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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.43.2018.tde-25092018-142526
Documento
Autor
Nome completo
André Cezar Pugliesi da Silva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2018
Orientador
Banca examinadora
Correia, Alexandre Lima (Presidente)
Pauliquevis Junior, Theotonio Mendes
Yamasoe, Márcia Akemi
Título em português
Estudo do ciclo horário de propriedades microfísicas de nuvens na bacia Amazônica utilizando medidas efetuadas pelo satélite GOES 13
Palavras-chave em português
Aerossol
Ciclo horário
Física atmosférica (Amazônia)
Microfísica de nuvens
Sensoriamento remoto
Resumo em português
Nuvens desempenham um papel fundamental no balanço radiativo terrestre, e o conhecimento de suas propriedades micro e macrofísicas é importante para o estudo do clima global. O desenvolvimento convectivo de nuvens está intimamente relacionado ao comportamento microfísico de seus hidrometeoros, os quais são influenciados pela variação nas concentrações de aerossóis disponíveis na atmosfera. Este trabalho utiliza o sensoriamento remoto por satélites para analisar a evolução diurna de propriedades ópticas de hidrometeoros de nuvens sobre a Amazônia. Para tanto, medidas de radiância efetuadas pelos canais 1, 2 e 4 do satélite geoestacionário GOES 13 para os anos de 2012, 2013, 2014 e 2015 foram aliadas a códigos computacionais de transferência radiativa visando a obtenção de estimativas de raios efetivos de gotas e partículas de gelo em nuvens convectivas. A variação temporal de parâmetros microfísicos ao longo do dia foi analisada durante as estações seca e úmida em dois locais prístinos e outros dois locais significativamente atingidos pela fumaça de queimadas na Amazônia. A profundidade óptica de aerossóis ( a em 550 nm) variou de 0,1 a 0,2 na maior parte do ano (estação úmida) sobre todos os locais. Na estação seca nos sítios prístinos observou-se um a em torno de 0,5 unidades, e de cerca de 0,8 nos sítios degradados. Os resultados mostram que para todos os locais analisados há 32% mais pixels de nuvens durante a estação úmida do que na seca. As distribuições relativas de refletâncias em 0,63 m e da temperatura de brilho em 11 m indicam que em todos os sítios e épocas do ano há predominância de nuvens menos espessas e mais quentes sobre a Amazônia. A análise da refletância em 3,90 m indicou que nos quatro locais ocorre uma redução do raio efetivo de hidrometeoros de nuvens quentes na estação seca em relação à estação úmida. A distribuição de raios efetivos é bimodal para todos os sítios e estações analisados, sendo a variação diurna dessa distribuição consistente com processos de desenvolvimento vertical de nuvens e crescimento de hidrometeoros. Esse mecanismo ocorre de maneira distinta em locais mais e menos poluídos, sendo que para regiões mais poluídas e desmatadas o desenvolvimento vertical de tamanhos de partículas na época seca se dá de maneira mais lenta do que na úmida. Para as áreas mais atingidas pela pluma de fumaça durante a estação seca os raios efetivos de gotas/cristais de gelo com temperatura de brilho maior que -20°C praticamente não mudam, sofrendo uma variação máxima de 2 m num período de 2 horas. Para o mesmo intervalo de temperaturas e de tempo a estação seca em ambientes mais limpos apresenta uma variação de até 6 m nos raios efetivos das partículas. Esse resultado é parcialmente compatível com modelos conceituais que procuram explicar efeitos microfísicos de aerossóis sobre o tamanho de hidrometeoros em nuvens. O atraso no crescimento vertical de hidrometeoros é mais pronunciado perto do meio dia solar e em locais onde as concentrações de aerossóis provenientes de queimadas são maiores.
Título em inglês
Study of the temporal cycle of cloud microphysical properties in the Amazon Basin using GOES 13 satellite measurements.
Palavras-chave em inglês
Aerosol
Atmospheric physics (Amazon)
Cloud microphysics
Remote sensing
Time cycle
Resumo em inglês
Clouds play a key role in Earths radiative balance. The knowledge of its micro and macrophysical properties is important for the study of global climate. The life cycle of convective clouds is closely related to the microphysics of its hydrometeors, which are influenced by many factors including variations in the concentration of atmospheric aerosols. This study uses remote sensing by a satellite to analyze the diurnal evolution of reflective properties of clouds over Amazon. Radiance measurements performed by channels 1, 2 and 4 of the imager instrument onboard GOES-13 geostationary satellite, from 2012 to 2015, were analyzed using radiative transfer and computational codes. This allowed deriving estimates of the effective radius of cloud droplets and ice particles in convective clouds. The temporal variation of microphysical parameters throughout the day was analyzed during the dry and wet seasons at two pristine sites and two other sites significantly affected by biomass burning smoke in the Amazon. The aerosol optical depth ( a at 550 nm) ranged from 0.1 to 0.2 for most of the year (wet season) over all sites. In the dry season at the pristine sites a a of about 0.5 units was observed, while about 0.8 units were measured at the degraded sites. The results show that for all analyzed sites there were 32% more cloudy pixels during the wet season than in the dry season. The relative distribution of reflectance at 0.63 m and the brightness temperature at 11 m indicate that at all sites and times of the year there is a predominance of shallow warm clouds in the Amazon. The analysis of the reflectance at 3.90 m indicated that at the four sites a reduction of the effective radius of hydrometeors in warm clouds occurs in the dry season in comparison to the wet season. The distribution of effective radius is bimodal for all sites and seasons. The diurnal variation of this bimodal distribution is consistent with processes of vertical cloud development and hydrometeor growth. This mechanism occurs differently in the pristine and degraded sites. At polluted and deforested regions the vertical development of particle sizes in the dry season occurs more slowly than in pristine ones. For the areas more affected by smoke plumes during the dry season the effective radius of drops/ice crystals of clouds with brightness temperature greater than -20°C show small changes with height, undergoing a maximum variation of 2 m in 2 hours. For the same temperature range and time interval in the dry season, clouds in cleaner environments showed a variation up to 6 m in the effective radius of particles. This result is partly compatible with conceptual models that seek to explain microphysical effects of aerosols on the size of hydrometeors. The vertical growth delay of hydrometeors is more pronounced near local solar noon and in places where the concentration of smoke aerosols is higher.
 
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Data de Publicação
2018-09-25
 
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