Resumo O BRAMS-SFIRE é um novo sistema de modelação atmosférica com componente de propagação de fogo desenvolvido no Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC / INPE) no Brasil em colaboração com o Instituto Mediterrâneo de Agricultura, Ambiente e Desenvolvimento (MED) em Portugal. O presente artigo descreve a incorporação do modelo de propagação de fogo no Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System (BRAMS). Os principais objetivos foram desenvolver o acoplamento entre um modelo atmosférico e um modelo de propagação de fogo que simulasse os efeitos da circulação atmosférica sobre um incêndio florestal e vice-versa. Esta ferramenta tem como objetivo ajudar a entender as relações entre o fogo e a paisagem nas florestas de carvalho mediterrâneas, e avaliar os resultados das simulações deste acoplamento na escala fina no ecossistema do Montado na região do Alentejo. Para isso, três grades de alta resolução espacial ao longo de três incêndios foram configuradas com dados de caracterização de superfície realistas e propriedades dos modelos de combustível. Uma grade foi colocada sobre fogo em uma planície e as outras nas montanhas, para avaliar os diferentes tipos de propagação do fogo. Este trabalho demonstra que este sistema simula de forma consistente a interação entre o fogo, os modelos de combustível e a atmosfera, mostrando que o fogo altera a circulação local ao nível da superfície, intensifica as correntes de vento ascendentes e descendentes, alterando a estrutura da atmosfera.

Abstract BRAMS-SFIRE is a new atmospheric modeling system with a fire spreading component developed at the Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC/INPE) in Brasil, in collaboration with the Instituto Mediterrâneo para a Agricultura, Ambiente e Desenvolvimento (MED) in Portugal. The present paper describes the incorporation of the fire model into the Brazilian development of the Regional Atmospheric Modelling System (BRAMS). The main objectives were to develop the coupling between an atmospheric and a spreading fire models which simulate the effects of atmospheric circulation over a wildfire and vice-versa. This tool is intended to help understand fire-landscape relationships in Mediterranean oak woodlands and evaluate the simulation results on a fine-scale in the Alentejo region's Montado ecosystem. For this purpose, three grids of very high spatial resolution over three fires were configured with realistic surface characterization data and fuel model properties. One grid was placed at a fire in the plains and the others in the mountains to evaluate fire propagation types. This work demonstrates that this system consistently simulated the interaction between the fire, the fuel models, and the atmosphere, showing the fire changes the local circulation at the surface level, intensify wind currents, and changes the atmosphere structure.

OBJETIVOS: Analisar espacialmente o efeito da exposição ao material particulado (PM2.5) na ocorrência de doenças do aparelho respiratório de crianças de um a quatro anos e de idosos com sessenta e cinco anos ou mais nos municípios do Estado de Mato Grosso em 2004. MÉTODOS: Trata-se de um estudo ecológico em duas etapas. A primeira foi uma investigação da autocorrelação espacial global da prevalência de internações por doenças respiratórias e do percentual de horas críticas de concentração do material particulado nos municípios do estado de Mato Grosso, empregando-se o método bayesiano empírico para minimização das flutuações aleatórias dos indicadores e a estatística Moran "global". A segunda, uma regressão múltipla espacial, teve como variáveis resposta a prevalência de internações por doenças respiratórias, e como variável de exposição o percentual de horas críticas anuais. Para ajuste, foram utilizadas variáveis proxies de poluição do ar, variáveis de atenção à saúde e de condições de vida da população. RESULTADOS: Não foram observados padrões espaciais globais de prevalência de doenças respiratórias em grupos sensíveis nos municípios, mas evidenciou-se elevada dependência espacial do percentual de horas críticas anuais de concentração do material particulado. Na regressão múltipla, foram observadas associações estatisticamente significativas entre a prevalência de internações por doenças respiratórias e o percentual de horas críticas anuais de material particulado. CONCLUSÕES: As emissões de material particulado originadas de queimadas na Amazônia Legal estão relacionadas à prevalência de internações por doenças respiratórias em grupos populacionais sensíveis nos municípios do Estado de Mato Grosso.

OBJECTIVES: To analyze the morbidity of patients with respiratory diseases and the effect of exposure to particulate matter (PM2.5) on the occurrence of these diseases in children from one to four years of age and adults aged to 65 years and older in municipalities of the state of Mato Grosso, Brazil, in 2004. METHODS: Ecological study in two stages: The first was an investigation of the global space autocorrelation of the prevalence of hospital admissions due to respiratory diseases and percentage of critical hours of concentration of particulate matter in the municipalities of the state of Mato Grosso, using the Empirical Bayes Smoothing function to minimize random fluctuations of indicators and Global Moran's I. The second, a Multiple Spatial Regression Analysis, had the prevalence of hospital admissions due to respiratory diseases as the outcome variable and the annual percentage of critical hours as independent variable. In order to fit the model, proxy variables of air pollution, population healthcare and living conditions variables were used. RESULTS: No global spatial patterns were observed for hospital admissions due to respiratory diseases in the municipalities; however, a high spatial dependence of the annual percentage of critical hours was detected. In the Multiple Spatial Regression, the models presented significant associations between the annual percentage of critical hours and numbers of hospital admissions due to respiratory diseases. CONCLUSION: We noted that intense production of particulate matter resulting from burning in the 'Legal Amazon' can increase the occurrence of respiratory diseases in vulnerable groups in the municipalities of the state of Mato Grosso, which belongs to the Brazilian Amazon.

OBJETIVOS: Analisar espacialmente o efeito da exposição ao material particulado (PM2.5) na ocorrência de doenças do aparelho respiratório de crianças de um a quatro anos e de idosos com sessenta e cinco anos ou mais nos municípios do Estado de Mato Grosso em 2004. MÉTODOS: Trata-se de um estudo ecológico em duas etapas. A primeira foi uma investigação da autocorrelação espacial global da prevalência de internações por doenças respiratórias e do percentual de horas críticas de concentração do material particulado nos municípios do estado de Mato Grosso, empregando-se o método bayesiano empírico para minimização das flutuações aleatórias dos indicadores e a estatística Moran "global". A segunda, uma regressão múltipla espacial, teve como variáveis resposta a prevalência de internações por doenças respiratórias, e como variável de exposição o percentual de horas críticas anuais. Para ajuste, foram utilizadas variáveis proxies de poluição do ar, variáveis de atenção à saúde e de condições de vida da população. RESULTADOS: Não foram observados padrões espaciais globais de prevalência de doenças respiratórias em grupos sensíveis nos municípios, mas evidenciou-se elevada dependência espacial do percentual de horas críticas anuais de concentração do material particulado. Na regressão múltipla, foram observadas associações estatisticamente significativas entre a prevalência de internações por doenças respiratórias e o percentual de horas críticas anuais de material particulado. CONCLUSÕES: As emissões de material particulado originadas de queimadas na Amazônia Legal estão relacionadas à prevalência de internações por doenças respiratórias em grupos populacionais sensíveis nos municípios do Estado de Mato Grosso.

OBJECTIVES: To analyze the morbidity of patients with respiratory diseases and the effect of exposure to particulate matter (PM2.5) on the occurrence of these diseases in children from one to four years of age and adults aged to 65 years and older in municipalities of the state of Mato Grosso, Brazil, in 2004. METHODS: Ecological study in two stages: The first was an investigation of the global space autocorrelation of the prevalence of hospital admissions due to respiratory diseases and percentage of critical hours of concentration of particulate matter in the municipalities of the state of Mato Grosso, using the Empirical Bayes Smoothing function to minimize random fluctuations of indicators and Global Moran's I. The second, a Multiple Spatial Regression Analysis, had the prevalence of hospital admissions due to respiratory diseases as the outcome variable and the annual percentage of critical hours as independent variable. In order to fit the model, proxy variables of air pollution, population healthcare and living conditions variables were used. RESULTS: No global spatial patterns were observed for hospital admissions due to respiratory diseases in the municipalities; however, a high spatial dependence of the annual percentage of critical hours was detected. In the Multiple Spatial Regression, the models presented significant associations between the annual percentage of critical hours and numbers of hospital admissions due to respiratory diseases. CONCLUSION: We noted that intense production of particulate matter resulting from burning in the 'Legal Amazon' can increase the occurrence of respiratory diseases in vulnerable groups in the municipalities of the state of Mato Grosso, which belongs to the Brazilian Amazon.

Uma descrição geral da modelagem numérica da composição química da atmosfera é fornecida neste trabalho. Os papéis relevantes de alguns gases traço e aerossóis no balanço radiativo do planeta, na alteração do ciclo hidrológico e na poluição do ar são discutidos. Partindo da equação da continuidade, integrada no sistema de equações governantes da atmosfera, os diversos termos que constituem a emissão, deposição, reatividade química e transporte (resolvido e sub-grade) são apresentados juntamente com formas de obter a solução numérica. Dentre os componentes desta equação, o termo de reatividade química se destaca pela complexidade do problema em si, na obtenção da solução numérica e no alto custo computacional envolvido. Exemplos são fornecidos utilizando o modelo CCATT-BRAMS com recente inclusão de reatividade química. Em particular, a simulação do ozônio troposférico constitui uma tarefa complexa pela falta de dados de emissões, porém resultados obtidos são compatíveis com outros modelos validados. Simulações numéricas realizadas, para a estação seca de 2002, permitiram estudar possíveis ciclos biogeoquímicos e corredores de formação e deposição de ozônio e aerossóis de queimadas, assim como o papel destes últimos na estabilização termodinâmica e precipitação.

A general description of the numerical modeling of the atmospheric chemical composition is presented. The relevant role played by some trace gases and aerosols on the Earth radiative budget, hydrological cycle and air quality are discussed. The formulation for emission, deposition, chemical reactions and transport (resolved and sub-grid scale) processes are introduced within the mass continuity equation integrated to the basic equations system for the Earth atmosphere. The numerical aspects of this formulation are as well discussed, specially the intrinsic complexity and the high computational costs of the chemical reactions system. Examples are showed using results obtained with the CCATT - BRAMS model, such as the sensitivity of the tropospheric ozone simulation to reliable emission data and comparison of the CCATT-BRAMS results with other model. Numerical simulations performed for the 2002 dry season allowed to study possible biogeochemical cycles and corridors of tropospheric ozone formation, transport and deposition from precursor's emissions by biomass burning activities. We also looked at the atmospheric model response to the direct effect of biomass burning aerosols on the thermodynamic equation and on the convective inhibition.

Entender os processos naturais que regulam a composição da atmosfera é crítico para que se possa desenvolver uma estratégia de desenvolvimento sustentável na região. As grandes emissões de gases e partículas durante a estação seca provenientes das queimadas alteram profundamente a composição da atmosfera amazônica na maior parte de sua área. As concentrações de partículas de aerossóis e gases traço aumentam por fatores de 2 a 8 em grandes áreas, afetando os mecanismos naturais de uma série de processos atmosféricos na região amazônica. Os mecanismos de formação de nuvens, por exemplo, são profundamente alterados quando a concentração de núcleos de condensação de nuvens (NCN) passa de 200 a 300 NCN/cm³ na estação chuvosa para 5.000-10.000 NCN/centímetro cúbico na estação seca. As gotas de nuvens sofrem uma redução de tamanho de 18 a 25 micrômetros para 5 a 10 micrômetros, diminuindo a eficiência do processo de precipitação e suprimindo a formação de nuvens. A concentração de ozônio, um gás importante para a saúde da floresta amazônica passa de cerca de 12 partes por bilhão em volume (ppb) (concentração típica ao meio do dia na estação chuvosa) para valores em regiões fortemente impactadas por queimadas de até 100 ppb, nível que pode ser fitotóxico para a vegetação. O balanço de radiação é fortemente afetado, com uma perda líquida de até 70% da radiação fotossinteticamente ativa na superfície.

The understanding of the natural processes that regulate atmospheric composition in Amazonia is critical to the establishment of a sustainable development strategy in the region. The large emissions of trace gases and aerosols during the dry season, as a result of biomass burning, profoundly change the composition of the atmosphere in most of its area. The concentration of trace gases and aerosols increases by a factor of 2 to 8 over large areas, affecting the natural mechanisms of several key atmospheric processes in the region. Cloud formation mechanisms, for instance, are strongly affected when the concentration of cloud condensation nuclei (CCN) changes from 200-300 CCN/cc in the wet season to 5,000-10,000 CCN/cc in the dry season. The cloud droplet radius is reduced from values of 18 to 25 micrometers in the wet season to 5 to 10 micrometers in the dry season, suppressing cloud formation and the occurrence of precipitation under some conditions. Ozone is a key trace gas for changes in the forest health, with concentrations increasing from 12 parts per billion (ppb), at the wet season, to values as high as 100 ppb (in the dry season in areas strongly affected by biomass burning emissions). At this level, ozone could be damaging the vegetation in regions far from the emissions. The atmospheric radiation balance is also strongly affected, with a net loss of up to 70% of photosynthetic active radiation at the surface.

AS QUEIMADAS que ocorrem majoritariamente em áreas tropicais do planeta, são fontes importantes de poluentes para a atmosfera. Na América do Sul, durante os meses de inverno, uma área, principalmente de ecossistemas de cerrado e floresta, da ordem de 40 mil km² é queimada anualmente. Estas queimadas ocorrem primariamente nas regiões Amazônica e do Brasil Central, porém, através do transporte atmosférico de suas emissões resulta uma distribuição espacial de fumaça sobre uma extensa área, ao redor de 4-5 milhões de km², em muito superior a área onde estão concentradas as queimadas. Durante a combustão de biomassa são emitidos para a atmosfera gases poluentes e partículas de aerossol que interagem eficientemente com a radiação solar e afetam os processos de microfísica e dinâmica de formação de nuvens e a qualidade do ar. Os efeitos destas emissões excedem, portanto, a escala local e afetam regionalmente a composição e propriedades físicas e químicas da atmosfera na América do Sul e áreas oceânicas vizinhas, com potencial impacto em escala global.

THE VEGETATION fires in tropical areas of the Earth are important sources of pollutants to the atmosphere. In South America, during the winter months, an area, mainly of cerrado and forest ecosystems, of approximately 40 thousand square kilometers is burned annually. The biomass burning occurs primarily in Amazon and Central of Brazil regions, but through atmospheric transport these emissions results in a spatial distribution of smoke over an extent area, of about 4-5 millions of square kilometers, much higher than the area where the fires are concentrated. During the combustion process are emitted to the atmosphere gases pollutants and aerosol particles that interact efficiently with radiation, microphysics process, dynamic of cloud formation and the air quality. The effects of these emissions exceed, therefore, the local scale and affect regionally the composition and physical and chemical properties of the South America atmosphere and neighborhood oceanic areas, with potential impact in a global scale.