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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.14.2013.tde-19092020-041252
Document
Auteur
Nom complet
Julio Cesar Morais
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2013
Directeur
Jury
Yamasoe, Márcia Akemi (Président)
Ceballos, Juan Carlos
Raupp, Carlos Frederico Mendonça
Titre en portugais
Estudo das propriedades ópticas de partículas de aerossol não esféricas
Mots-clés en portugais
aerossóis
espalhamento
não esfericidade do aerossol
T-Matrix
Transferência Radiativa
Resumé en portugais
As partículas de aerossol possuem um importante papel no sistema atmosférico pela sua capacidade de afetar o saldo radiativo de duas maneiras distintas, a direta, através do espalhamento e absorção da radiação, e a indireta, interagindo com as nuvens. Pode-se notar que nem sempre as partículas de aerossol são esféricas e em alguns casos ficam muito distante desta forma. No entanto, pela sua maior simplicidade matemática, a teoria Lorenz-Mie, baseada na solução das equações de Maxwell na fronteira de uma esfera dielétrica vem sendo usada com sucesso para descrever a interação entre a radiação eletromagnética e as partículas de aerossol. Entretanto, nas últimas décadas, considerando a importância dos aerossóis não esféricos, como poeira, na atmosfera, diversos estudos têm sido conduzidos para solucionar o problema do espalhamento de radiação por partículas não esféricas. Este trabalho utilizou o código T-Matrix para obtenção das propriedades ópticas de partículas de aerossol não esféricas com a finalidade de comparar seus resultados com os obtidos para a forma esférica. Subsequentemente fez-se uso do código de transferência radiativa LibRadTran, no qual se utilizaram as propriedades obtidas através do T-Matrix, para estudar como a não esfericidade do aerossol pode influenciar parâmetros relevantes na atmosfera, tais como a taxa de aquecimento e a irradiância difusa descendente. Os resultados mostraram que existe uma significativa diferença no valor da função de fase para ângulos traseiros, variando entre 20% e 60%, e podendo chegar a mais de 80%, importando possíveis dificuldades para sensoriamento remoto. Outro resultado obtido foi que um modelo para aerossóis esféricos superestimaria a irradiância em no máximo 20% e a radiância em até 40%. Além disso, o modelo esférico subestimaria entre 0,5% e 28% o valor da taxa de aquecimento em relação a qualquer valor de razão de aspecto testado neste trabalho. Concluiu-se que existem diferenças entre utilizar um modelo esférico ou não esférico de aerossóis, o que implica possíveis discrepâncias entre a observação e o resultado teórico. Entretanto o incremento no custo computacional e a maior complexidade decorrente da adoção de um modelo de partículas não esféricas faz com que ainda seja mais vantajosa, em algumas aplicações práticas, a utilização de um modelo esférico.
Titre en anglais
Analysis of Optical Properties of Non-Spherical Aerosol Particles
Mots-clés en anglais
aerosol
non-spherical aerosol
Radiative Transfer.
scattering
T-Matrix
Resumé en anglais
Aerosol particles play an important role in the atmospheric system because they can modify the radiation budget in two different ways, by absorbing and scattering radiation, which is the direct effect and interact with clouds known as indirect effect. Although one can easily see that aerosols are not always spherical or sometimes not even close to that, Lorenz-Mie theory based on the solutions of Maxwell equations in the border of a dielectric sphere has been successfully used to describe the interaction between aerosols particles and electromagnetic radiation. Nevertheless given the importance of nonspherical aerosols like dust in the atmosphere, in the past decades efforts have been made to solve the problem of the light scattering by non-spherical particles. In this work the T-Matrix code is used to obtain the optical properties of non-spherical particles in order to compare it with the results for the spherical form. In the subsequent part those properties are inserted into the radiative transfer code called LibRadTran to study how the non-sphericity of the aerosol could affect relevant parameters of the atmosphere, the heating rate and the downward diffuse irradiance for instance. The results showed that there is a significant difference in the value of the phase function for backscattering angles, from 20% up to 60%, reaching in some cases 80%, causing possible difficulties for remote sensing. Another result was that a spherical aerosol model overestimated the irradiance in about 20% maximum and the radiance by over 40% in some cases. Besides the model of spherical aerosols underestimated the heating rate from 0,5% up to 28% compared to any other aspect rate tested in this research. We concluded that there are differences between the results obtained by a spherical aerosol model and non-spherical model, which may implicate some inconsistencies between observed and theoretical results. Nevertheless, given the increase in the mathematical complexities and computer resources for implementing a non-spherical model it is still more advantageous, in some applied fields, to use spherical aerosol model.
 
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Date de Publication
2020-11-06
 
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