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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.43.2016.tde-14092016-232905
Document
Author
Full name
Clarice Miranda Fiorese Furtado
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2016
Supervisor
Committee
Artaxo Netto, Paulo Eduardo (President)
Correa, Marcelo de Paula
Landulfo, Eduardo
Title in Portuguese
Análise quantitativa das propriedades ópticas de aerossol urbano e de queimadas na Amazônia
Keywords in Portuguese
Aerossol
Amazônia
Poluição atmosférica
Radiação atmosférica
Sensoriamento remoto
Abstract in Portuguese
Este trabalho tem como foco o entendimento das propriedades ópticas do aerossol na Amazônia utilizando várias técnicas: sensoriamento remoto em solo, sensoriamento remoto por satélites e medidas in situ. Propriedades ópticas medidas continuamente ao longo de mais de 15 anos pela rede AERONET na Amazônia foram analisadas buscando compreender como os eventos anuais de queima de biomassa e as emissões urbanas de Manaus afetam as propriedades das partículas. Medidas de longo prazo do sensor MODIS utilizando o sistema Giovanni da NASA foram úteis para caracterizar o impacto da pluma urbana de Manaus nas propriedades de aerossol e nuvens na Amazônia Central. A partir de medições in situ realizadas nas várias estações amostradoras do experimento GoAmazon2014/5, analisou-se em detalhes propriedades de absorção e espalhamento de aerossol antes e depois do impacto da pluma urbana de Manaus. Foi observada uma alta variabilidade na profundidade óptica do aerossol (AOD) bem como em outras propriedades, tais como absorção, espalhamento e distribuição de tamanho. Valores muito elevados de AOD foram observados em todos os sítios durante a estação seca, em particular na região do arco do desflorestamento. Análises dos expoentes Ångström de espalhamento e absorção separam as diferentes componentes absorvedoras do aerossol, entre eles o carbono elementar (EC), carbono orgânico (OC), poeira mineral e partículas biogênicas. Uma análise da forçante radiativa no topo da atmosfera em conjunto com a Matriz Ångström auxiliou no entendimento do papel da componente orgânica de espalhamento (OC) e da componente de absorção (BC) no aerossol de queimadas e urbano na forçante radiativa. A região menos afetada por queimadas na Amazônia foi caracterizada pela presença de um aerossol altamente espalhador durante a estação seca, com valores de albedo de espalhamento simples (SSA) na faixa de 0,91-0,94. Por outro lado, constatou-se valores médios de 0,85 a 0,89 em regiões fortemente impactadas por queimadas. Através de medidas in situ e medidas obtidas a partir da rede AERONET, foi possível observar significativo impacto da pluma de Manaus vento abaixo da cidade, especialmente na componente de absorção. O efeito da absorção do aerossol urbano na forçante radiativa é significativo, indo de uma forçante no sítio da EMBRAPA, antes da pluma, de -24 W/m² para cerca de -18 W/m² em Manacapuru, com o efeito da pluma de Manaus. A partir da análise de 12 anos de medidas dos sensores MODIS e MISR, observou-se alterações nas propriedades de nuvens e na carga atmosférica de aerossol. Foram analisadas a AOD, a temperatura do topo da nuvem e o raio efeito de gotículas de nuvens. Ficou clara a presença de nuvens mais altas e com raio efetivo menor em regiões com maior carga de aerossol, vento abaixo de Manaus.
Title in English
Quantitative analysis of the optical properties of urban aerosol and from biomass burning in Amazonia
Keywords in English
Aerosol
Air pollution
Atmospheric radiation
Brazilian Amazon
Remote sensing
Abstract in English
This work focuses on understanding the optical properties of aerosol in the Amazon, using various techniques: remote sensing from the ground, remote sensing from satellites and in situ measurements. Aerosol optical properties continuously measured over more than 15 years carried out by the AERONET network in the Amazon were analyzed seeking to understand how the annual biomass burning emissions and urban emissions of Manaus affect particle properties. Long-term measurements of MODIS using the Giovanni NASA system were useful to characterize the impact of the urban plume of Manaus in the properties of aerosol and clouds in the central Amazon. Based on in situ measurements in the various sampling sites of the GoAmazon2014/5 experiment, the absorption and scattering properties of aerosol before and after the impact of Manaus urban plume were analyzed in detail. It was observed a large spatial and temporal variability in the aerosol optical depth (AOD) as well as in various properties such as absorption and scattering coefficients and size distribution. Very high levels of AOD were observed at all sites during the dry season, particularly in the deforestation arc region. Analysis of scattering and absorption Ångström exponents helps to identify different absorber components of the aerosol, including elemental carbon (EC), organic carbon (OC), mineral dust and biogenic particles. An analysis of the radiative forcing at the top of the atmosphere together with the Ångström Matrix helps in understanding the role of the scattering organic component (OC) versus the absorption component (BC) in biomass burning and urban aerosol particles in the radiative forcing. The region least affected by fires in the Amazon was characterized by a highly scattering aerosol during the dry season with Single Scattering Albedo (SSA) values in the range of 0.91-0.94, while we found mean values of 0.85 to 0.89 in heavily affected biomass burning regions. Through in situ measurements and AERONET observations it was possible to measure the significant impact of Manaus plume downwind of the urban area, especially in the absorption component. The effect of absorption of urban aerosol in the radiative forcing is significant, with measurements at the EMBRAPA site, before the impact of the plume, at -24 W/m² going to -18 W/m² in Manacapuru that is effect of the Manaus plume. It was also analyzed the changes in the properties of clouds and atmospheric aerosol loading over the last 12 years of MODIS and MISR measurements. The analysis of AOD, cloud top temperature and the radius of cloud droplets show a clear signal of Manaus plume. It was observed clouds with smaller effective radius in regions with higher aerosol load, downwind of Manaus.
 
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Publishing Date
2016-09-16
 
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