O objetivo desse trabalho foi estudar a relação entre profundidade óptica de aerossóis (AOD), obtida por sensoriamento remoto, e a concentração de material particulado (MP10 e MP2,5) medida próximo à superfície sobre a Região Metropolitana de São Paulo (RMSP). A profundidade óptica foi derivada a partir de medidas de radiâncias fornecidas pelos sensores MODIS. Estes sensores estão posicionados a bordo dos satélites EOS-TERRA e EOS-AQUA, operados pela NASA. As concentrações de MP10 e MP2,5 foram obtidas nas estações da rede operacional da CETESB. Foram feitos alguns estudos de caso considerando diferentes situações atmosféricas, aos quais se aplicou a metodologia proposta por Castanho (2005) que busca reduzir as incertezas na determinação da profundidade óptica derivada do MODIS e identificar qual o modelo de aerossol é mais adequado para aplicação em estudos de qualidade do ar. Os valores de AOD calculados para as diferentes situações foram comparados com aqueles obtidos pela AERONET e com as concentrações anteriormente citadas, buscando uma validação dos mesmos. Valores médios de AOD foram calculados para áreas de 10 km x 10 km ao redor das estações de monitoramento do MP. Testes foram realizados para verificar os efeitos de sazonalidade, da quantidade de água na coluna atmosférica, da resposta da AOD por faixas de concentração de MP10, da geometria do sensor, da presença de nuvens e da presença de aerossol acima da Camada de Mistura (CM). Os resultados foram apresentados por estações com o objetivo de se visualizar diferentes condições sobre a região estudada. Alguns dos fatores relevantes observados durante a comparação entre a concentração de MP10 e a AOD foram: a influência do período do ano e da quantidade de água na coluna atmosférica. A geometria do sensor foi fator determinante para melhora das correlações, quando limitado o ângulo de espalhamento em 140°. Situações em que há ausência de nuvens, identificadas através de imagens do MODIS no visível, também apresentaram melhores resultados. Outro fator de extrema importância foi a estrutura vertical da CM. Através de medidas obtidas de um LIDAR foi verificado que a presença de aerossóis acima da CM, a qual é determinada principalmente pelas condições atmosféricas, é determinante para as correlações entre AOD e o MP. / The main purpose of this work was to study the relationship between the Aerosol Optical Depth (AOD), obtained by remote sensing, and the particulate material concentration (PM10 and PM2.5), near to the surface over the Metropolitan Area of Sao Paulo (MASP). The Aerosol Optical Depth was retrieved based on reflectance measurements provided by MODIS sensors. These sensors are carried aboard EOS-TERRA and EOS-AQUA satellites, which are operated by NASA. The PM10 and PM2.5 concentrations were obtained in the CETESB operational network. Case studies were performed, considering several atmospheric conditions, applying the methodology proposed by CASTANHO (2005), designed both to reduce the uncertainty in the determination of the MODIS derived Optical Depth and to identify which aerosol model is more appropriated for air quality studies. Some derived results were compared with AERONET data and with the previously mentioned concentrations as a cross-check test. Mean AOD values were calculated using 10 km x 10 km area ground around PM monitoring stations. Tests were performed to estimate the effects of seasonality, atmospheric column water content, AOD response to PM10 concentration, sensor geometry, clouds and aerosol concentration above the Mixing Layer (ML). To stress the different conditions of the studied region, the results were presented considering each station. Some of the relevant observed factors in the PM10 concentration and AOD comparison were the year period influence and the atmospheric column water content. The sensor geometry was an important factor to the improvement of the obtained correlations when the scattering angle was bounded to 140°. Cloudless situations, identified by MODIS true color images, also improved the results. Another important factor was the Mixing Layer vertical structure. Using LIDAR measurements it was verified that the presence of aerosols above the ML, which is determined mainly by atmospheric conditions, is crucial for the correlations between AOD and PM.

O objetivo desse trabalho foi estudar a relação entre profundidade óptica de aerossóis (AOD), obtida por sensoriamento remoto, e a concentração de material particulado (MP10 e MP2,5) medida próximo à superfície sobre a Região Metropolitana de São Paulo (RMSP). A profundidade óptica foi derivada a partir de medidas de radiâncias fornecidas pelos sensores MODIS. Estes sensores estão posicionados a bordo dos satélites EOS-TERRA e EOS-AQUA, operados pela NASA. As concentrações de MP10 e MP2,5 foram obtidas nas estações da rede operacional da CETESB. Foram feitos alguns estudos de caso considerando diferentes situações atmosféricas, aos quais se aplicou a metodologia proposta por Castanho (2005) que busca reduzir as incertezas na determinação da profundidade óptica derivada do MODIS e identificar qual o modelo de aerossol é mais adequado para aplicação em estudos de qualidade do ar. Os valores de AOD calculados para as diferentes situações foram comparados com aqueles obtidos pela AERONET e com as concentrações anteriormente citadas, buscando uma validação dos mesmos. Valores médios de AOD foram calculados para áreas de 10 km x 10 km ao redor das estações de monitoramento do MP. Testes foram realizados para verificar os efeitos de sazonalidade, da quantidade de água na coluna atmosférica, da resposta da AOD por faixas de concentração de MP10, da geometria do sensor, da presença de nuvens e da presença de aerossol acima da Camada de Mistura (CM). Os resultados foram apresentados por estações com o objetivo de se visualizar diferentes condições sobre a região estudada. Alguns dos fatores relevantes observados durante a comparação entre a concentração de MP10 e a AOD foram: a influência do período do ano e da quantidade de água na coluna atmosférica. A geometria do sensor foi fator determinante para melhora das correlações, quando limitado o ângulo de espalhamento em 140°. Situações em que há ausência de nuvens, identificadas através de imagens do MODIS no visível, também apresentaram melhores resultados. Outro fator de extrema importância foi a estrutura vertical da CM. Através de medidas obtidas de um LIDAR foi verificado que a presença de aerossóis acima da CM, a qual é determinada principalmente pelas condições atmosféricas, é determinante para as correlações entre AOD e o MP. / The main purpose of this work was to study the relationship between the Aerosol Optical Depth (AOD), obtained by remote sensing, and the particulate material concentration (PM10 and PM2.5), near to the surface over the Metropolitan Area of Sao Paulo (MASP). The Aerosol Optical Depth was retrieved based on reflectance measurements provided by MODIS sensors. These sensors are carried aboard EOS-TERRA and EOS-AQUA satellites, which are operated by NASA. The PM10 and PM2.5 concentrations were obtained in the CETESB operational network. Case studies were performed, considering several atmospheric conditions, applying the methodology proposed by CASTANHO (2005), designed both to reduce the uncertainty in the determination of the MODIS derived Optical Depth and to identify which aerosol model is more appropriated for air quality studies. Some derived results were compared with AERONET data and with the previously mentioned concentrations as a cross-check test. Mean AOD values were calculated using 10 km x 10 km area ground around PM monitoring stations. Tests were performed to estimate the effects of seasonality, atmospheric column water content, AOD response to PM10 concentration, sensor geometry, clouds and aerosol concentration above the Mixing Layer (ML). To stress the different conditions of the studied region, the results were presented considering each station. Some of the relevant observed factors in the PM10 concentration and AOD comparison were the year period influence and the atmospheric column water content. The sensor geometry was an important factor to the improvement of the obtained correlations when the scattering angle was bounded to 140°. Cloudless situations, identified by MODIS true color images, also improved the results. Another important factor was the Mixing Layer vertical structure. Using LIDAR measurements it was verified that the presence of aerosols above the ML, which is determined mainly by atmospheric conditions, is crucial for the correlations between AOD and PM.

A avaliação dos efeitos dos aerossóis em relação ao balanço radiativo local e global bem como o impacto sobre a saúde humana, principalmente em grandes centros urbanos, demanda que se conheça de forma precisa a sua concentração e distribuição espaço-temporal. Neste contexto, o monitoramento acurado de longo prazo por estações instaladas ao redor do mundo tornou-se um desafio e uma necessidade para várias áreas do conhecimento. Classicamente as estações utilizam a técnica de fotometria solar para inferir a concentração e a distribuição de tamanho dos aerossóis através da profundidade óptica do aerossol (POA) e do coeficiente de Ångström . No presente trabalho é sugerida uma metodologia para estimar POA e do coeficiente de Ångström através de quatro canais espectrais de radiômetros do tipo Multi-Filter Rotating Shadowband Radiometer (MFRSR) que operam em São Paulo desde 1999. Estas estimativas foram avaliadas em relação à rede AErosol RObotic NETwork (AERONET) entre os anos de 2004 a 2006. Os resultados mostram que, em termos de variabilidade temporal da POA, há boa concordância entre os diferentes instrumentos. Entretanto, são encontradas diferenças médias sistemáticas da ordem de 0,03 na magnitude da POA em três dos quatro canais analisados, enquanto que o valor sugerido pela OMM para uma atmosfera limpa é de no máximo 0,02. Este resultado aponta que a metodologia empregada nos MFRSR fornece valores de boa qualidade. Ainda neste trabalho, foram relacionadas variáveis meteorológicas coletadas pela Estação Meteorológica do IAG-USP com a POA e o do coeficiente de Ångström estimados neste trabalho. Observou-se uma relação linear entre o coeficiente de Ångström e a umidade relativa (UR), indicando um crescimento do tamanho médio dos aerossóis que integram um grupo com 0,20<POA<=0,60 no canal 415nm com o aumento da umidade relativa. Acredita-se que este grupo tenha predominância de aerossóis de fontes locais. As medidas de longo prazo permitiram também caracterizar, em conjunto com estimativas espaciais de POA pelo sensor Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) a bordo do satélite Terra, a influência do transporte de aerossóis de queimadas da região amazônica e do Brasil central em São Paulo, na série de dados analisados. Estes eventos contribuem para o aumento significativo da POA sobre a região metropolitana e trazem partículas ligeiramente menores que as emitidas por fontes locais. / The evaluation of the aerosol effects to the local and global radiation budget, as well as the impact on human health, particularly in large urban centers, demands knowing accurately their concentration and spatial-temporal distribution. In this context, the accurate long term monitoring from ground based stations installed around the world has become a challenge and a necessity for various areas of knowledge. Classically, the stations use the technique of Sun photometry to infer the concentration and size distribution of aerosols through the aerosol optical depth (AOD) and Ångström coefficient . In this paper we suggest a methodology to estimate AOD and Ångström coefficient through four channels of Multi-Filter Rotating Shadowband Radiometers (MFRSR) operating in Sao Paulo since 1999. These estimates were compared to the results of the AErosol RObotic NETwork (AERONET) between the years of 2004 to 2006. The results showed that the MFRSR can represent well the temporal variability of the AOD, but systematic differences were found with mean values of about 0.03 in AOD, in three of the four analyzed channels. The value suggested by WMO for clean air is at most 0.02. This result indicates that the methodology employed in MFRSR provides values of quality good. Also in this study, meteorological influences on the aerosol optical properties were analyzed. The meteorological variables were monitored at the Meteorological Station of the IAG-USP There was a linear relationship between Ångström coefficient and relative humidity (RH), indicating a growth of the average size of aerosols within a group with 0.20<AOD<=0.60, in the channel 415 nm, with increasing relative humidity. It is believed that this group has predominance of aerosols from local sources. Long term measurements also helped to characterize, together with spatial estimates of AOD by the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) on board the Terra satellite, the influence of the transport of aerosol particles from biomass burning from the Amazon region to São Paulo. It was observed that these events contribute to significant increase in AOD on the metropolitan region and bring slightly smaller particles than the emitted by local sources.

A avaliação dos efeitos dos aerossóis em relação ao balanço radiativo local e global bem como o impacto sobre a saúde humana, principalmente em grandes centros urbanos, demanda que se conheça de forma precisa a sua concentração e distribuição espaço-temporal. Neste contexto, o monitoramento acurado de longo prazo por estações instaladas ao redor do mundo tornou-se um desafio e uma necessidade para várias áreas do conhecimento. Classicamente as estações utilizam a técnica de fotometria solar para inferir a concentração e a distribuição de tamanho dos aerossóis através da profundidade óptica do aerossol (POA) e do coeficiente de Ångström . No presente trabalho é sugerida uma metodologia para estimar POA e do coeficiente de Ångström através de quatro canais espectrais de radiômetros do tipo Multi-Filter Rotating Shadowband Radiometer (MFRSR) que operam em São Paulo desde 1999. Estas estimativas foram avaliadas em relação à rede AErosol RObotic NETwork (AERONET) entre os anos de 2004 a 2006. Os resultados mostram que, em termos de variabilidade temporal da POA, há boa concordância entre os diferentes instrumentos. Entretanto, são encontradas diferenças médias sistemáticas da ordem de 0,03 na magnitude da POA em três dos quatro canais analisados, enquanto que o valor sugerido pela OMM para uma atmosfera limpa é de no máximo 0,02. Este resultado aponta que a metodologia empregada nos MFRSR fornece valores de boa qualidade. Ainda neste trabalho, foram relacionadas variáveis meteorológicas coletadas pela Estação Meteorológica do IAG-USP com a POA e o do coeficiente de Ångström estimados neste trabalho. Observou-se uma relação linear entre o coeficiente de Ångström e a umidade relativa (UR), indicando um crescimento do tamanho médio dos aerossóis que integram um grupo com 0,20<POA<=0,60 no canal 415nm com o aumento da umidade relativa. Acredita-se que este grupo tenha predominância de aerossóis de fontes locais. As medidas de longo prazo permitiram também caracterizar, em conjunto com estimativas espaciais de POA pelo sensor Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) a bordo do satélite Terra, a influência do transporte de aerossóis de queimadas da região amazônica e do Brasil central em São Paulo, na série de dados analisados. Estes eventos contribuem para o aumento significativo da POA sobre a região metropolitana e trazem partículas ligeiramente menores que as emitidas por fontes locais. / The evaluation of the aerosol effects to the local and global radiation budget, as well as the impact on human health, particularly in large urban centers, demands knowing accurately their concentration and spatial-temporal distribution. In this context, the accurate long term monitoring from ground based stations installed around the world has become a challenge and a necessity for various areas of knowledge. Classically, the stations use the technique of Sun photometry to infer the concentration and size distribution of aerosols through the aerosol optical depth (AOD) and Ångström coefficient . In this paper we suggest a methodology to estimate AOD and Ångström coefficient through four channels of Multi-Filter Rotating Shadowband Radiometers (MFRSR) operating in Sao Paulo since 1999. These estimates were compared to the results of the AErosol RObotic NETwork (AERONET) between the years of 2004 to 2006. The results showed that the MFRSR can represent well the temporal variability of the AOD, but systematic differences were found with mean values of about 0.03 in AOD, in three of the four analyzed channels. The value suggested by WMO for clean air is at most 0.02. This result indicates that the methodology employed in MFRSR provides values of quality good. Also in this study, meteorological influences on the aerosol optical properties were analyzed. The meteorological variables were monitored at the Meteorological Station of the IAG-USP There was a linear relationship between Ångström coefficient and relative humidity (RH), indicating a growth of the average size of aerosols within a group with 0.20<AOD<=0.60, in the channel 415 nm, with increasing relative humidity. It is believed that this group has predominance of aerosols from local sources. Long term measurements also helped to characterize, together with spatial estimates of AOD by the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) on board the Terra satellite, the influence of the transport of aerosol particles from biomass burning from the Amazon region to São Paulo. It was observed that these events contribute to significant increase in AOD on the metropolitan region and bring slightly smaller particles than the emitted by local sources.

Neste trabalho são apresentados os resultados do estudo e desenvolvimento dos parâmetros de projeto de um radiômetro solar multiespectral (RSME), baseado em Filtros de Interferência Variável (FIV) de banda-passante que incorpora uma camada ressoante de Fabry-Perot, inclinada em forma de cunha, sintonizável dentro da área opticamente ativa do FIV, aplicável ao sensoriamento ambiental e de aerossóis. Foi apresentada a teoria proposta para a simulação, projeto e deposição pelo método interativo (simulações associada às avaliações de deposições). O FIV foi parametrizado para o RSME, mas pode atender outras aplicações em sensores multicanais e multiespectrais. A construção dos FIV exigiu estudos e adaptações das técnicas clássicas de deposição de filmes finos e de microeletrônica, foi utilizada a PVD/E-Beam. É apresentado um estudo e o emprego de simulações matemáticas e softwares, aplicáveis a FI convencionais correlatas aos FIVs. Estes softwares foram aplicados e avaliados em relação ao projeto dos FIV. Avaliamos a técnica empregada que produz a inclinação na espessura dos FIVs em uma monocamada de 600 nm com um Perfilômetro do LME. Os FIVs caracterizados opticamente com espectrofotômetros, apresentam uma área opticamente ativa de varredura de 120,5 nm no espectro eletromagnético, entre os canais 475,5 nm a 596 nm, pertencentes a 17,3 mm de extensão do FIV. O FIV é um dispositivo óptico projetado com espessura em cunha provocando a resposta espectral linear para a transmitância, com uma taxa de 6,97 nm/mm na sua extensão. Foi proposto que os FIVs caracterizados em conjunto com PD de um PDA, difusor e lente, formem um conjunto detector conectado a um módulo de pré-processamento e coleta de dados (módulo eletrônico) formando assim o RSME parametrizado. O RSME proposto foi avaliado utilizando o FIV02 que opera numa faixa opticamente ativa entre (600 nm a 715 nm), um PDA modelo TSL1401 com 128 PD e um microcontrolador Arduino UNO para o gerenciamento da detecção. Os resultados apontam que o instrumento faz medições equivalentes a outro espectrofotômetro de referência quando medindo um feixe monocromático em 655,4 nm, mas com resolução mais estreita de 0,13 nm por canal. Foi apontada também a necessidade de instrumentação dedicada para outras caracterizações ópticas dos FIV, do conjunto detector do RSME e para a sua calibração. / This paper presents the results of the study and development of the design parameters of a Multi-Spectral Solar Radiometer (MSSR), based on Variable Interference Filter (VIF) pass-bad which incorporates a resonant layer Fabry-Perot inclined in form wedge, tunable within the optically active area of VIF, applicable to enviro nmental sensing and aerosols. The theory proposed was presented for the simulation, design and deposition by interactive method (associated with reviews of depositions simulations). The VIF was parameterized for the MSSR, but can serve other applications in multi-channel and multispectral sensors. The construction of VIF required studies and adaptations of the classic techniques of thin film deposition and microelectronic, was used the PVD / E-Beam. A study and the use of mathematical and simulation software, related to VIFs applicable to conventional IF appears. This software were applied and assessed in relation to the design of VIF. We evaluate the technique that produces the slope in the thickness of VIFs in a monolayer of 600 nm with a LMEs Surface Profiler. The VIFs characterized optically with spectrophotometers, can present an optically active area scanning 120,5 nm of the electromagnetic spectrum between channels 475,5 nm to 596 nm, belonging to 17,3 mm extension of VIF. FIV is an optical device designed with wedge-shaped thickness resulting in the linear transmittance for the spectral response with a 6,97 nm/mm in extension rate. It was proposed that VIFs characterized together with PD of a PDA, diffuser and lens form a detector module connected to a set of pre-processing and data collection (electronic module) thus forming the parameterized MSSR. The proposed MSSR was assessed using the VIF02 which operates a range of optically active (600 nm to 715 nm), a PDA model TSL1401 with PD 128 and Arduino UNO microcontroller to manage the detection. The results indicate that the instrument is equivalent to other reference spectrophotometer measurements, when measuring a monochromatic beam at 655,4 nm, but with narrower 0,13 nm resolution by channel. It was also pointed out the necessity of dedicated instrumentation for optical characterizations of other VIF MSSR detector assembly and the calibration.

Neste trabalho são apresentados os resultados do estudo e desenvolvimento dos parâmetros de projeto de um radiômetro solar multiespectral (RSME), baseado em Filtros de Interferência Variável (FIV) de banda-passante que incorpora uma camada ressoante de Fabry-Perot, inclinada em forma de cunha, sintonizável dentro da área opticamente ativa do FIV, aplicável ao sensoriamento ambiental e de aerossóis. Foi apresentada a teoria proposta para a simulação, projeto e deposição pelo método interativo (simulações associada às avaliações de deposições). O FIV foi parametrizado para o RSME, mas pode atender outras aplicações em sensores multicanais e multiespectrais. A construção dos FIV exigiu estudos e adaptações das técnicas clássicas de deposição de filmes finos e de microeletrônica, foi utilizada a PVD/E-Beam. É apresentado um estudo e o emprego de simulações matemáticas e softwares, aplicáveis a FI convencionais correlatas aos FIVs. Estes softwares foram aplicados e avaliados em relação ao projeto dos FIV. Avaliamos a técnica empregada que produz a inclinação na espessura dos FIVs em uma monocamada de 600 nm com um Perfilômetro do LME. Os FIVs caracterizados opticamente com espectrofotômetros, apresentam uma área opticamente ativa de varredura de 120,5 nm no espectro eletromagnético, entre os canais 475,5 nm a 596 nm, pertencentes a 17,3 mm de extensão do FIV. O FIV é um dispositivo óptico projetado com espessura em cunha provocando a resposta espectral linear para a transmitância, com uma taxa de 6,97 nm/mm na sua extensão. Foi proposto que os FIVs caracterizados em conjunto com PD de um PDA, difusor e lente, formem um conjunto detector conectado a um módulo de pré-processamento e coleta de dados (módulo eletrônico) formando assim o RSME parametrizado. O RSME proposto foi avaliado utilizando o FIV02 que opera numa faixa opticamente ativa entre (600 nm a 715 nm), um PDA modelo TSL1401 com 128 PD e um microcontrolador Arduino UNO para o gerenciamento da detecção. Os resultados apontam que o instrumento faz medições equivalentes a outro espectrofotômetro de referência quando medindo um feixe monocromático em 655,4 nm, mas com resolução mais estreita de 0,13 nm por canal. Foi apontada também a necessidade de instrumentação dedicada para outras caracterizações ópticas dos FIV, do conjunto detector do RSME e para a sua calibração. / This paper presents the results of the study and development of the design parameters of a Multi-Spectral Solar Radiometer (MSSR), based on Variable Interference Filter (VIF) pass-bad which incorporates a resonant layer Fabry-Perot inclined in form wedge, tunable within the optically active area of VIF, applicable to enviro nmental sensing and aerosols. The theory proposed was presented for the simulation, design and deposition by interactive method (associated with reviews of depositions simulations). The VIF was parameterized for the MSSR, but can serve other applications in multi-channel and multispectral sensors. The construction of VIF required studies and adaptations of the classic techniques of thin film deposition and microelectronic, was used the PVD / E-Beam. A study and the use of mathematical and simulation software, related to VIFs applicable to conventional IF appears. This software were applied and assessed in relation to the design of VIF. We evaluate the technique that produces the slope in the thickness of VIFs in a monolayer of 600 nm with a LMEs Surface Profiler. The VIFs characterized optically with spectrophotometers, can present an optically active area scanning 120,5 nm of the electromagnetic spectrum between channels 475,5 nm to 596 nm, belonging to 17,3 mm extension of VIF. FIV is an optical device designed with wedge-shaped thickness resulting in the linear transmittance for the spectral response with a 6,97 nm/mm in extension rate. It was proposed that VIFs characterized together with PD of a PDA, diffuser and lens form a detector module connected to a set of pre-processing and data collection (electronic module) thus forming the parameterized MSSR. The proposed MSSR was assessed using the VIF02 which operates a range of optically active (600 nm to 715 nm), a PDA model TSL1401 with PD 128 and Arduino UNO microcontroller to manage the detection. The results indicate that the instrument is equivalent to other reference spectrophotometer measurements, when measuring a monochromatic beam at 655,4 nm, but with narrower 0,13 nm resolution by channel. It was also pointed out the necessity of dedicated instrumentation for optical characterizations of other VIF MSSR detector assembly and the calibration.