Atmospheric CO2 budget over the Amazon basin: the role of convective systems

Abstract

This work studies the atmospheric CO 2 budget in the Amazon basin, focusing on the role of shallow and deep convective systems. The vertical redistribution of CO 2 is numerically simulated using an Eulerian transport model coupled to the Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System (BRAMS). The transport model includes grid-scale advection, diffusion in the PBL (Planetary Boundary Layer) and convective transport by sub-grid shallow and deep moist convection. In the simulation, the mass conservation equation is solved for six tracers, including or not the shallow and deep moist convection terms. The rectifier effect is also showed through simulation of the transport to the free troposphere of PBL air masses with low CO 2 concentrations due to assimilation by vegetation during the afternoon, when both CO 2 fixation and convection are at their peak. The model is applied to simulate July 2001 with a 30 km grid resolution covering the northwest part of South America. We compare the model results with airborne CO 2 observations collected in the Amazon basin during the 2001 CLAIRE field campaign. Keywords: carbon budget, Amazon basin, convective transport, CO2 flux RESUMO: BALANÇO DE CO 2 NA ATMOSFERA DA BACIA AMAZÔNICA: O PAPEL DOS SISTEMAS CONVECTIVOS Este trabalho apresenta um estudo do balanço de CO 2 na atmosfera da bacia Amazônica, enfocando o papel dos sistemas convectivos rasos e profundos. A redistribuição vertical de CO 2 é simulada numericamente usando um modelo de transporte Euleriano acoplado ao modelo atmosférico BRAMS (Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System). O modelo de transporte inclui o termo de advecção, associado ao transporte resolvido, além dos termos de transporte, não resolvidos como dif'usão turbulenta na CLP (Camada Limite Planetária), e transporte convectivo, associado a cumulus rasos e profundos. Na simulação utilizam-se seis traçadores, onde a equação da conservação da massa é resolvida incluindo ou não o termo convectivo profundo ou o termo convectivo raso. O efeito retificador é descrito na simulação numérica através do transporte para a troposfera livre de massas de ar da CLP com baixas concentrações de CO 2 , devido à atividade de assimilação realizada pela vegetação no período diurno, quando os dois processos, fixação e atividade convectiva estão no ápice. A simulação foi realizada para o mês de julho de 2001, com uma resolução de 30 km na grade, cobrindo a porção noroeste da América do Sul. Comparações dos resultados do modelo com dados de CO 2 , observados na bacia Amazônica durante o experimento CLAIRE -2001, também são mostradas.