Estimativa da Profundidade Óptica do Aerossol

1. Estimativa da Profundidade Óptica do Aerossol Profa. Marcia Yamasoe Meteorologia por Satélites

2. Revisão • Aerossóis podem trazer danos à saúde da população por penetrar no sistema respiratório

3. Fonte: Guarieiro & Guarieiro, 2013 (http://dx.doi.org/10.5772/52513)

4. Revisão • As partículas de aerossol interagem direta e indiretamente com a radiação • Diretamente por absorção e espalhamento de radiação solar. • Partículas da moda grossa, como poeira, podem também espalhar, absorver e emitir radiação terrestre. • Indiretamente, por atuarem como núcleos de condensação de nuvens, podendo alterar as propriedades microfísicas e ópticas das nuvens, como seu albedo

5. Importância para a Meteorologia • Absorção e espalhamento reduzem a quantidade de radiação incidente em superfície • Portanto, menos energia disponível para aquecer a superfície e evaporar água • Menos intensos são os fluxos de calor sensível e calor latente • Atmosfera mais estável

6. Forçante radiativa direta do aerossol emitido por queimadas em 24h (Rosário et al., 2013)

7. A longo prazo • O déficit de energia pode contribuir para o resfriamento do planeta

8. IPCC, 2013

9. Transferência Radiativa Profundidade óptica

10. Técnicas de sensoriamento remoto da AOD • AOD -> profundidade óptica do aerossol, do inglês, aerosolopticaldepth • Fotometria a partir da superfície • Alta precisão e exatidão (referência) • Alta resolução temporal • Informação local • Satélites • Informação regional • Depende da passagem do satélite

11. AERONET (Holbenet al., 1998) (http://aeronet.gsfc.nasa.gov)

12. Fotometria solar Ioλ TOA z∞ Lei de Beer: Iλ = Ioλexp(-τλ.m) τλ Sinal medido provém apenas da atmosfera Iλ superfície

13. onde τ = τRayleigh + τaerossol + τgás + τnuvem • É possível determinar τRayleigh • Adotam-se comprimentos de onda nos quais a absorção gasosa é mínima, em geral, no visível e infravermelho próximo • Casos contaminados por nuvens são descartados

14. Sensoriamento remoto via satélite Measuredsignal comes fromtheatmosphereandthesurface http://aqua.nasa.gov/ & http://www.nc-climate.ncsu.edu/secc_edu/images/ubhigraph.gif

15. Transferência Radiativa

16. Transferência Radiativa

17. Para derivar a AOD: • É necessário efetuar correções devido à refletância da superfície • Algumas hipóteses sobre os aerossóis são necessárias: • Distribuição de tamanho • Albedo simples • Função de fase, etc => Estimativa é indireta!!!

18. Alguns métodos • Canal único sobre o oceano – AVHRR • Vegetação densa e escura – MODIS • Contraste térmico - Meteosat e AVHRR • Ângulos distintos – MISR • Polarização – POLDER • LIDAR – CALIOP

19. Canal único sobre o oceano • AVHRR (AdvancedVeryHigh Resolution Radiometer) • Oceano apresenta baixa refletância na região espectral do visível, portanto, seu efeito sobre o sinal medido é pequeno • Método com estimativas desde 1978 • Permite análise climatológica da AOD

20. Hipóteses • O aerossol tem as mesmas características em todo o globo: • albedo simples unitário • Distribuição de tamanho monomodal, concentrada na moda fina

21. O método • Comparação da radiância medida com valores tabelados • Tabelas (look-uptables) geradas com o auxílio de um código de transferência radiativa utilizando diferentes geometrias e valores de profundidade óptica do aerossol (τ). Se Iλ(-μ0,φ0,+μ,φ)medido - Iλ(τ,-μ0,φ0,+μ,φ)tabelado< erro => τ = profundidade óptica do aerossol no instante da passagem do satélite

23. Desvantagem • Dados disponíveis somente sobre o oceano • Propriedades do aerossol (albedo simples, tamanho) dependem das fontes emissoras • Principais fontes estão sobre o continente.

24. Sobre os continentes • Alta variabilidade dos tipos de superfície: • Desertos • Florestas • Áreas urbanas • Neve • Lagos e outros corpos aquáticos => Necessidade de minimizar efeito da refletância da superfície • Como?

25. Vegetação densa e escura • Algoritmo operacional, sobre o continente, do sensor MODIS (Moderate Resolution ImagingSpectroradiometer) a bordo dos satélites Terra e Aqua • Em geral, há dependência espectral da eficiência de espalhamento devido aos aerossóis

28. Correlação entre a refletância de superfície no visível e infravermelho próximo Símbolos abertos l = 0,66 mm Símbolos fechados l = 0,49 mm

29. Correlação entre a refletância de superfície no visível e infravermelho próximo – versão original rsup(0,49mm) = 0,25 rsup (2,1mm) rsup(0,66mm) = 0,5 rsup (2,1mm) • Sem efeito do aerossol em 2,1mm, isto é, aerossol é transparente nesse comprimento de onda

30. Fumaça de queimadas na Australia – Dez. 25, 2001 Poeira Africa Ocidental – Jan. 7, 2002 0.47 µm0.55 µm0.66 µm 1.23 µm1.65 µm2.13 µm

31. Na versão atual, a radiância espectral medida no IVP contém informação sobre aerossol da moda grossa e refletância da superfície • Correções devido aos efeitos da superfície, no visível, ainda são feitas a partir da refletância no IVP, mas se tornaram mais complexas, apresentando dependência com : • geometria de espalhamento (superfície pode não ser lambertiana) e • tipo de superfície (urbana, vegetação densa ou gramínea)

32. Algoritmo é baseado em três modelos de aerossol da moda fina:

33. O Método • Seleção de pixels escuros a partir do canal de 2,1 μm • Comparação das radiâncias espectrais medidas com valores tabelados • Tabelas são geradas para diferentes geometrias, tipos de aerossol (das modas fina e grossa), AOD, refletâncias de superfície

34. Valor médio mensal de τ550nmpara o mês de setembro MODIS Terra (Rosário, 2011)

35. AOD em 550 nmdo MODIS em 01/09/2007 – transporte sobre São Paulo Terra Aqua