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

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

Fonte: Guarieiro & Guarieiro, 2013 ( 3

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, além do seu tempo de residência na atmosfera, com consequências para o ciclo hidrológico

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

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

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

IPCC,

Transferência Radiativa Profundidade óptica

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

AERONET ( Holben et al., 1998 ) ( 11

Fotometria solar IoλIoλ IλIλ Lei de Beer: I λ = I oλ exp(-τ λ.m) Sinal medido provém apenas da atmosfera TOA superfície τλτλ z∞z∞ 13

onde τ = τ Rayleigh + τ aerossol + τ gás + τ nuvem É possível determinar τ Rayleigh 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

Sensoriamento remoto via satélite O sinal medido vem da atmosfera e da superfície & 15

Transferência Radiativa

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

Canal único sobre o oceano AVHRR (Advanced Very High 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

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

O método Comparação da radiância medida com valores tabelados Tabelas (look-up tables) geradas com o auxílio de um código de transferência radiativa utilizando diferentes geometrias e valores de profundidade óptica do aerossol ( τ). Se I λ (-μ 0,φ 0,+μ,φ) medido - I λ (τ,-μ 0,φ 0,+μ,φ) tabelado < erro => τ = profundidade óptica do aerossol no instante da passagem do satélite

Desvantagem Dados disponíveis somente sobre o oceano Propriedades do aerossol (albedo simples, tamanho) dependem das fontes emissoras Albedo simples pode variar, conforme o tipo de aerossol! Principais fontes estão sobre o continente.

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?

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

Correlação entre a refletância de superfície no visível e infravermelho próximo Símbolos abertos = 0,66  m Símbolos fechados = 0,49  m

Correlação entre a refletância de superfície no visível e infravermelho próximo – versão original  sup (0,49  m) = 0,25  sup (2,1  m)  sup (0,66  m) = 0,5  sup (2,1  m)  Sem efeito do aerossol em 2,1  m, isto é, aerossol é transparente nesse comprimento de onda

0.47 µm 0.55 µm 0.66 µm1.23 µm 1.65 µm 2.13 µm Fumaça de queimadas na Australia – Dez. 25, 2001 Poeira Africa Ocidental – Jan. 7, 2002

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)

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

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

Valor médio mensal de τ 550nm para o mês de setembro MODIS Terra (Rosário, 2011) 38

AOD em 550 nm do MODIS em 01/09/2007 – transporte sobre São Paulo TerraAqua 39

Contraste térmico Região espectral do infravermelho Partículas da moda grossa Regiões desérticas com alto valor de albedo de superfície AOD estimada a partir da diferença entre as temperaturas de brilho em 8,5, 11 e 12 μm Análise de imagens consecutivas (no decorrer de vários dias) de uma mesma região com variação na concentração de aerossóis

Hipóteses Radiância emitida pela superfície é constante ou varia linearmente no período de tempo das observações Em pelo menos um dos dias analisados, a concentração de aerossóis na atmosfera é desprezível

Aerossol causa atenuação da radiação de onda longa emergente A radiação solar também é atenuada pela presença das partículas => menor energia em superfície => menor aquecimento => menor emissão de radiação de onda longa