An??lises da camada limite planet??ria a partir de sistemas de sensoriamento remoto

• Autor(a) principal: MOREIRA, GREGORI de A.
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Tese
• Título da fonte: Repositório Institucional do IPEN
• Texto Completo: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/29616
• topic: layers; boundary layers; atmospheres; planetary atmospheres; controlled atmospheres; air samplers; air; monitoring; temperature gradients; quality control; sensors; remote sensing; measuring instruments; radiometers; microwave radiation; electromagnetic radiation; wavelengths; signal-to-noise ratio; scattering; backscattering; turbulence; optical radar; doppler effect; photoelasticity; laser radiation; lasers; spain; brazil

A Camada Limite Planet??ria (PBL - Planetary Boundary Layer) ?? uma parte relevante da atmosfera com uma extens??o vari??vel e que claramente desempenha um papel importante em ??reas de estudo, como: a qualidade do ar ou a previs??o do tempo. Sistemas de sensoriamento remoto passivo e ativo t??m sido amplamente utilizado para analisar as caracter??sticas da PBL. A combina????o de diferentes t??cnicas de sensoriamento remoto permite obter uma imagem completa da din??mica desta camada. Neste estudo, analisamos o comportamento da PBL utilizando quatro tipos de sistemas de sensoriamento remoto: Radi??metro de Micro-ondas (MWR), Lidar El??stico (EL), Lidar Doppler (DL) e Ceil??metro. As medi????es foram realizadas em duas cidades, Granada (Espanha) e S??o Paulo (Brasil). Primeiramente, em Granada, a altura da PBL (PBLH) obtida a partir dos dados do MWR foi validada pela PBLH gerada pela an??lise dos dados de radiossondas, mostrando uma boa concord??ncia. Em um segundo est??gio, sistemas ativos de sensoriamento remoto foram usados para a obten????o da PBLH. Assim, o m??todo do filtro de Kalman foi aplicado aos dados do EL enquanto o m??todo da vari??ncia da velocidade vertical do vento foi aplicado aos dados do DL. As PBLH derivadas dessas abordagens foram comparadas com o PBLH fornecida pelo MWR, sendo que os resultados mostram uma boa concord??ncia na maioria dos casos, embora algumas discrep??ncias apare??am nas situa????es de mudan??as intensas da PBL (crescimento e/ou diminui????o). Em seguida, ?? realizada a an??lise dos dados das medidas coletadas com um ceil??metro e um radi??metro de micro-ondas durante quatro e cinco anos, respectivamente, em Granada. As metodologias aplicadas para a detec????o da PBLH (m??todo de gradiente para o ceil??metro e a combina????o do m??todo de parcela e do m??todo de gradiente de temperatura para o radi??metro de micro-ondas) forneceram uma descri????o satisfat??ria da estrutura da PBL em casos simples. Al??m disso, o comportamento da PBL foi caracterizado por um estudo estat??stico das PBLH convectiva e est??vel, as quais foram obtidas a partir das medidas do radi??metro de micro-ondas. A an??lise do estudo estat??stico realizado para a PBLH mostra algumas coincid??ncias com outros estudos j?? realizados para a mesma vari??vel, como o padr??o di??rio e os ciclos anuais. Mas tamb??m h?? algumas diferen??as, as quais s??o causadas por latitudes, topografia e clima distintos. Foi realizada tamb??m uma an??lise combinada de longo prazo da Camada Residual (gerada pelos dados do Ceil??metro) e da Camada Est??vel e Convectiva (obtida pelos dados do radi??metro de micro-ondas), oferecendo assim um quadro completo da evolu????o da PBL por combina????o sin??rgica de t??cnicas de sensoriamento remoto. Essa ?? a raz??o pela qual sistemas com alta resolu????o temporal e espacial, como os lidars, t??m sido cada vez mais aplicados em estudos sobre essa regi??o atmosf??rica. Neste trabalho, tamb??m foi realizada, em S??o Paulo, uma an??lise do sinal retroespalhado em tr??s comprimentos de onda (355, 532 e 1064 nm), o qual prov?? informa????es da turbul??ncia atrav??s da an??lise dos momentos de alta ordem (vari??ncia, assimetria e curtose). O comprimento de onda de 355 nm apresenta pouca aplicabilidade na metodologia proposta, devido ?? sua baixa intensidade (por conta da predomin??ncia do retroespalhamento molecular) e grande presen??a de ru??do, enquanto o comprimento de onda de 532 nm apresentou resultados semelhantes aos fornecidos pelo comprimento de onda de 1064 nm, o qual foi usado como refer??ncia. Em seguida, foram analisados dois estudos de caso utilizando os comprimentos de onda de 532 e 1064 nm (em separado). Essa abordagem forneceu informa????es sobre a altura da PBL (derivada pelo m??todo de vari??ncia (Menut et al., 1999), deslocamento de camadas de aerossol (assimetria) e n??vel de mistura em v??rias alturas (curtose), mostrando a viabilidade da metodologia proposta, quando os comprimentos de onda de 532 e 1064 nm s??o usados para a descri????o da PBL a partir dos momentos de alta ordem. Al??m disso, demonstrou-se, com dados de DL, EL e MWR obtidos em Granada, como algumas vari??veis (temperatura do ar, concentra????o de aeross??is, vento vertical, umidade relativa e radia????o l??quida) podem influenciar a din??mica da PBL. Os momentos de alta ordem das distribui????es de velocidade vertical derivadas dos dados do DL e o sinal retroespalhado obtido a partir do EL foram corrigidos por duas metodologias (first lag e corre????o de -2/3). Os perfis corrigidos apresentam pequenas diferen??as quando comparados com os perfis n??o corrigidos, mostrando baixa influ??ncia do ru??do e a viabilidade da metodologia proposta. Foi realizada uma an??lise detalhada de dois estudos de casos, o primeiro correspondendo a uma PBL bem definida, enquanto o segundo corresponde a uma situa????o com a presen??a de uma camada de nuvens e poeira saariana. Em ambos os casos, os resultados fornecidos pelos diferentes instrumentos acabaram se complementando, de modo que o uso sin??rgico dos diferentes sistemas nos permitiu um monitoramento detalhado da PBL.