107 leaves : ill. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Physics, 1970

156 leaves : tables, graphs ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Physics, 1980

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CAPES / O monitoramento em tempo real da água do mar em ambientes críticos, como na entrada de portos e de canais de navegação, é necessário para evitar grandes contaminações do meio ambiente marinho, principalmente em regiões costeiras. A contaminação mais recorrente é por derramamento de hidrocarbonetos. Um indicativo de contaminação por óleo, em tempo real, viabiliza a atuação imediata dos setores responsáveis. Tal medida pode evitar que as impurezas se espalhem por uma área maior, o que torna o processo de limpeza e descontaminação mais rápido e eficaz. Este estudo visa detectar alterações no comportamento físico da água do mar quando existir contaminação por hidrocarbonetos. O parâmetro físico a ser estudado é a variação na curva de transmitância da água do mar, com específicos comprimentos de onda, quando existir contaminação na amostra. A variação da absorção da onda eletromagnética detectada pelo foto sensor pode indicar que a amostra de água esteja contaminada por hidrocarbonetos. O equipamento base para a tomada de dados das curvas de transmitância é o espectrofotômetro, que tem como característica a capacidade de realizar uma varredura em uma faixa de comprimento de onda eletromagnética compreendida entre 190 nm a 1100 nm. A avaliação dos resultados é feita utilizando uma placa de aquisição do espectro de um LED de 400 nm. Dois métodos foram realizados utilizando a mesma fonte de radiação, o primeiro com incidência horizontal da luz na amostra de água (próximo à superfície) e o segundo com incidência vertical, submetendo a radiação à absorção causada pela coluna de água e contaminante (gasolina e querosene). Os resultados obtidos neste trabalho apresentam uma queda bem significativa da transmitância em função do aumento da concentração de poluente (hidrocarbonetos) na água, nas faixas mais pertinentes de cada substância, com suas diferentes estruturas moleculares. O ponto do espectro de maior sensibilidade para este hidrocarboneto na medição da transmitância está em 360 nm. Utilizando a lei de Lambert-Beer, foi calculada a correlação exponencial dos pontos obtidos com um determinado comprimento de onda, em 360 nm esta correlação é superior a 99%. O método utilizado e os resultados levantados possibilitam o desenvolvimento e aplicação de um sensor óptico para sensoriamento da água do mar baseado na variação da absorção da luz em função do aumento da concentração de contaminantes (hidrocarbonetos), e a utilização da lei de Lambert-Beer para estimar a concentração deste produto na água. / The real time monitoring of seawater in critical environments such as ports entrances and navigation channels is needed in order to avoid major contaminations of the marine environment especially in coastal regions. The most recurrent contamination is hydrocarbon spills. A real time contamination indicator enables immediate action from the responsible sectors. Such measurement might prevent impurities from spreading into a greater area, resulting in faster and more effective cleaning and decontamination process. This study aims to detect changes in the physical behavior of the sea water when hydrocarbon contamination exists. The physical parameter under study is the variation in the transmittance curve of seawater, with specific wavelengths, when there is contamination in the sample. The absorption variation of the electromagnetic wave detected by the photo sensor can indicate that the water sample is contaminated by hydrocarbons. The base equipment for collecting data from the transmittance curves is the spectrophotometer, which is able to perform a scan on an electromagnetic wavelength range between 190 nm to 1100 nm. Two methods were performed using the same radiation source, the first one with horizontal light incidence into the water sample (near-surface) and the second one with vertical incidence, subjecting radiation to absorption caused by the water column and contaminant (gasoline and kerosene). The results obtained in this study show a significant decrease of transmittance in function of the increase in concentration of pollutant (hydrocarbon) in the water, in the more relevant ranges of each substance, with their different molecular structures. The hydrocarbon used in the evaluation of both methods validation was gasoline. The spectrum point of greater sensitivity in measuring the hydrocarbon transmittance is in 360 nm. Using the Lambert-Beer law it was calculated exponential correlation of points obtained with a specific wavelength, in 360 nm this correlation is greater than 99%. The method and results raised enabled the development and application of an optical sensor for sensing seawater according to the variation of light absorption in function of the increasing contaminants concentration (hydrocarbons), and using the Lambert-Beer law to estimating the concentration of product in water.

CAPES / O monitoramento em tempo real da água do mar em ambientes críticos, como na entrada de portos e de canais de navegação, é necessário para evitar grandes contaminações do meio ambiente marinho, principalmente em regiões costeiras. A contaminação mais recorrente é por derramamento de hidrocarbonetos. Um indicativo de contaminação por óleo, em tempo real, viabiliza a atuação imediata dos setores responsáveis. Tal medida pode evitar que as impurezas se espalhem por uma área maior, o que torna o processo de limpeza e descontaminação mais rápido e eficaz. Este estudo visa detectar alterações no comportamento físico da água do mar quando existir contaminação por hidrocarbonetos. O parâmetro físico a ser estudado é a variação na curva de transmitância da água do mar, com específicos comprimentos de onda, quando existir contaminação na amostra. A variação da absorção da onda eletromagnética detectada pelo foto sensor pode indicar que a amostra de água esteja contaminada por hidrocarbonetos. O equipamento base para a tomada de dados das curvas de transmitância é o espectrofotômetro, que tem como característica a capacidade de realizar uma varredura em uma faixa de comprimento de onda eletromagnética compreendida entre 190 nm a 1100 nm. A avaliação dos resultados é feita utilizando uma placa de aquisição do espectro de um LED de 400 nm. Dois métodos foram realizados utilizando a mesma fonte de radiação, o primeiro com incidência horizontal da luz na amostra de água (próximo à superfície) e o segundo com incidência vertical, submetendo a radiação à absorção causada pela coluna de água e contaminante (gasolina e querosene). Os resultados obtidos neste trabalho apresentam uma queda bem significativa da transmitância em função do aumento da concentração de poluente (hidrocarbonetos) na água, nas faixas mais pertinentes de cada substância, com suas diferentes estruturas moleculares. O ponto do espectro de maior sensibilidade para este hidrocarboneto na medição da transmitância está em 360 nm. Utilizando a lei de Lambert-Beer, foi calculada a correlação exponencial dos pontos obtidos com um determinado comprimento de onda, em 360 nm esta correlação é superior a 99%. O método utilizado e os resultados levantados possibilitam o desenvolvimento e aplicação de um sensor óptico para sensoriamento da água do mar baseado na variação da absorção da luz em função do aumento da concentração de contaminantes (hidrocarbonetos), e a utilização da lei de Lambert-Beer para estimar a concentração deste produto na água. / The real time monitoring of seawater in critical environments such as ports entrances and navigation channels is needed in order to avoid major contaminations of the marine environment especially in coastal regions. The most recurrent contamination is hydrocarbon spills. A real time contamination indicator enables immediate action from the responsible sectors. Such measurement might prevent impurities from spreading into a greater area, resulting in faster and more effective cleaning and decontamination process. This study aims to detect changes in the physical behavior of the sea water when hydrocarbon contamination exists. The physical parameter under study is the variation in the transmittance curve of seawater, with specific wavelengths, when there is contamination in the sample. The absorption variation of the electromagnetic wave detected by the photo sensor can indicate that the water sample is contaminated by hydrocarbons. The base equipment for collecting data from the transmittance curves is the spectrophotometer, which is able to perform a scan on an electromagnetic wavelength range between 190 nm to 1100 nm. Two methods were performed using the same radiation source, the first one with horizontal light incidence into the water sample (near-surface) and the second one with vertical incidence, subjecting radiation to absorption caused by the water column and contaminant (gasoline and kerosene). The results obtained in this study show a significant decrease of transmittance in function of the increase in concentration of pollutant (hydrocarbon) in the water, in the more relevant ranges of each substance, with their different molecular structures. The hydrocarbon used in the evaluation of both methods validation was gasoline. The spectrum point of greater sensitivity in measuring the hydrocarbon transmittance is in 360 nm. Using the Lambert-Beer law it was calculated exponential correlation of points obtained with a specific wavelength, in 360 nm this correlation is greater than 99%. The method and results raised enabled the development and application of an optical sensor for sensing seawater according to the variation of light absorption in function of the increasing contaminants concentration (hydrocarbons), and using the Lambert-Beer law to estimating the concentration of product in water.

Medidas in situ na Bacia Amazônica mostraram uma grande variedade de partículas de aerossol provenientes principalmente de fontes biogênicas e de queimadas. Partículas de queimadas foram estudadas em detalhe e são compostas de misturas de partículas esféricas e não esféricas, e aglomerados de até milhares de esferas nanométricas de \"black carbon\" PC). A forma e a estrutura macroscópica das partículas de queimadas são determinadas pelo tipo de combustíve1 queimado, pel0 tipo de combustição e pela \"idade\" das partículas. A estrutura macroscópica das partículas muda em função de suas interações com vapor d\'água, gotas de nuvens e devido à condensação de gases em sua superfície (e.g. gases orgânicos e dióxido de enxofre). Partículas não esféricas e grandes aglomerados tornam-se mais compactos e esféricos em função de seu envelhecimento. Estes aglomerados foram encontrados apenas perto das fontes de queimadas em fase \"flaming\", o que sugere que a compactação dos aglomerados ocorre numa escala de tempo relativamente pequena após sua emissão (minutos até horas). Esta mudança de morfologia produz alterações significativas nas propriedades ópticas das partículas aumentando suas eficiências de absorção e espalhamento de radiação. Micrografias obtidas com microscopia eletrônica de varredura em filtros amostrados em paralelo com diversas outras medidas sugerem o efeito da morfologia nas propriedades ópticas das partículas. Propriedades intensivas das partículas foram medidas neste trabalho para partículas de queimadas e biogênicas. Apesar serem emitidas por fontes bastante distintas, as partículas de queimadas e biogênicas apresentaram importantes similaridades em composição química, tamanho, coeficientes de Angström e rações de retroespalhamento. Por outro lado, as eficiências de absorção e espalhamento assim como o albedo simples apresentaram diferenças significativas entre partículas provenientes das duas fontes. Uma nova metodologia foi desenvolvida neste trabalho para a obtenção da forçante radiativa direta (FRD) por partículas de aerossol usando imagens de sensoriamento remoto. Novos parâmetros das partículas de aerossol foram também definidos neste trabalho para o estudo de seu impacto radiativo. Medidas espectrais com o sensor AVIRIS (224 comprimentos de onda entre 0,38 e 2,5 µm) a bordo do avião ER2 da NASA durante o experimento SCAR-B (Smoke Clouds and Radiation-Brazil) foram utilizadas para a derivação do albedo simples, da espessura óptica e da FRD. Valores significativos da FRD foram obtidos entre 0,25 e 1,6 µm com pico de aproximadamente -200 W m-2µm-1 para um comprimento de onda da ordem de 0,5 µm, por unidade de espessura óptica (valores de em = 0.66 µm). A integral da FRD ao longo do espectro solar é da ordem de -60 w m-2 em média para uma região de superfície heterogênea (incluindo áreas urbanas e vegetação) em Cuiabá. A FRD sobre áreas urbanas se mostrou significativamente menor que em áreas de vegetação devido à sua maior reflectância de superfície. / In situ measurements in the Amazon Basin showed a large variety of aerosol particles in the atmosphere due mainly to biogenic and biomass burning sources. Particles from biomass burning are generally composed of a mixture of spherical and non-spherical particles, and chain aggregates of thousands of tiny black carbon (BC) spherules. The morphology and structure of smoke particles from biomass burning are determined by the type of fuel, the phase of combustion, and the age of the smoke. This structure changes due to interactions with water vapor, cloud droplets and due to condensation of gases on its surface (eg. sulfates and organic gases). Non-spherical and large (tens of micrometers) fluffy aggregates become more compacted and increasingly spherical with age. They are generally found only near the source of flaming-phase combustion, which suggests that particle compaction occurs in a relatively short time (likely, few hours) after release from a biomass fire. This change in morphology produces a significant change in the optical properties of these particles, enhancing its absorption and scattering cross sections. Scanning electron microscope photographs of aerosol particles from biomass burning taken in parallel with other physical measurements show correlation between morphology and the absorption coefficients suggesting the effect of the particle shape on optical properties. Intensive microphysical properties of the particles were measured and modeled in this work for biomass burning and biogenic aerosols. Despite of completely distinct sources, biogenic and biomass burning aerosols show some important similarities in chemical composition and particle sizes. Angström coefficients and backscattering ratios of biogenic aerosols were also found in the same range as biomass burning particles, but the scattering and absorption efficiencies, as well as single scattering albedo showed significantly different values. A new methodology was developed to obtain the spectral direct radiative forcing (DRF) by aerosol particles using remote sensing images and new parameters were defined in this work to access the radiative impact of the aerosols. Spectral measurements with the AVIRIS spectrometer (224 wavelengths between 0.38 and 2.5 µm) onboard the NASA-ER2 aircraft during the SCAR-B experiment (Smoke Clouds and Radiation -Brazil) have been used in this work to derive the spectral single scattering albedo of the aerosol particles, the aerosol optical thickness, and .the DRF.Significant values of spectral direct radiative forcing were found between 0,25 and 1.6 µm with a peak about -200 W m-2 µm-1 for a wavelength around 0.5 µm, per unity of optical depth (optical depth values at 0.66 µm). The integral over the whole solar spectrum averaged over heterogeneous surfaces (urban areas and vegetation) is about -60 W m-2 for the studied region (Cuiabá). The DRF over urban areas is smaller than over vegetation due to its brighter surface reflectance.

Medidas in situ na Bacia Amazônica mostraram uma grande variedade de partículas de aerossol provenientes principalmente de fontes biogênicas e de queimadas. Partículas de queimadas foram estudadas em detalhe e são compostas de misturas de partículas esféricas e não esféricas, e aglomerados de até milhares de esferas nanométricas de \"black carbon\" PC). A forma e a estrutura macroscópica das partículas de queimadas são determinadas pelo tipo de combustíve1 queimado, pel0 tipo de combustição e pela \"idade\" das partículas. A estrutura macroscópica das partículas muda em função de suas interações com vapor d\'água, gotas de nuvens e devido à condensação de gases em sua superfície (e.g. gases orgânicos e dióxido de enxofre). Partículas não esféricas e grandes aglomerados tornam-se mais compactos e esféricos em função de seu envelhecimento. Estes aglomerados foram encontrados apenas perto das fontes de queimadas em fase \"flaming\", o que sugere que a compactação dos aglomerados ocorre numa escala de tempo relativamente pequena após sua emissão (minutos até horas). Esta mudança de morfologia produz alterações significativas nas propriedades ópticas das partículas aumentando suas eficiências de absorção e espalhamento de radiação. Micrografias obtidas com microscopia eletrônica de varredura em filtros amostrados em paralelo com diversas outras medidas sugerem o efeito da morfologia nas propriedades ópticas das partículas. Propriedades intensivas das partículas foram medidas neste trabalho para partículas de queimadas e biogênicas. Apesar serem emitidas por fontes bastante distintas, as partículas de queimadas e biogênicas apresentaram importantes similaridades em composição química, tamanho, coeficientes de Angström e rações de retroespalhamento. Por outro lado, as eficiências de absorção e espalhamento assim como o albedo simples apresentaram diferenças significativas entre partículas provenientes das duas fontes. Uma nova metodologia foi desenvolvida neste trabalho para a obtenção da forçante radiativa direta (FRD) por partículas de aerossol usando imagens de sensoriamento remoto. Novos parâmetros das partículas de aerossol foram também definidos neste trabalho para o estudo de seu impacto radiativo. Medidas espectrais com o sensor AVIRIS (224 comprimentos de onda entre 0,38 e 2,5 µm) a bordo do avião ER2 da NASA durante o experimento SCAR-B (Smoke Clouds and Radiation-Brazil) foram utilizadas para a derivação do albedo simples, da espessura óptica e da FRD. Valores significativos da FRD foram obtidos entre 0,25 e 1,6 µm com pico de aproximadamente -200 W m-2µm-1 para um comprimento de onda da ordem de 0,5 µm, por unidade de espessura óptica (valores de em = 0.66 µm). A integral da FRD ao longo do espectro solar é da ordem de -60 w m-2 em média para uma região de superfície heterogênea (incluindo áreas urbanas e vegetação) em Cuiabá. A FRD sobre áreas urbanas se mostrou significativamente menor que em áreas de vegetação devido à sua maior reflectância de superfície. / In situ measurements in the Amazon Basin showed a large variety of aerosol particles in the atmosphere due mainly to biogenic and biomass burning sources. Particles from biomass burning are generally composed of a mixture of spherical and non-spherical particles, and chain aggregates of thousands of tiny black carbon (BC) spherules. The morphology and structure of smoke particles from biomass burning are determined by the type of fuel, the phase of combustion, and the age of the smoke. This structure changes due to interactions with water vapor, cloud droplets and due to condensation of gases on its surface (eg. sulfates and organic gases). Non-spherical and large (tens of micrometers) fluffy aggregates become more compacted and increasingly spherical with age. They are generally found only near the source of flaming-phase combustion, which suggests that particle compaction occurs in a relatively short time (likely, few hours) after release from a biomass fire. This change in morphology produces a significant change in the optical properties of these particles, enhancing its absorption and scattering cross sections. Scanning electron microscope photographs of aerosol particles from biomass burning taken in parallel with other physical measurements show correlation between morphology and the absorption coefficients suggesting the effect of the particle shape on optical properties. Intensive microphysical properties of the particles were measured and modeled in this work for biomass burning and biogenic aerosols. Despite of completely distinct sources, biogenic and biomass burning aerosols show some important similarities in chemical composition and particle sizes. Angström coefficients and backscattering ratios of biogenic aerosols were also found in the same range as biomass burning particles, but the scattering and absorption efficiencies, as well as single scattering albedo showed significantly different values. A new methodology was developed to obtain the spectral direct radiative forcing (DRF) by aerosol particles using remote sensing images and new parameters were defined in this work to access the radiative impact of the aerosols. Spectral measurements with the AVIRIS spectrometer (224 wavelengths between 0.38 and 2.5 µm) onboard the NASA-ER2 aircraft during the SCAR-B experiment (Smoke Clouds and Radiation -Brazil) have been used in this work to derive the spectral single scattering albedo of the aerosol particles, the aerosol optical thickness, and .the DRF.Significant values of spectral direct radiative forcing were found between 0,25 and 1.6 µm with a peak about -200 W m-2 µm-1 for a wavelength around 0.5 µm, per unity of optical depth (optical depth values at 0.66 µm). The integral over the whole solar spectrum averaged over heterogeneous surfaces (urban areas and vegetation) is about -60 W m-2 for the studied region (Cuiabá). The DRF over urban areas is smaller than over vegetation due to its brighter surface reflectance.