estimated 7.71 and 17.34 t.ha-1 of above ground biomass for grassland and closed field, respectively. The grassland showed 92.47% (7.12 t.ha-1) biomass loss (combustion factor) while closed field formation showed 39.79% (6.89 t.ha-1) after controlled burning. Thus, it was estimated that 3.57 and 3.43 t.ha-1 of carbon availability in the grassland and closed field, respectively, whereas that 50% of the biomass is carbon. Controlled burning in the grassland emitted to the atmosphere a total of 12.43 t.ha-1 CO2; 0.34 t.ha-1 CO; 0.01 t.ha-1 CH4 and 0.01 t.ha-1 PM2.5μm, in the closed field emissions were: 11.7 t.ha-1 CO2; 0.47 t.ha-1 CO; 0.008 t.ha-1 CH4 and 0.03 t.ha-1 PM2.5μm, measurements obtained from the forest inventory. The maximum Fire Radiative Power (FRP) recorded from the field scale combustion experiment was 89.18 MW (794.89 K) and 20.75 MW (635.02 K) in the grassland and closed field, respectively. In the grassland, the FRE was 21,350.60 MJ, hence, 17.64 t of biomass were burned in the area covered by the thermal camera, corresponding to 8.16 t.ha-1. That being the case, the estimate of biomass burned from the FRE was 14,4% higher than the result of the forest inventory and estimates of launch of trace gases and aerosol estimated by the thermal camera were 14,6% higher than the forest inventory. These results prove the robustness of the estimates made with the thermal camera, because these derivations are realized indirectly with the use of the energy that is emitted by the combustion process, attesting the direct function of the emission of energy with the amount of biomass consumed and atmospheric emissions. The quantification of the biomass burned and the emissions from orbital sensors has encountered difficulties due to the combination of spatial and temporal resolution factors. The launch of new remote systems with better relation spatial and temporal resolution, such as the four satellites series (GOES-R/S/T/U), represents a new way of obtaining information on fires from the FRP.