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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.85.2011.tde-28092011-103209
Documento
Autor
Nome completo
Fábio Juliano da Silva Lopes
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2011
Orientador
Banca examinadora
Landulfo, Eduardo (Presidente)
Andrade, Maria de Fatima
Bustillos, José Oscar Willian Vega
Clemesha, Barclay Robert
Held, Gerhard
Título em português
Validação dos dados do satélite CALIPSO utilizando um sistema lidar de retroespalhamento elástico e o fotômetro solar da rede  AERONET
Palavras-chave em português
AERONET
aerossóis
CALIPSO
lidar
validação
Resumo em português
Os aerossóis e nuvens desenvolvem um papel muito importante nos processos climáticos terrestres por meio das suas contribuições diretas e indiretas no balanço radiativo da atmosfera. A dificuldade na previsão dos processos de mudanças climáticas estão associadas às incertezas na distribuição e propriedades dos aerossóis e nuvens, assim como em suas interações em escala global. Tendo como principal objetivo desenvolver estudos que ajudem na diminuição dessas incertezas, a NASA, em parceria com a agência espacial francesa CNES, desenvolveu a missão do Satélite CALIPSO, que possui a bordo um sistema Lidar denominado CALIOP capaz de estudar o perfil e a distribuição vertical dos aerossóis e nuvens e os processos de interação entre eles. Uma vez que as propriedade ópticas medidas pelo CALIOP são recuperadas utilizando um complexo conjunto de algoritmos, torna-se necessário o desenvolvimento de estudos e metodologias de validação para inferir qual a acurácia das medidas desse sistema. Nesse contexto, foi desenvolvida uma metodologia de avaliação e validação dos valores de Razão Lidar utilizados a priori pelos algoritmos do CALIOP utilizando dois instrumentos de sensoriamento remoto instalados em solo, um sistema Lidar de retroespalhamento elástico instalado no IPEN - São Paulo e o fotômetro solar da rede AERONET instalado em cinco diferentes localidades, Rio Branco - Acre (RB), Alta Floresta - Mato Grosso (AF), Cuiabá - Mato Grosso (CB), Campo Grande - Mato Grosso do Sul (CG) e São Paulo - São Paulo (SP). Foram determinados os dias de medidas correlativas entre os sistemas em solo e o CALIOP e analisados os dados para os dias de medidas com condições livre de nuvens e com trajetórias de massas de ar se deslocando das regiões de medidas do satélite para as regiões de medidas pelos instrumentos fixos. Foram calculados novos valores de Razão Lidar obtidos pelo Modelo Aeronet/Caliop (Modelo A/C) proposto. Esses valores mostraram-se coerentes com aqueles utilizados inicialmente pelo algoritmo do sistema CALIOP. Realizando uma comparação quantitativa, obteve-se uma diferença percentual de 2,17 ± 30,12%, esse valor mostra-se compatível com outros valores obtidos na literatura de validação desse sistema Lidar a bordo do Satélite CALIPSO. Essa subestimação nos valores de Razão Lidar utilizados pelo CALIOP pode estar ocorrendo devido um problema no processo de calibração dos dados do sistema CALIOP, uma vez que o território brasileiro se encontra na região da Anomalia do Atlântico Sul (SAA). A diferença percentual dos valores de Razão Lidar utilizados pelo CALIOP com aqueles obtido por meio de medidas com o sistema Lidar do IPEN forneceram valores de 2,34 ± 17,53%, demonstrando que o modelo de validação proposto é aceitável e acurácia nos valores de Razão Lidar utilizados a priori pelo CALIOP está dentro das margens de incerteza de 30%.
Título em inglês
CALIPSO satellite validation using an elastic backscattering lidar system and the AERONET sunphotometer data
Palavras-chave em inglês
AERONET
aerosols
CALIPSO
lidar
Resumo em inglês
Aerosol and clouds play an important role in the Earths climate process through their direct and indirect contributions to the radiation budget. The largest difficulty in predicting the climate change processes is associated with uncertainties in the distribution and properties of aerosols and clouds, as well as their interactions on a global scale. The CALIPSO mission was developed as part of the NASA program, in collaboration with the French space agency CNES, with the main goal to develop studies that will help to quantify the uncertainties about aerosols and clouds. The CALIPSO satellite carried a Lidar system on board, named CALIOP, as a primary instrument, able to provide the aerosol and cloud vertical profiles and distribution, as well as their interactions. Once the optical properties measured by CALIOP are retrieved, using a complex set of algorithms, it is necessary to study and develop methodologies in order to assess the accuracy of the CALIOP products. In this context, a validation methodology was developed in order to verify the assumed values of the Lidar Ratio selected by the CALIOP algorithms, using two ground-based remote sensing instruments, an elastic backscatter Lidar system (MSP) installed at IPEN in São Paulo and the AERONET sunphotometers operating at five different locations in Brazil, Rio Branco - Acre (RB), Alta Floresta - Mato Grosso (AF), Cuiabá - Mato Grosso (CB), Campo Grande - Mato Grosso do Sul (CG) e São Paulo - São Paulo (SP). Those days when the CALIOP system and ground-based instruments spatially coincided, were selected and analyzed under cloud-free conditions, as well as days when the trajectories of air masses indicated the transport of air parcels from the CALIOP track towards the ground-based sensors. The Lidar Ratio values from the Aeronet/Caliop proposed model was determined and showed good consistency with those initially assumed by the CALIOP Algorithm. Based on the quantitative comparison, a mean difference of 2,17 ± 30,12%. This value shows to be in good agreement with other papers in the CALIPSO validation literature, demonstrating the accuracy of the proposed model. The apparent underestimation in the CALIOP Lidar Ratio values indicates a possible problem with the calibration process, since the Brazilian territory is in the so-called South Atlantic Anomaly (SSA) Region. The Lidar Ratio retrieved by the MSP-Lidar system at IPEN provided a mean difference of 2,34 ± 17,53%, confirming that the accuracy in the Lidar Ratio assumed a priori by the CALIOP algorithms is within the uncertainty range of 30%.
 
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Data de Publicação
2011-10-17
 
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