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Large Eddy Simulation of the Interaction Between Biogenic Volatile Organic Compound Transport and Chemistry within a Topical Forest Canopy
ESTUDO DA INTERAÇÃO ENTRE O TRANSPORTE DE COMPOSTOS ORGÂNICOS VOLÁTEIS BIOGÊNICOS E QUÍMICA DENTRO DE UM DOSSEL DA FLORESTA TROPICAL UTILIZANDO LARGE EDDY SIMULATION
Registro en:
10.5902/2179460X21577
Autor
Gerken, Tobias
Chamecki, Marcelo
Fuentes, Jose
Institución
Resumen
A multitude of biogenic volatile organic compounds (BVOCs) are emitted within the canopy air-space of tropical forests. These compounds undergo reactions with atmospheric oxidants (eg. Ozone O3, the nitrate NO3 or the hydroxyl OH radicals), which mainly originate above the canopy, and reaction products can subsequently condense to form secondary organic aerosols. Canopy resolving Large Eddy Simulation (LES) combined with a representation of atmospheric chemistry presents a valuable tool for a better understanding of the interaction between chemistry and transport processes. This requires the adequate resolution of concentration fields of reactants (BVOCs and oxidants) as well as the flow field inside the canopy. We present the results of an LES study with 17 layers inside the forest (2 m vertical resolution), which includes a simplified BVOC chemistry in order to estimate the export of BVOCs and their principal reaction products such as methyl vinyl ketone (MVK) and methacrolein (MACR) from a tropical canopy. These results are compared to field measurements of ozone, nitrogen oxides, isoprene, monoterpenes as well as MVK and MACR observed during a field campaign at the Cuieiras Biological Reserve K34 (2°36’32” S, 60° 12’33” W) tower from April 2014 to January 2015. Florestas tropicais emitem um grande número de compostos orgânicos voláteis biogênicos (COVB), que podem reagir com oxidantes atmosféricos (como por exemplo radicais Ozônio O3, nitrato NO3 ou hidroxila OH, normalmente originados acima do dossel) e os produtos da reação podem condensar formando aerossóis orgânicos secundários. Simulações de Grandes Vórtices (LES, da sigla em inglês) que resolvem o dossel, combinadas com uma representação da química da atmosfera, são uma poderosa ferramenta para um melhor entendimento da interação entre os processos químicos e de transporte. Para tanto, uma resolução adequada do campo de concentração dos reagentes (COVB e oxidantes), assim como do escoamento dentro do dossel são necessários. Nesse trabalho são apresentados os resultados de um estudo utilizando LES com 17 camadas dentro da floresta (resolução vertical de 2 m), incluindo uma química simplificada de COVB, para estimar o transporte através do topo da floresta de COVBs e de seus principais produtos, como o metil vinil cetona (MVC) e a Metacroleína (MACR). Os resultados são comparados com medições de campo de ozônio, óxidos de nitrogênio, isopreno, monoterpenos, assim como MVC e MACR observados durante uma campanha na torre K34 da Reserva Biológica Cuieiras (2°36’32” S, 60° 12’33” W) de Abril/2014 a Janeiro/2015.