A emissão de poluentes em megacidades e áreas industriais pode ter fortes impactos no clima e na saúde. Nos últimos anos tem sido crescente a preocupação com emissões atmosféricas contendo partículas nanométricas, cuja presença, juntamente com compostos orgânicos voláteis, óxidos de nitrogênio e outros, pode resultar na formação de uma série de substâncias gasosas poluentes e na formação de aerossóis. Medições mais precisas da concentração e distribuição de tamanho de fuligem são importantes, não só do ponto de vista ambiental, mas também para a saúde humana. O objetivo deste trabalho foi determinar a distribuição de tamanho de partículas na chaminé de uma refinaria em Cubatão. Para isso foi utilizada uma abordagem baseada nos métodos de inversão, tradicionalmente usados para calcular parâmetros de aerossóis atmosféricos, ao contexto dos aerossóis de tochas industriais. Os resultados se mostraram consistentes com a literatura científica, sendo possível determinar alguns parâmetros da distribuição do tamanho de partículas provenientes da chama de uma tocha industrial utilizando um sistema lidar de três comprimentos de onda com um nível de discrepância aceitável. Um estudo do expoente de Angström foi realizado com o objetivo de validar o algoritmo de inversão desenvolvido neste trabalho. Os resultados deste estudo mostraram que os dados experimentais corroboram com as curvas teóricas e, portanto, o algoritmo pode ser utilizado como ferramenta para a medição de emissões atmosféricas provenientes de tochas industriais. O desenvolvimento deste projeto representará um passo importante, não somente do ponto de vista tecnológico, mas principalmente como recurso para tratar de problemas de emissões que futuramente poderão surgir, dentre as medidas voltadas ao controle de mudanças climáticas. / The emission of pollutants in megacities and industrial areas can have strong impacts on climate and health. In recent years there has been a growing concern about air emissions containing nanometric particles whose presence, together with volatile organic compounds, nitrogen oxides, and others, can result in the formation of a series of gaseous pollutants and aerosol. More accurate measurements of the concentration and size distribution of soot are important not only from an environmental point of view, but also to human health. The objective of this study was to determine the particle size distribution in the chimney of a refinery in Cubatao. For this it used an approach based on inversion methods traditionally used to calculate parameters of atmospheric aerosols, the context of aerosols of industrial torches. The results were consistent with the scientific literature, it is possible to determine some parameters of size distribution of particles from an industrial torch flame using a system handling three wavelengths with an acceptable level of mismatch. A study by the Angstrom exponent was carried out in order to validate the inversion algorithm developed in this work. The results of this study showed that corroborate experimental data with the theoretical curves and thus the algorithm can be used as a tool for measuring atmospheric emissions from industrial torches. The development of this project will be an important step, not only from a technological point of view, but rather as a resource to address emission problems that may arise in the future, among the measures aimed at controlling climate change.

Neste trabalho são apresentados resultados relativos ao desenvolvimento de uma metodologia de calibração independente de um sistema LIDAR Raman para medidas de razão de mistura do vapor dágua, avaliando-se a eficiência total de transmissão óptica do sistema LIDAR Raman. Uma calibração independente ou absoluta de um sistema LIDAR foi possível por meio de medidas e cálculos dos parâmetros relevantes. A metodologia de calibração independente apresentada é baseada na decomposição das equações da razão de mistura do vapor dágua, especialmente na avaliação do fator de calibração e as incertezas relativas à transmissão óptica e secções diferenciais de espalhamento. A eficiência de transmissão incluiu fatores como a refletividade do telescópio, transmissão dos componentes ópticos e filtros. A avaliação da eficiência do sistema foi realizada com do uso de uma lâmpada calibrada de tungstênio em duas configurações distintas de filtros de interferência, (banda larga e banda estreita) instalados no sistema LIDAR Raman da Howard University (HURL). A avaliação da secção diferencial de espalhamento Raman para o vapor dágua foi realizada pelo uso de um modelo téorico descrito na literatura e por uma primeira aproximação experimental. Os resultados mostraram consistência e que essa metodologia de calibração pode ser usada em uma base rotineira para medidas de vapor dágua atmosférico. / For this study we present the results of the development of an absolute Raman LIDAR calibration methodology for measuring a water vapor mixing ratio. An absolute calibration of the system is possible by measuring or calculating the relevant system parameters based on the decomposition of the calibration instrumental function. The efficiency of the LIDAR system transmission at the laser and Raman produced wavelengths including factors such as reflectivity of the telescope and the transmission of conditioning optics and filters. We have evaluated the efficiency of the system with a calibrated tungsten lamp using two different sets of interference filters (wideband and narrow-band) that were installed at the Howard University Raman LIDAR system. The methodology is based on the decomposition of the water vapor mixing ratio equations, especially on the evaluation of the calibration factor and the instrumental errors involved. Also, the evaluation of the Raman cross section ratio was performed by using a theoretical model and then with an experimental approach. The results show consistency that this calibration methodology can be used on a regular basis.

Dentre as variáveis que procuram mensurar a qualidade ambiental, a vegetação ganha destaque pela diversidade de serviços ecológicos prestados ao sistema urbano. Neste sentido, a análise das áreas verdes deve ser contextualizada em função do arranjo espacial dos principais elementos que exercem pressão sobre o ambiente. Por isto, trabalhamos com um índice de qualidade ambiental que integra variáveis clássicas como a proporção de cobertura vegetal, com outros elementos significativos da paisagem urbana como a extensão das áreas construídas e o adensamento vertical. Para o desenvolvimento deste índice aplicamos uma metodologia de Sensoriamento Remoto (SR) baseada na integração de ortofotos digitais e atributos altimétricos derivados do LIDAR (ALS) que permitiu mensurar a dimensão vertical da paisagem urbana tornando mais realística a modelagem dos efeitos das áreas construídas na qualidade ambiental. / Given the diversity of its ecological services, vegetation is among the main indicators of environmental quality in urban systems. For that, green areas must be analyzed in the context of the spatial distribution of the main elements putting pressure on the environment. In order to do that, we have worked with an index of environmental quality that integrates traditional variables, such as the proportion of vegetation cover, with other significant elements of the urban landscape, such as the extension of built areas and vertical densification. For the development of the index we applied a Remote Sensing (RS) methodology combining digital orthophotos and altimetric parameters based on LIDAR (ALS), which allowed to measure the vertical dimension of the urban landscape becoming more realistic modeling of the effects of the built environment on environmental quality.

A relação entre a poluição atmosférica e a saúde vem sendo estudada há muitos anos em grandes cidades ao redor de todo o mundo e recentemente em regiões de intensa queima de biomassa. Porto Nacional é um município do estado do Tocantins que vem sofrendo expressivo crescimento em decorrência da expansão da cultura de grãos. Está incluso no bioma cerrado, onde é costume o uso do fogo para limpeza dos campos de agricultura. O lidar é uma ferramenta que vem sendo usada para estudo do perfil óptico atmosférico mundialmente, não havendo registros de sua utilização no cerrado. Junto com o lidar, costuma-se também utilizar a análise de filtros de impactação de aerossóis para determinação da composição e concentração de material particulado, o qual está relacionado ao desenvolvimento de doenças respiratórias.Também não havia sido investigada a correlação das queimadas no Tocantins com a saúde respiratória da população. Esse estudo visa analisar o perfil óptico e químico dos aerossóis provenientes das queimadas na região e correlacionar as internações por doenças respiratórias com o número de focos de incêndio no município de Porto Nacional e no estado do Tocantins. Para isso, foram utilizados um sistema lidar móvel, dados dos sistemas MODIS e CALIPSO e filtros de impactação de aerossóis instalados em Porto Nacional, dados de queimadas do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais e de saúde do banco de dados do Departamento de Informática do Sistema Único de Saúde. Foram registradas com o uso do lidar camadas de aerossóis em agosto de 2015 a uma altitude de 2 a 3,5 km, com predomínio de poeira contaminada, resultado da mistura de poeira da crosta e produto de queimadas. A análise química dos aerossóis mostrou aumento de black carbon e óxidos de alumínio e sílicio em setembro/2013 e aumento de óxido de enxofre em dezembro de 2015. Através das análises de modelos lineares generalizados e correlação de Pearson, não foi encontrada relação entre o número de focos de incêndio e as internações por doenças respiratórias, apesar da significância estatística dos dados colhidos ter sido confirmada pelo stepwise. Sugere-se aprofundamento do estudo através da coleta direta de dados de saúde respiratória diários e de atendimento em pronto socorro. / The relationship between air polution and health has been studied for many years in big cities worldwide and in biomass burning regions more recently. Porto Nacional is a city from Tocantins state where the grain culture is promoting an expressive development. It is included in the cerrado biome (brazilian savanna), where the use of fire to clean the agriculture fields is a custom. Lidar is a tool that has been worldwide used to study the optical atmosphere profile, but there wasnt found registers of its use at cerrado Along with lidar, it has also been used the analysis of aerosol impactation filters to determinate the composition and concentration of particulate material, which is related to the development of respiratory diseases. The correlation between burnings and respiratory health also had not being investigated in Tocantins. This study aim to analyse the optical and chemical profile of the burning aerosols at the region and to co-relate the respiratory diseases hospitalizations to the burning spots at Porto Nacional and Tocantins state. For this, a mobile lidar system and aerosol impactation filters were installed in Porto Nacional. Data from MODIS and CALIPSO were also used. The burning data were extrated from the National Institute of Spacial Researches and the health data from the database of Unic System of Health TI. Aerosol layers were registered by lidar at an altitude of 2-3.5 km, predominating polluted dust, resulting from a mix of crust dust and burning aerosol. The aerosol chemical analysis showed an increase of black carbon and aluminum and silicon oxides in september 2013 and an increase of sulfur oxide in december 2015. It wasnt found relation between the burning spots and respiratory diseases hospitalizations, using generalized linear models, despite of the statistical significance of collected data be assured by stepwise analysis. It is suggested the study deepening through of the daily and direct respiratory health data collection and from admissions instead of hospitalizations.

The Planetary Boundary Layer (PBL) is a relevant part of the atmosphere with a variable extension that clearly plays an important role in fields like air quality or weather forecasting. Passive and active remote sensing systems have been widely applied to analyze PBL characteristics. The combination of different remote sensing techniques allows obtaining a complete picture on the PBL dynamic. In this study, we analyze the PBL behavior using four types of remote sensing systems: Microwave Radiometer (MWR), Elastic Lidar (EL), Doppler Lidar (DL) and Ceilometer data. The measurements were performed in two cities Granada (Spain) and São Paulo (Brazil). Firstly, at Granada, the PBL height (PBLH) obtained from MWR data is validated against PBLH provided by analyzing co-located radiosondes, showing a good agreement. In a second stage, active remote sensing systems were used for deriving the PBLH. Thus, Extended Kalman filter is applied to EL data while the vertical wind speed variance method was applied to the DL. The derived PBLH\'s by these approaches are compared to PBLH retrieved by the MWR. The results show a good agreement among the retrievals based on active remote sensing in most of the cases, although some discrepancies appear in instances of intense PBL changes (either growth and/or decrease). Then it is performed the analysis of four and five-year dataset of measurements gathered with a ceilometer and a microwave radiometer, respectively, at Granada. The methodologies applied for the PBLH detection (gradient method for ceilometer and the combination of parcel method and temperature gradient method for microwave radiometer) provided a satisfactory description of the PBL structure in simple cases. In addition, the PBL behavior is characterized by a statistical study of the convective and stable PBLH obtained from microwave radiometer measurements. The analysis of the PBLH statistical study shows some coincidence with other PBLH studies such as daily pattern, and year cycles but also some differences caused by distinct latitudes, topography and climate were found. It was performed as well a combined long-term analysis of Ceilometer retrieved Residual Layer and the Stable and Convective Layer heights determined by microwave radiometer, thus offering a complete picture of the PBL evolution by synergetic combination of remote sensing techniques. This is the reason why systems with high temporal and spatial resolution, like lidars, have been increasingly applied in studies about this atmospheric region. In this work, also was performed, at São Paulo, an analysis on lidar backscattered signal at three wavelengths (355, 532 and 1064 nm) retrieving the turbulence by the analyses of the high-order moments (variance, skewness and kurtosis) in the backscattered signal. The wavelength of 355 nm has low applicability in the proposed methodology, due to its low intensity (due to predominance of molecular backscattering) and large presence of noise, while the 532 nm wavelength showed results similar to those provided by the wavelength of 1064 nm, which was used as reference. Then, it was analyzed two case studies using the wavelengths of 532 and 1064 nm (in separately). This approach provided information about PBL height, (derived by the variance method (Menut et al., 1999), displacement of aerosol layers (skewness) and level of mixing at several heights (kurtosis). These results show the viability of the proposed methodology when the wavelengths of 532 and 1064 nm are used for the PBL description by high-order moments of the backscattered distribution. Furthermore, it is demonstrated how some variables (air temperature, aerosol concentration, vertical wind, relative humidity and net radiation) can influence the PBL dynamic with data from DL, EL and MWR at Granada. The high-order moments of the vertical velocity high frequency distributions derived from DL, and EL range corrected signal, were corrected by two methodologies (first lag and -2/3 correction). The corrected profiles present small differences when compare against the uncorrected profiles, showing low influence of noise and the viability of the proposed methodology. A detailed 2-case studies analysis was carried on, the first case corresponding to a well-defined PBL while the second one corresponds to a situation with presence of an aloft Saharan dust layer and clouds. In both cases the results provided by the different instruments ended up complementing one another, so that the synergistic use of the different systems allowed us a detailed monitoring of the PBL. / A Camada Limite Planetária (PBL - Planetary Boundary Layer) é uma parte relevante da atmosfera com uma extensão variável e que claramente desempenha um papel importante em áreas de estudo, como: a qualidade do ar ou a previsão do tempo. Sistemas de sensoriamento remoto passivo e ativo têm sido amplamente utilizado para analisar as características da PBL. A combinação de diferentes técnicas de sensoriamento remoto permite obter uma imagem completa da dinâmica desta camada. Neste estudo, analisamos o comportamento da PBL utilizando quatro tipos de sistemas de sensoriamento remoto: Radiômetro de Micro-ondas (MWR), Lidar Elástico (EL), Lidar Doppler (DL) e Ceilômetro. As medições foram realizadas em duas cidades, Granada (Espanha) e São Paulo (Brasil). Primeiramente, em Granada, a altura da PBL (PBLH) obtida a partir dos dados do MWR foi validada pela PBLH gerada pela análise dos dados de radiossondas, mostrando uma boa concordância. Em um segundo estágio, sistemas ativos de sensoriamento remoto foram usados para a obtenção da PBLH. Assim, o método do filtro de Kalman foi aplicado aos dados do EL enquanto o método da variância da velocidade vertical do vento foi aplicado aos dados do DL. As PBLH derivadas dessas abordagens foram comparadas com o PBLH fornecida pelo MWR, sendo que os resultados mostram uma boa concordância na maioria dos casos, embora algumas discrepâncias apareçam nas situações de mudanças intensas da PBL (crescimento e/ou diminuição). Em seguida, é realizada a análise dos dados das medidas coletadas com um ceilômetro e um radiômetro de micro-ondas durante quatro e cinco anos, respectivamente, em Granada. As metodologias aplicadas para a detecção da PBLH (método de gradiente para o ceilômetro e a combinação do método de parcela e do método de gradiente de temperatura para o radiômetro de micro-ondas) forneceram uma descrição satisfatória da estrutura da PBL em casos simples. Além disso, o comportamento da PBL foi caracterizado por um estudo estatístico das PBLH convectiva e estável, as quais foram obtidas a partir das medidas do radiômetro de micro-ondas. A análise do estudo estatístico realizado para a PBLH mostra algumas coincidências com outros estudos já realizados para a mesma variável, como o padrão diário e os ciclos anuais. Mas também há algumas diferenças, as quais são causadas por latitudes, topografia e clima distintos. Foi realizada também uma análise combinada de longo prazo da Camada Residual (gerada pelos dados do Ceilômetro) e da Camada Estável e Convectiva (obtida pelos dados do radiômetro de micro-ondas), oferecendo assim um quadro completo da evolução da PBL por combinação sinérgica de técnicas de sensoriamento remoto. Essa é a razão pela qual sistemas com alta resolução temporal e espacial, como os lidars, têm sido cada vez mais aplicados em estudos sobre essa região atmosférica. Neste trabalho, também foi realizada, em São Paulo, uma análise do sinal retroespalhado em três comprimentos de onda (355, 532 e 1064 nm), o qual provê informações da turbulência através da análise dos momentos de alta ordem (variância, assimetria e curtose). O comprimento de onda de 355 nm apresenta pouca aplicabilidade na metodologia proposta, devido à sua baixa intensidade (por conta da predominância do retroespalhamento molecular) e grande presença de ruído, enquanto o comprimento de onda de 532 nm apresentou resultados semelhantes aos fornecidos pelo comprimento de onda de 1064 nm, o qual foi usado como referência. Em seguida, foram analisados dois estudos de caso utilizando os comprimentos de onda de 532 e 1064 nm (em separado). Essa abordagem forneceu informações sobre a altura da PBL (derivada pelo método de variância (Menut et al., 1999), deslocamento de camadas de aerossol (assimetria) e nível de mistura em várias alturas (curtose), mostrando a viabilidade da metodologia proposta, quando os comprimentos de onda de 532 e 1064 nm são usados para a descrição da PBL a partir dos momentos de alta ordem. Além disso, demonstrou-se, com dados de DL, EL e MWR obtidos em Granada, como algumas variáveis (temperatura do ar, concentração de aerossóis, vento vertical, umidade relativa e radiação líquida) podem influenciar a dinâmica da PBL. Os momentos de alta ordem das distribuições de velocidade vertical derivadas dos dados do DL e o sinal retroespalhado obtido a partir do EL foram corrigidos por duas metodologias (first lag e correção de -2/3). Os perfis corrigidos apresentam pequenas diferenças quando comparados com os perfis não corrigidos, mostrando baixa influência do ruído e a viabilidade da metodologia proposta. Foi realizada uma análise detalhada de dois estudos de casos, o primeiro correspondendo a uma PBL bem definida, enquanto o segundo corresponde a uma situação com a presença de uma camada de nuvens e poeira saariana. Em ambos os casos, os resultados fornecidos pelos diferentes instrumentos acabaram se complementando, de modo que o uso sinérgico dos diferentes sistemas nos permitiu um monitoramento detalhado da PBL.

Cette thèse vise à montrer rapport d'un lidar multispectral, en particulier en ajoutant des longueurs d'onde dans le proche infrarouge proche, pour la caractérisation des aérosols. En effet par rapport à un lidar mono-longueur d'onde, l'information contenue dans les profils multispectraux permet de remonter aux propriétés microphysiques des aérosols (distribution en aille et composition). Pour cela un simulateur de signaux lidar multispectraux a été adapté à notre étude afin de pouvoir développer et tester deux méthodes permettant de retrouver les propriétés microphysiques des aérosols le long de la ligne e visée à partir de signaux lidar synthétiques. La première méthode, basée sur l'inversion des signaux lidar, permet de retrouver la répartition en taille des aérosols et donc d'en déduire notamment leur concentration et leur rayon modal. Cette méthode nécessite des informations a priori sur les aérosols. Un bilan d'erreur a été réalisé en introduisant des incertitudes sur ces paramètres a priori et montre que les résultats obtenus sur la concentration et le rayon modal sont précis (respectivement 16% et 17% d'erreur). Cette méthode présente l'avantage de ne pas nécessiter d'étalonnage absolu de l'instrument. La deuxième méthode est basée sur la minimisation de l'écart entre des signaux simulés et les signaux que l'on étudie. Même si la précision obtenue sur la répartition en taille retrouvée est plus faible (35% et 40 % d'erreur sur la concentration t le rayon modal) et que la constante d'étalonnage de l'instrument doit être connue, cette méthode a l'avantage de retrouver la composition des aérosols dans 74 % des cas. / The purpose of this thesis is to show the contribution of a multispectral Iidar for the characterisation of aerosols, in particular hen wavelengths in near infrared are added. Indeed, compared with a mono-wavelength Iidar, the information contained in multispectral profiles allow to retrieve the microphysical properties of aerosols (particule size distribution and composition). To this end, we adapted a multispectral Iidar signal simulator to our study in order to develop and test two methods which objective is to obtain the microphysical properties of aerosol along the line-of-sight from synthetic lidar signals. The first method, based on the inversion of lidar signals, enables to find the length distribution of aerosols and therefore to educe their concentration and their modal radius. This method requires a priori information about the aerosols. An error budget was made by introducing uncertainties on the a priori parameters. It shows that the results obtained regarding the concentration and modal radius are accurate (respectively 16% and 17% uncertainty). The advantage of this method is that it does not require absolute calibration of the instrument. The principle of the second method is to minimize the difference between the studied and the simulated signals. Even if the accuracy on the size distribution is lower (35% and 40% on the concentration and modal radius) and the calibration constant of the instrument has to be known, this method has the advantage to find the concentration of the aerosols in 74% of the cases. Finally, the first method was validated on real data, coming from a collaboration with the RSLab (Barcelona), by comparing ur results with those obtained by this team (7% difference on the modal radius).

Os níveis de poluição do ar, tanto mundialmente, como no Brasil, principalmente em grandes metrópoles como São Paulo, dentre outras capitais e cidades brasileiras são altos e acima do que se é esperado para uma boa qualidade do ar. Uma das cidades brasileiras que ficou conhecida nacionalmente e até mundialmente pelos altos níveis de Poluentes foi Cubatão. Localizada no estado de São Paulo, a 57 km da capital do estado, Cubatão ainda tem altos níveis de Poluentes, entre eles o Material Particulado, o qual é um dos mais presentes. Dentre as classificações do material particulado estão as partículas inaláveis (MP10) e partículas inaláveis finas (MP2,5), estes são assim classificados de acordo com seus diâmetros aerodinâmicos. Tendo em vista os fatos citados acima, este trabalho propõe caracterizar as propriedades ópticas das partículas inaláveis na cidade de Cubatão - SP. Para tal foram utilizados dados de concentração das partículas inaláveis da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo - CETESB e as informações a respeito de perfil espacial foram observadas pela técnica de sensoriamento remoto - Light Detection and Ranging - LIDAR por meio de campanhas realizadas em agosto de 2016. Também foram analisados dados de Aerosol Optical Depth - AOD extraídos da plataforma - Goddard Interactive Online Visualization And Analysis Infrastructure - GIOVANNI, a qual contém informações de satélites, que foram usadas para indicar o tamanho das partículas detectadas na região de Cubatão. Do mesmo modo verificou-se os dados do Expoente de Ångström que são distribuídos pela plataforma GIOVANNI. / The levels of air pollution, both globally and in Brazil, especially in large metropolises such as São Paulo, among other Brazilian cities and capitals are high and above what is expected for good air quality. One of the Brazilian cities that was known nationally and even worldwide by the high levels of Pollutants was Cubatão. This city is located in the state of São Paulo, 57 km from the state capital. Cubatão still has high levels of Pollutants, among them the Particulate Material, which is one of the most present. Among the classifications of the particulate material are inhalable particles (PM10) and fine inhalable particles (PM2.5), these are thus classified according to their aerodynamic diameters. In view of the facts mentioned above, this paper proposes to characterize the optical properties of inhalable particles in the city of Cubatão - SP. For this purpose, the inhalable particulate concentration data of the Environmental Company of the State of São Paulo - CETESB were used and the information regarding the spatial profile was observed by the remote sensing technique - Light Detection and Ranging - LIDAR through campaigns carried out in August, Aerosol Optical Depth - AOD data from the Goddard Interactive Online Visualization And Analysis Infrastructure (GIOVANNI) platform, which contains information from satellites, were used to indicate the size of the particles detected in the Cubatão region. In the same way the data of the Ångström exponent, distributed by GIOVANNI platform was verified.

Esta dissertação aborda um estudo sobre algoritmos matemáticos (Método da Variância, Método das Imagens, Método do Gradiente (MG), WCT - Wavelet Covariance Transform), os quais possibilitam a obtenção da altura máxima da Camada Limite Planetária (CLP) a partir de dados fornecidos por um sistema lidar. Em um primeiro momento será descrita a CLP e as suas principais variáveis, assim como também os métodos juntamente com os seus pontos positivos e negativos. Em seguida serão abordadas duas situações de medida: a primeira consiste em um estudo de casos realizado na cidade de Vitória-ES, para o qual foram escolhidas três situações típicas (calmaria, presença de subcamadas de aerossóis e/ou camadas de nuvens e turbulência) em que os métodos foram: testados, comparados entre si, com a análise visual do perfil e o BRN (Bulk Richardsons Number); a segunda situação aborda uma medida feita na cidade de São Paulo-SP durante um período de 12 horas contínuas, sendo o grande diferencial deste experimento, o lançamento de radiossondas dentro de intervalos de 3 horas, isso aliado a utilização de modelagem WRF (Weather Research Forecasting) permitiu uma maior comparação e validação dos dados. A partir dos estudos de casos foi possível observar que com o aumento da complexidade do perfil apresentado pela atmosfera, há um decréscimo na qualidade dos resultados apresentados pelos métodos e um aumento no tempo de processamento, já que há necessidade de um maior refinamento nos parâmetros que serão utilizados. Nas situações de \"calmaria\"o perfil da atmosfera se mostra mais simplificado, o que facilita a escolha de qual método utilizar, sendo que com exceção da Variância, todos os outros métodos forneceram resultados satisfatórios. Para o caso de \"presença de subcamadas de aerossóis e/ou nuvens\"a qualidade dos resultados apresentados pelos métodos decai sendo exceção da Variânci, uma vez que esta passa a apresentar resultados mais próximos do esperado devido ao aumento na complexidade do sinal lidar. Na situação caracterizada como \"turbulência\", todos os métodos passam a apresentar maiores dificuldades para detectar corretamente a CLP, sendo que o WCT se mostra o mais robusto, porém exige uma complexa escolha de parâmetros, demandando um alto tempo de processamento. Na medida de 12 horas contínuas todos os métodos conseguem representar satisfatoriamente a ascensão e o decaimento da CLP, ficando as maiores divergências para o meio do dia, principalmente quando há dispersão dos aerossóis gerando atenuação no sinal, com isso os métodos mais sensíveis (MG e Método das Imagens) passam a apresentar várias oscilações, dificultando a detecção do topo da CLP. As análises realizadas permitiram observar as vantagens e desvantagens de cada método, assim como descobrir qual possui o uso mais indicado para cada cenário meteorológico, sendo o algoritmo WCT o mais robusto em todas as situações apresentadas. / This dissertation discusses a study about mathematical algorithms (Variance Method, Method of Images, Gradient Method, WCT - Wavelet Covariance Transform) that allow obtaining the maximum height of the Planetary Boundary Layer (PBL) from data provided by the lidar system. Initially it will be described the PBL and their main variables, as well as methods along with their strengths and weaknesses. After, two situations of measurements will be discussed: the first one consists of a case study conducted in the city of Vitória-ES, where were chosen three typical situations (\"calm\", \"sublayers of aerosols and/or layers of cloud cover\"and \"turbulence\") and the methods were compared among themselves and here after validated qualitatively by a visual verify and quantitatively by obtain of the Bulk Richardson Number (BRN) extracted from radiosounding data; the second situation deals with a measurement made in the city of São Paulo - SP for a period of 12 continuous hours, and the great advantage of this experimen, launching radiosondes within 3 hour intervals, the use of this combined with WRF ( Weather Research Forecasting) model allowed a most accurate comparison and validation. Based on case studies it was observed with the increased of complexity of the profile presented by the atmosphere, there is a decrease in the quality of the results provided by the methods and an increase in processing time being necessary greater refinement of the parameters that are used. In situations of \"calm\"the profile of the atmosphere appears more simplified, which facilitates the choice of which method to use, and with exception of Variance, all other methods provided satisfactory results. For the situation of \"presence of sublayers of aerosols and/or clouds\"the quality of the results presented by the methods decays, with the exception of Variance, once this begins to show results closer than expected due to the increase in the complexity of the signal handling. In situations characterized as \"turbulence\", all methods have more difficulties to correctly detect the PBL, and the WCT shown the most robust than others, but requires a complex choice of parameters and a high processing time. The measurement of 12 hours continuous all methods can satisfactorily represent the rise and decay of PBL, the largest differences being for the middle of the day, especially when there is dispersion of aerosol generating attenuation in the signal, thus the most sensitive methods (Gradient Method and Method of Images) present several variations, making it difficult to detect the top of the PBL. The analyzes allowed to observe the advantages and disadvantages of each method, as well as find out which has the most appropriate use for each meteorological scenario, being the WCT the most robust algorithm in all situations presented.

A emissão de poluentes em megacidades e áreas industriais pode ter fortes impactos no clima e na saúde. Nos últimos anos tem sido crescente a preocupação com emissões atmosféricas contendo partículas nanométricas, cuja presença, juntamente com compostos orgânicos voláteis, óxidos de nitrogênio e outros, pode resultar na formação de uma série de substâncias gasosas poluentes e na formação de aerossóis. Medições mais precisas da concentração e distribuição de tamanho de fuligem são importantes, não só do ponto de vista ambiental, mas também para a saúde humana. O objetivo deste trabalho foi determinar a distribuição de tamanho de partículas na chaminé de uma refinaria em Cubatão. Para isso foi utilizada uma abordagem baseada nos métodos de inversão, tradicionalmente usados para calcular parâmetros de aerossóis atmosféricos, ao contexto dos aerossóis de tochas industriais. Os resultados se mostraram consistentes com a literatura científica, sendo possível determinar alguns parâmetros da distribuição do tamanho de partículas provenientes da chama de uma tocha industrial utilizando um sistema lidar de três comprimentos de onda com um nível de discrepância aceitável. Um estudo do expoente de Angström foi realizado com o objetivo de validar o algoritmo de inversão desenvolvido neste trabalho. Os resultados deste estudo mostraram que os dados experimentais corroboram com as curvas teóricas e, portanto, o algoritmo pode ser utilizado como ferramenta para a medição de emissões atmosféricas provenientes de tochas industriais. O desenvolvimento deste projeto representará um passo importante, não somente do ponto de vista tecnológico, mas principalmente como recurso para tratar de problemas de emissões que futuramente poderão surgir, dentre as medidas voltadas ao controle de mudanças climáticas. / The emission of pollutants in megacities and industrial areas can have strong impacts on climate and health. In recent years there has been a growing concern about air emissions containing nanometric particles whose presence, together with volatile organic compounds, nitrogen oxides, and others, can result in the formation of a series of gaseous pollutants and aerosol. More accurate measurements of the concentration and size distribution of soot are important not only from an environmental point of view, but also to human health. The objective of this study was to determine the particle size distribution in the chimney of a refinery in Cubatao. For this it used an approach based on inversion methods traditionally used to calculate parameters of atmospheric aerosols, the context of aerosols of industrial torches. The results were consistent with the scientific literature, it is possible to determine some parameters of size distribution of particles from an industrial torch flame using a system handling three wavelengths with an acceptable level of mismatch. A study by the Angstrom exponent was carried out in order to validate the inversion algorithm developed in this work. The results of this study showed that corroborate experimental data with the theoretical curves and thus the algorithm can be used as a tool for measuring atmospheric emissions from industrial torches. The development of this project will be an important step, not only from a technological point of view, but rather as a resource to address emission problems that may arise in the future, among the measures aimed at controlling climate change.

The methodology to quantify vegetation from airborne laser scanning (or LiDAR - Light Detection And Ranging) is somehow consolidated, but some concerns are still in the checklist of the scientific community. This thesis aims to bring some of those concerns and try to contribute with some results and insights. Four aspects were studied along this thesis. In the first study, the effect of threshold heights (minimum height and height break) in the quality of the set of metrics was investigated aiming the volume estimation of a eucalyptus plantation. The results indicate that higher threshold height may return a better set of metrics. The impact of threshold height was more evident in young stands and for canopy density metrics. In the second study, the stability of the LiDAR metrics between different LiDAR surveys over the same area was analyzed. This study demonstrated how the selection of stable metrics contributed to generate reliable models between different data sets. According to our results, the height metrics provided the greatest stability when used in the models, specifically the higher percentiles (>50%) and the mode. The third study was designed to evaluate the use of machine learning tools to estimate wood volume of eucalyptus plantations from LiDAR metrics. Rather than being limited to a subset of LiDAR metrics in attempting explain as much variability in a dependent variable as possible, artificial intelligence tools explored the complete metrics set when looking for patterns between LiDAR metrics and stand volume. The fourth and last study has focused upon several highly important forest typologies, and shown that it is possible to differentiate the typologies through their vertical profiles as derived from airborne laser surveys. The size of the sampling cell does have an influence on the behavior observed in analyses of spatial dependence. Each typology has its own specific characteristics, which will need to be taken into consideration in projects targeting monitoring, inventory construction, and mapping based upon airborne laser surveys. The determination of a converged vertical profile could be achieved with data representing 10 % of the area for all typologies, while for some typologies 2 % coverage was sufficient. / A metodologia para quantificar vegetação a partir de dados LiDAR (Light Detection And Ranging) está de certa forma consolidada, porém ainda existem pontos a serem esclarecidos que permanecem na lista da comunidade científica. Quatro aspectos foram estudos nesta tese. No primeiro estudo, foi investigado a influência das alturas de referência (altura mínima e altura de quebra) na qualidade do conjunto de métricas extraído visando estimação do volume de um plantio de eucalipto. Os resultados indicaram que valor mais altos de alturas de referência retornaram um conjunto de métricas melhor. O efeito das alturas de referência foi mais evidente em povoamentos jovens e para as métricas de densidade. No segundo estudo, avaliou-se a estabilidade de métricas LiDAR derivadas para uma mesma área sobrevoada com diferentes configurações de equipamentos e voo. Este estudo apresentou como a seleção de métricas estáveis pode contribuir para a geração de modelos compatíveis com diferentes bases de dados LiDAR. De acordo com os resultados, as métricas de altura foram mais estáveis que as métricas de densidade, com destaque para os percentis acima de 50% e a moda. O terceiro estudo avaliou o uso de máquinas de aprendizado para a estimação do volume em nível de povoamento de plantios de eucalipto a partir de métricas LiDAR. Ao invés de estarem limitados a um pequeno subconjunto de métricas na tentativa de explicar a maior parte possível da variabilidade total dos dados, as técnicas de inteligência artificial permitiram explorar todo o conjunto de dados e detectar padrões que estimaram o volume em nível de povoamento a partir do conjunto de métricas. O quarto e último estudo focou em sete áreas de diferentes tipologias florestais brasileiras, estudando os seus perfis verticais de dossel. O estudo mostrou que é possível diferenciar estas tipologias com base no perfil vertical derivado de levantamentos LiDAR. Foi observado também que o tamanho das parcelas possui diferentes níveis de dependência espacial. Cada tipologia possui características específicas que precisam ser levadas em considerações em projetos de monitoramento, inventário e mapeamento baseado em levantamentos LiDAR. O estudo mostrou que é possível determinar o perfil vertical de dossel a partir da cobertura de 10% da área, chegando a algumas tipologias em apenas 2% da área.