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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.43.2022.tde-06092022-161528
Documento
Autor
Nome completo
Ben-Hur Martins Portella
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2022
Orientador
Banca examinadora
Barbosa, Henrique de Melo Jorge (Presidente)
Lopes, Fábio Juliano da Silva
Moreira, Gregori de Arruda
Título em português
Tendências recentes da cobertura de nuvens cirrus sobre a região amazônica a partir de observações de satélite
Palavras-chave em português
Amazônia
CALIOP
Distribuição espacial
Nuvens cirrus
Tendências
Resumo em português
As nuvens cobrem cerca de 70 % da superfície do nosso planeta e exercem papel fundamental no balanço radiativo terrestre. A nebulosidade é maior nos trópicos devido à intensa atividade convectiva, e há uma grande presença de nuvens cirrus. Estas são feitas de cristais de gelo e se formam em altitudes acima de 8 km. São semi-transparentes à radiação visível e opacas à radiação infravermelha, contribuindo para aquecer o planeta. Estudos recentes mostraram que a presença de cirrus na Amazônia é maior que em outras regiões tropicais, mas também que a atividade convectiva na região está diminuindo. Apesar disso, não há muitos estudos que investiguem as nuvens cirrus na região amazônica, e os existentes utilizaram sensores pouco sensíveis ou abrangeram um período de poucos anos, sendo portanto insuficientes para fornecer um panorama sobre a evolução temporal da cobertura e das propriedades dessas nuvens. Nesse contexto, utilizamos dados de 2006 a 2019 do Cloud-Aerosol LIdar with Orthogonal Polarization (CALIOP), a bordo do Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO), para estudar as nuvens cirrus sobre a Amazônia. Avaliamos a frequência de ocorrência, altitude de base e topo, espessura e profundidade óptica, primeiro para a região Amazônica como um todo, e depois distribuídos espacialmente. Por fim, investigamos possíveis tendências de médio prazo. Analisamos 1.474.457 perfis verticais contendo 942.124 camadas de cirrus, das quais 38.1 % na estação úmida e 19.4 % na estação seca, distribuídas uniformemente sobre a região durante a estação úmida, e concentradas no noroeste da região durante a estação seca. Considerando todo o período, as cirrus apresentavam base em 13.4 ± 2.1 km de altitude, topo em 15.3 ± 1.8 km, espessura de 1.9 ± 1.3 km e com profundidade óptica de 0.32 ± 0.54. Tanto as bases quanto os topos são mais elevados na estação úmida, o que não acontece com a espessura ou a profundidade óptica. A maioria das cirrus foram opticamente finas (cerca de 41.8 %), enquanto que as nuvens subvisuais e opacas correspondem a 28.9 e 29.3 %, respectivamente. As subvisuais se concentravam majoritariamente entre 15-16 km de altitude, próximas da tropopausa, enquanto que as nuvens finas e opacas apresentavam uma distribuição vertical mais ampla, desde 13.5 km e 11 km respectivamente. Quanto às tendências de médio prazo, observamos que a espessura está reduzindo de 14 m/ano para o percentil de 95%. Ao mesmo tempo, encontramos que as cirrus opticamente mais finas (percentil de COD 5%) estão se tornando mais opacas na estação seca. Isso pode estar associado com a redução da cobertura de nuvens subvisuais, devido a mudanças no ciclo hidrológico da região. Os resultados indicam ainda uma clara redução na frequência de ocorrência das cirrus em geral de 0.7 %/ano na região. Essas mudanças graduais poderão levar a mudanças significativas em algumas décadas, e por consequência no impacto dessas nuvens no balanço radiativo da Amazônia.
Título em inglês
Recent trends in cirrus cloud cover over the Amazon region from satellite observations
Palavras-chave em inglês
Amazon
CALIOP
Cirrus clouds
Spatial distribution
Trends
Resumo em inglês
Clouds cover about 70 % of the surface of our planet and play a fundamental role in the terrestrial radiative balance. Cloudiness is higher in the tropics due to intense convective activity, and there is a large presence of cirrus clouds. They are made of ice and crystals form at altitudes above 8 km. They are semi-transparent to visible radiation and opaque to infrared radiation, helping to warm the planet. Recent studies have shown that the presence of cirrus in the Amazon is greater than in other tropical regions, but also that convective activity in the region is decreasing. Despite that, there are not many studies investigating cirrus clouds in the Amazon region, and the existent ones used sensors little sensitive or covered a period of a few years, being therefore insufficient to provide an overview of the temporal evolution of the coverage and properties of these clouds. In that context, we used data from 2006 to 2019 from Cloud-Aerosol LIdar with Orthogonal Polarization (CALIOP), aboard Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO), to study cirrus clouds over the Amazon. We evaluated the frequency of occurrence, base and top altitude, thickness and optical depth, first for the Amazon as a whole, and then spatially distributed. Finally, we investigated possible medium-term trends. We analyzed 1.474.457 vertical profiles containing 942.124 cirrus layers, of which 38.1 % in the wet season and 19.4 % in the dry season, uniformly distributed over the region during the wet season, and concentrated in the northwest of the region during the dry season. Considering all the period, cirrus have shown base at 13.4 ± 2.1 km altitude, top at 15.3 ± 1.8 km, thickness of 1.9 ± 1.3 km and optical depth of 0.3 ± 0.54. Both the bases and the tops are higher in the wet season, which is not the case with thickness or optical depth. Most cirrus were optically thin (about 41.8 %), while subvisual and opaque clouds corresponded to 28.9 and 29.3 %, respectively. The subvisuals were mostly concentrated between 15-16 km altitude, close to the tropopause, while the thin and opaque clouds had a wider vertical distribution, from 13.5 km to 11 km respectively. As for the medium-term trends, we observed that the thickness is decreasing by 14 m/year at the 95% percentile. At the same time, we found that optically thinner cirrus (COD percentile of 5%) are becoming more opaque in the dry season. This may be associated with the reduction of subvisual cloud cover, due to changes in the regions hydrological cycle. The results also indicated a clear reduction in the frequency of occurrence of cirrus in general of 0.7 %/year in the region. These gradual changes could lead to significant changes in a few decades, and consequently in the impact of these clouds on the radiative balance of the Amazon.
 
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dissertacao_final.pdf (15.52 Mbytes)
Data de Publicação
2022-10-18
 
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