Submitted by Gizele Lima (gizele.lima@inpa.gov.br) on 2016-08-31T14:27:38Z No. of bitstreams: 2 Rafael Stern Dissertacao.pdf: 3668325 bytes, checksum: 2f5268882552ef8e813dc5f9c6f08c6b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-31T14:27:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Rafael Stern Dissertacao.pdf: 3668325 bytes, checksum: 2f5268882552ef8e813dc5f9c6f08c6b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2015-08-03 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - FAPESP / During the dry season, the central Amazon forest is highly influenced by forest fires transported through large distances, changing drastically the atmospheric composition even in remote places. This work focuses on a physical-chemical characterization of the aerosol population over a pristine site in Central Amazonia during the dry season of 2013. The submicrometer organic aerosols were measured with the Aerodyne ACSM (Aerosol Chemical Speciation Monitor, Aerodyne Inc). Optical properties, size distribution and other micro-physical characteristics were also analyzed. Other instruments were simultaneously used. The measurements were taken during the dry season of 2013 in the Cuieiras ecological reserve (ZF2), northwest of Manaus. The statistical analysis of the data was done with the PMF (Positive Matrix Factorization) technique, in which the organic aerosol was separated into different factors, and then its sources and forming processes were attributed. Results show that the mean aerosol loading was 5.91 μg m-3, from which 78% are of organic composition, 8.5% are sulfate, 6.5% are equivalent black carbon, 4% are ammonium and 3% are nitrate. The mass spectra variability can be explained by 3 factors, determined with the PMF technique. They were identified as BBOA (Biomass Burning Organic Aerosol), representing 12% of the total organic mass, OOA (Oxygenated Organic Aerosol), representing 66% of the total organic mass and IEPOX-SOA (Isoprene derived Epoxydiol–Secondary Organic Aerosol), representing 21% of the total organic mass. Even in remote and pristine regions, Central Amazonia is highly impacted by biomass burning. Biogenic secondary organic aerosols are also present during the dry season, and the suppression of its wet deposition processes increases their concentration. The oxidation level and other physical-chemical characteristics indicate that the long range transport is responsible for the regional range of this impact. / Durante a estação seca, a Amazônia Central é altamente influenciada por emissões de queimadas transportadas por longas distâncias, alterando a composição atmosférica mesmo em locais remotos. Este trabalho tem o foco na caracterização físico-química dos aerossóis atmosféricos durante a estação seca de 2013 numa região altamente preservada na Amazônia Central. O estudo da composição orgânica e inorgânica de aerossóis submicrométricos foi realizado com o instrumento ACSM (Aerosol Chemical Speciation Monitor) fabricado pela Aerodyne Inc. Propriedades físicas tais como distribuição de tamanho, absorção e espalhamento foram também medidas simultaneamente. As medidas foram realizadas durante a estação seca de 2013 na reserva ecológica Cuieiras (ZF2) ao noroeste de Manaus. A análise estatística foi realizada com o uso da técnica de PMF (Positive Matrix Factorization), onde foi realizada a separação do aerossol orgânico em seus diferentes fatores, visando a identificação de fontes e processos de formação. Resultados mostram que a carga média de aerossóis submicrométricos foi de 5,91 μg m-3, dos quais 78% são de composição orgânica, 8,5% são sulfato, 6,5% são black carbon equivalente, 4% são amônio e 3% são nitrato. A variabilidade do espectro de massa de aerossóis pode ser explicada por 3 fatores determinados com o uso do PMF. Estes fatores foram identificados como BBOA (Biomass Burning Organic Aerosol,), representando 12% da massa total de orgânicos, OOA (Oxygenated Organic Aerosol,), representando 66% da massa total de orgânicos e IEPOX-SOA (Isoprene derived Epoxydiol–Secondary Organic Aerosol,), representando 21% da massa total de orgânicos. A Amazônia Central, mesmo em áreas remotas e preservadas, é altamente impactada pelas emissões de queimadas. Os aerossóis orgânicos secundários de origem biogênica estão também presentes durante a estação seca, e seus processos de remoção úmida são suprimidos pela diminuição das chuvas, causando um aumento de concentração. O grau de oxidação das partículas de aerossóis, além de outras características físico-químicas, indica que o transporte de longa distância é responsável pela escala regional deste impacto.

SILVA, Luciana Alcoforado Mendes da, também é conhecida em citações bibliográficas por: ALCOFORADO, Luciana / Submitted by Fernanda Rodrigues de Lima (fernanda.rlima@ufpe.br) on 2018-08-03T21:27:33Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Luciana Mendes da Silva.pdf: 5428991 bytes, checksum: 8bb33fc782aacc03727c2004d9ee166f (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-08-09T22:23:32Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Luciana Mendes da Silva.pdf: 5428991 bytes, checksum: 8bb33fc782aacc03727c2004d9ee166f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-09T22:23:32Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Luciana Mendes da Silva.pdf: 5428991 bytes, checksum: 8bb33fc782aacc03727c2004d9ee166f (MD5) Previous issue date: 2016-03-07 / CNPq / Introdução: Vários são os desafios relacionados à aerosolterapia desde a eficácia e efetividade de sua oferta, bem como, busca de novos métodos para análise das imagens adquiridas e a precisão dos locais de deposição da distribuição do aerossol. A deposição do radioaerossol avaliado por meio da cintilografia de inalação pulmonar utilizando sistemas de alto fluxo com cânula nasal (AFCN), em humanos, não é conhecido, assim como, a estimativa da distribuição da deposição do radioaerossol utilizando o conceito de Grayscale por meio da determinação da Voxel Influence Matrix (VIM), fornecendo estimativas mais precisas dos índices de deposição pulmonar. Objetivos: Artigo Original 1- Descrever um novo método para analisar as imagens cintilográficas de deposição do radioaerossol baseado em regiões de interesse (ROIs) anatomicamente derivadas que permite estimar a deposição do radioaerossol nas vias aéreas centrais delimitando-a das demais áreas do pulmão de forma objetiva e sistemática. Artigo Original 2 - Comparar o efeito do fluxo do gás , aquecimento e umidificação na deposição e distribuição do radioaerossol durante a utilização do sistema de HFNC em adultos saudáveis. Materiais e Métodos: Dois artigos foram desenvolvidos a partir da inalação do radioaerossol (99mTc-DTPA, atividade 1mCi e 25 mCi) com 1ml de solução salina a 0,9%. No primeiro, imagens cintilográficas de 15 pacientes com diagnóstico clínico de asma moderada a grave (12 mulheres e 3 homens) foram avaliadas por meio de um software desenvolvido para analisar as imagens cintilográficas e reconstruir os dados em pixels a partir da intensidade da Grayscale. Dois formatos diferentes de ROIs foram delimitadas – anatômico (aROI) e box (bROI) – e estimando valores da razão de contagens periférica e central (P/C) e o índice de penetração do radioaerossol (IPR). No segundo, 23 indivíduos adultos saudáveis de ambos os sexos entre 18 e 65 anos foram randomicamente alocados em três grupos de acordo com o fluxo de oxigênio 10L/min (n = 8), 30L/min (n = 7) e 50L / min (n = 8). Tecnécio-99m marcado com 1mCi foi adicionado a 1ml de soro fisiológico a 0,9% e foi administrado por um nebulizador de membrana (Aerogen Solo, Aerogen Ltd, Galway, Irlanda) acoplado ao umidificador e ofertado através da AFCN. Imagens dos pulmões, das vias aéreas superiores, do estômago e dos componentes do dispositivo foram obtidos com a cintilografia. Resultados: No primeiro estudo, verificou-se que a razão P/C foi influenciada pelo formato dos ROI’s superestimando valores, principalmente para a região central quando comparado aROI e bROI (1,75 ± 0,33 versus 1,19 ± 0,24, p<0,001). Quanto a valores de IPR, não observamos diferenças nas estimativas 2D ao comparar aROI com bROI ( 0,651± 0,125 versus 0,651± 0,131, p= 0,948). Quando comparados IPR 2D e 3D, observou-se que nos ROI’s anatômicos esses valores foram superestimados em 28 vezes e no Box, 36 vezes (p < 0,001). No segundo artigo verificou-se que a deposição nos pulmões foi de 3 a 5 vezes superior ao utilizar o fluxo de 10 L/min quando comparado a 30 e 50 L/min (11,81 ± 4.90 %, 3,76 ± 1.36 % e 2,23 ± 0.81 %, respectivamente; p <0,001). A deposição na cânula nasal foi superior em taxas de fluxos mais elevados (50 L/min- 13,77 ± 3,7%, p <0,001) em comparação com 30 L/min (9,76 ± 2,47 %) e 10 L/min (6,51 ± 2,46 %). No sistema não aquecido, a massa inspirada de aerossol foi semelhante a condição aquecida no fluxo de 10L/min, porém a altos fluxos (30L/min e 50L/min) observou-se uma maior deposição no sistema não aquecido (p = 0,011). Quanto a correlações, uma correlação negativa foi observada entre deposição pulmonar e filtro expiratório e positiva com a cânula. Conclusão: Considerando o primeiro artigo, nossos resultados apontam que a expansão do conceito bidimensional dos ROI’s para o domínio Grayscale através da definição do modelo VIM permitiu uma melhor predição de valores relacionados ao padrão de distribuição da deposição do radioaerossol na árvore traqueobrônquica. No segundo artigo, nossos resultados também sugerem que a administração do aerossol através AFCN é capaz de promover uma efetiva deposição do aerossol a partir de ajustes no fluxo e na umidificação do sistema. / Background: There are several challenges related to aerosol therapy since the efficacy and efectiveness of aerosol delivery, as well as the acquired image analysis and accuracy of the aerosol distribution. Radioaerosol deposition assessed by scintigraphy using High Flow Nasal Cannula (HFNC) in humans have not been known, as the estimated distribution of radio-aerosol using the concept of Voxel Influence Matrix (VIM) providing more precise estimates of the pulmonary deposition indexes. Aims: Original Article 1 – To describe a new method to analysis the scintigraphics images from the radio-aerosol deposition based on anatomically derived regions of interest (ROIs) to allow estimate radio-aerosol deposition on the central airways delimiting it from the other pulmonary areas objectively and systematically. Original Article 2 – To compare the effect of gas flow, heating and humidification on the deposition and distribution of radio-aerosol during the use of HFNC in healthy subjects. Methods: Two articles were developed involving radio-aerosol inhalation (99m Tc-DTPA, activity of 1mCi and 25 mCi). Firstly, scintigraphy images of 15 patients with clinical diagnosis of moderate to severe asthma (12 females and 3 males) were evaluated using a soft ware developed to analyze the scintigraphy images and to reconstruct data in pixels from the intensity of Grayscale. We delimited two different formats of ROIs – anatomical (aROI) and box (bROI) – and estimating values from the ratio of the peripheral and central counts (P/C) and radio-aerosol penetration index (RPI). Secondly, 23 healthy adults from both sexes between 18 to 65 years were randomly allocated into three groups according to the oxygen flow of 10L/min (n=8), 30 L/min (n =7) and 50 L/min (n=8). Technetium-99m labelled with 1 mCi was mixed to 1 mL of 0.9% saline solution and administered through a vibrating mesh nebulizer (Aerogen Solo) coupled to the humidifier and delivered through HFNC. Images of the lungs, upper airways, stomach and devices components were obtained by scintigraphy. Results: In the first study, we verified that P/C ratio was influenced by the ROIs format overestimating values, mainly for central region when comparing aROI and bROI (1.75 ± 0.33 versus 1.19 ± 0.24, p<0.001). Regarding the RPI, we did not observed differences to estimate 2D compared to aROI and bROI (0.651± 0.125 versus 0.651± 0.131, p= 0.948). When comparing RPI 2D and 3D, we observed that anatomical ROIs these values were overestimated 28 fold and 36 fold to the box model. In the second article, pulmonary deposition was 3 to 5 fold higher using flow of 10L/min when compared to 30 and 50 L/min (11.81 ± 4.90, 3.76 ± 1.36 e 2.23 ± 0.81, respectively; p <0,001). Deposition on HFNC was superior using high flows (50L/min- 13.77 ± 3.7 %, p <0.001) in comparison to 30 L/min (9.76 ± 2.47 %) and 10L/min (6.51 ± 2.46 %). Inspired mass of radio-aerosol in the heated system was similar using 10L/min, but when considering the high flows (30L/min e 50L/min), we observed a higher deposition through the unheated system (p = 0.011). For the correlations, we found a negative correlation between lung deposition and expiratory filter, but a positive correlation between lung deposition and HFNC. Conclusion: Considering the first article, our results indicate that the expansion of two-dimensional concept of ROIs for Grayscale domain through the definition of the VIM Model allowed a better prediction values regarding to the radio-aerosol distribution pattern on the tracheobronquial tree. On the other hand, the second study suggested that administration of the radio-aerosol through HFCN is able to deliver clinically relevant dose into the lungs according to the adjustments in the flow and humidification system.

Submitted by Gizele Lima (gizele.lima@inpa.gov.br) on 2017-02-15T20:55:07Z No. of bitstreams: 2 Cirino, G. G. - Tese Doutorado.pdf: 11238553 bytes, checksum: f8491c9a19a89be5cb23dc7a65a80003 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-15T20:55:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Cirino, G. G. - Tese Doutorado.pdf: 11238553 bytes, checksum: f8491c9a19a89be5cb23dc7a65a80003 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2015-12-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Atmospheric aerosols play an important role in human-induced climate change because of their effects on solar insolation and cloud processes. The direct and indirect effects of aerosols on Amazonian climate have been studied in recent years. The Amazonian forest is linked to the mechanisms that control atmospheric concentration of critical trace gases and particles, changing the physical chemical and biological properties of this environment. The natural biogenic sources emitted by vegetation are linked to the mechanisms of cloud microphysics and precipitation production, to the atmospheric radiation balance and to nutrient cycling, which in turn may affect important processes in the ecosystem. However, the sharp population growth of large urban centers in the Central Amazon has interfered with these mechanisms in a still unknown way. The understanding of these natural processes that regulate the atmospheric composition in Amazonia is an essential step for the establishment of a sustainable development strategy in the region. Here, we show for the first time the impact of urban emissions of the Manaus on the chemical and physical composition of natural aerosols in the Central Amazon. Using emission ratios of inert chemical species and a simulated set of air masses back-trajectories over the experimental sites, the chemical signature of the pollution plume was determined and thus the effects generated on the physico-chemical properties of aerosols, downwind of the city. An increase corresponding to 8 to 10 and 2 to 4 multiplicative factors in the total particle concentration (CN), black carbon (BC) and ozone (O3) when compared to natural forest conditions. On the average it was observed that the Manaus urban plume emission affects areas downwind with particle number usually above 3000-4000 cm-3 and BC concentrations often above 1000 ngm-3. The SO2 concentrations are in the range of 0.20-0.30 ppbv during the wet season, but can reach up to 0.60 ppbv in the dry season, contributing greatly to the fine fraction and greater increase scattering. A significant increase of around 40% in the concentration of organic aerosols (OA) attributed to the formation of secondary organic aerosol during transportation 4-6h between experimental sites was found. Also, a clear evolution in the distribution of particle size of ~ 50-100nm (Aitken to accumulation mode), and up to 30% reduction in the total concentration of aerosols (CN) was found, attributed here, especially to the formation of secondary organic aerosols (SOA), condensation of inorganic materials and of organic oxidation products. In addition to the changes in the chemical composition of natural aerosol of the pristine forest, various optical properties have also been changing with potential effects on the ecosystem. Absorption and scattering coefficients increased by multiplicative factors 3.0 and 1.8 in respect to the pristine forest conditions, respectively. The SSA, that is a key parameter in determining the climatic effects of aerosols, is strongly altered and reduced by about 10-15% under the direct influence of the city's emissions. The observed changes in the characteristics of the population of aerosols downwind the city (size distribution, quantity and chemical composition) may be changing significantly important properties of clouds, such as albedo and precipitation, thus contributing to impacts on the hydrological cycle and changes in radiative transfer rates, with consequences (indirect) still unknown for photosynthesis rates. / Aerossóis atmosféricos desempeham um papel importante na mudança climática induzida pelo homem, alterando os processos de transferência radiativa e de formação de nuvens. Os efeitos diretos e indiretos dos aerossóis atmosféricos no clima da Amazonia têm sido estudados intensivamente nos últimos anos. A floresta Amazônica interage intrinsecamente com a atmosfera absorvendo e emitindo gases e partículas e, assim, controlando as características físico-químicas e biológicas naturais do ecossistema. As emissões de partículas biogênicas são fundamentais para os mecanismos de produção de nuvens, balanço de radiação solar e ciclagem de nutrientes. No entanto, o crescimento acentuado de grandes núcleos urbanos na Amazônia Central tem interferido nestes mecanismos de forma ainda desconhecida. Entender os processos naturais e antrópicos que regulam a composição natural da atmosfera é fundamental para que se possam desenvolver estratégias de desenvolvimento sustentável na região. Aqui, mostram-se pela primeira vez os impactos das emissões urbanas da cidade de Manaus na composição química e física dos aerossóis naturais de floresta da Amazônia Central. Utilizando razões entre espécies químicas inertes e um conjunto de retro trajetórias de massas de ar simuladas entre os sítios experimentais, foi possível determinar a assinatura química da pluma de poluição e, com isso, os efeitos gerados sobre as propriedades físico-químicas dos aerossóis, vento abaixo da cidade. Foi observado um aumento, respectivo, de 8-10 e de 2-4 fatores multiplicativos na concentração total das partículas (CN), black carbon (BC) e Ozônio (O3), em relação às condições naturais da floresta. As emissões de Manaus afetam áreas, vento abaixo, com número de partículas normalmente acima de 3000-4000 cm-3 e concentrações de BC frequentemente acima de 1000 ng/m³ (em média). As concentrações de SO 2 são da ordem de 0,20-0,30 ppbv durante a estação chuvosa, mas podem chegar até 0,60 ppbv na estação seca, contribuindo fortemente para a fração fina de partículas mais espalhadoras. Um aumento importante de 40% na concentração de aerossóis orgânicos (OA) foi observado e atribuído à formação de aerossóis orgânicos secundários durante o transporte de 4-6h entre os sítios experimentais. Encontrou-se clara evolução na distribuição de tamanho das partículas entre ~ 50-100nm (moda de Aitken para acumulação), e redução de até 30% na concentração total dos aerossóis (CN), atribuídos aqui, principalmente à formação de aerossóis orgânicos secundários (SOA), condensação de materiais inorgânicos e produtos de oxidação de compostos orgânicos. Além das alterações na composição química do aerossol natural da floresta, várias propriedades óticas foram também alteradas, com potenciais efeitos para o ecossistema. Os coeficientes de absorção e espalhamento aumentaram por fatores multiplicativos de 3 e 1,8 em relação às condições limpas de floresta, respectivamente. O SSA, um dos principais parâmetros na determinação dos efeitos climáticos dos aerossóis, é alterado fortemente e diminui cerca de 10-15% sob a direta influência das emissões da cidade. As alterações observadas nas características da população de aerossóis, vento abaixo da cidade (distribuição de tamanho, quantidade e composição química), podem está alterando significativamente importantes propriedades das nuvens, como albedo e precipitação, contribuindo dessa forma para impactos no ciclo hidrológico e alterações nas taxas de transferência radiativa, com consequências (indiretas) ainda desconhecidas para as taxas de fotossíntese.

Submitted by Inácio de Oliveira Lima Neto (inacio.neto@inpa.gov.br) on 2018-10-05T14:45:48Z No. of bitstreams: 2 Everlin_Pereira_Fernandes_13_07_2018.pdf: 4089864 bytes, checksum: e2b875713c5188ab7149fade704ad635 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-05T14:45:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Everlin_Pereira_Fernandes_13_07_2018.pdf: 4089864 bytes, checksum: e2b875713c5188ab7149fade704ad635 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-07-13 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas - FAPEAM / The chemistry and physical properties of the fine particulate matter (PM1) were investigated in Central Amazonia, in areas with different impacts. Measurements were performed at two GoAmazon experimental sites, the site T0a (ATTO tower) is located in a remote area without significant anthropogenic impacts, and the site T2 (Tiwa Hotel), which was designed to represent anthropogenic emissions of the city Manaus and surrounding areas, on the opposite side of the Rio Negro. Measurements were performed with the ACSM (Aerosol Chemical Speciation Monitor) from Aerodyne Research Inc., which analyzes the non-refractory aerosol fraction with aerodynamic size less than 1 μm (PM1). Optical properties were analyzed with nephelometers (visible light scattering) and absorption photometers (MAAP) that measures the absorption radiation and black carbon concentration. Particle size distribution in the range of 10 to 600 nm was analyzed with the Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS). In the wet season, mean composition of the PM1 showed values of 1.20 and 4.92 μg.m-3 for sites T0a and T2, respectively, indicating the strong impact of the urban emissions of Manaus. Scattering and absorption properties for T0a site presented values of 3.02 and 0.11 Mm-1, respectively. Therefore, it presented high mass scattering efficiencies due to the aerosol particles with high radiation dispersion capacity. However, some events transported over long distances reached T0a and caused changes in the mass absorption efficiency, due to the presence of absorber aerosols. Absorption coefficient at the T2 had a mean value of 5.15 Mm-1 and high mass absorption efficiencies, thus demonstrating that the anthropogenic emissions have a significant influence on the absorption properties of the aerosols. The particles belonging to the Aitken and accumulation modes dominated in the T0a, whereas in the T2 the predominant component was the Aitken mode. For T0a, high values of isoprene oxidation particles were observed, as well as oxidized organic particles, but with low values of hydrogenated particles. However, T2 site, observed high values of oxidized particles and particles from vehicle emissions. In the dry season, PM1 concentrations increased significantly in both sites relative to the wet season, presenting values of 7.1 ± 4.3 μg.m-3 for T0a and 13.9 ± 9.6 μg.m-3 for T2. Scattering and absorption properties also increased, showing the scattering and absorption coefficients for T0a with values of 21.1 and 3.9 Mm-1, while T2 presented the value of 9.3 Mm-1 for absorption coefficient. In respect to the particles size, both sites showed particles predominantly in mode of accumulation, which demonstrate that come from the most oxidized aerosols. In addition, sites T0a and T2 presented predominantly the oxidized organic particles and from biomass burning emissions particles. Therefore, it was possible to observe a complex interaction between the natural biogenic emissions and urban emissions of the city Manaus, demonstrating that anthropogenic emissions altered important chemical and physical properties of aerosols, both in the city Manaus in the analyzed seasons and remote areas during the dry season. / As propriedades químicas e físicas do material particulado fino (PM1) foram investigadas na Amazônia Central, em áreas com impactos distintos. Medidas foram realizadas em dois sítios experimentais do GoAmazon, o sítio T0a (torre ATTO) fica localizado em uma área remota, sem impactos antropogênicos significativos, e sítio T2 (Tiwa Hotel), desenhado para analisar as emissões de antropogênicas da cidade de Manaus e áreas circundantes, no lado oposto do Rio Negro em relação à área urbana. As medidas foram realizadas com o ACSM (Aerosol Chemical Speciation Monitor) da Aerodyne Inc., que analisa a fração não refratária do aerossol com tamanho aerodinâmico menor que 1 μm (PM1). Propriedades óticas foram analisadas com nefelômetros (espalhamento de radiação visível) e fotômetros de absorção (MAAP) que mede a absorção de radiação e a concentração de black carbon. A distribuição de tamanho dos aerossóis na faixa de 10 a 600 nm foi analisada com o SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer). Na estação chuvosa, a concentração média do PM1 apresentou valores de 1,20 e 4,92 μg.m-3 para os sítios T0a e T2, respectivamente, mostrando o forte impacto das emissões urbanas de Manaus no T2. As propriedades de espalhamento e absorção no T0a apresentaram os valores de 3,02 Mm-1 e 0,11 Mm-1, respectivamente. Logo, este apresentou altas eficiências de espalhamento por massa em razão das partículas de aerossóis com alta capacidade de dispersão de radiação. Entretanto, foram identificados dois episódios no T0a relacionados aos transportes de longas distâncias que causaram alterações na eficiência de absorção por massa, apresentando aerossóis absorvedores. O coeficiente de absorção no sítio T2 apresentou um valor médio de 5,15 Mm-1 e altas eficiências de absorção por massa, demonstrando, dessa forma, que as emissões antropogênicas influenciam significativamente nas propriedades ópticas dos aerossóis. As partículas pertencentes à moda de Aitken e de acumulação dominaram no T0a, enquanto no T2 o predominante foi na moda de Aitken. Para o sítio T0a, foram observados altos valores de partículas provenientes da oxidação de isopreno, assim como de partículas orgânicas oxidadas, porém com poucas quantidades de partículas hidrogenadas. Enquanto no T2 foram observados valores altos de partículas envelhecidas e partículas provenientes das emissões veiculares. Para a estação seca, as concentrações do PM1 aumentaram significativamente em ambos os sítios em relação à estação chuvosa, apresentando valores de 7,1 ± 4,3 μg.m-3 para T0a e 13,9 ± 9,6 μg.m-3 para T2. Os coeficientes de espalhamento e absorção também aumentaram para ambos os sítios, o qual o T0a apresentou valores de 21,1 e 3,9 Mm-1, enquanto o T2 apresentou o valor de 9,3 Mm-1 para o coeficiente de absorção. Em relação ao tamanho das partículas, ambos os sítios apresentaram partículas predominantemente na moda de acumulação, os quais demonstram que são provenientes das partículas mais oxidadas. Além disso, os sítios T0a e T2 apresentaram predominância nas partículas orgânicas oxidadas e partículas provenientes das emissões de queima de biomassa. Portanto, foi possível observar uma complexa interação entre as emissões biogênicas naturais e as emissões urbanas da cidade de Manaus, demonstrando que as emissões antropogênicas alteraram as propriedades químicas e físicas importantes dos aerossóis, tanto na cidade de Manaus nas estações analisadas, quanto em áreas remotas durante a estação seca.

Estágio realizado na Altachem e orientado pelo Eng.º Jordi Demey / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Os aerossóis e nuvens desenvolvem um papel muito importante nos processos climáticos terrestres por meio das suas contribuições diretas e indiretas no balanço radiativo da atmosfera. A dificuldade na previsão dos processos de mudanças climáticas estão associadas às incertezas na distribuição e propriedades dos aerossóis e nuvens, assim como em suas interações em escala global. Tendo como principal objetivo desenvolver estudos que ajudem na diminuição dessas incertezas, a NASA, em parceria com a agência espacial francesa CNES, desenvolveu a missão do Satélite CALIPSO, que possui a bordo um sistema Lidar denominado CALIOP capaz de estudar o perfil e a distribuição vertical dos aerossóis e nuvens e os processos de interação entre eles. Uma vez que as propriedade ópticas medidas pelo CALIOP são recuperadas utilizando um complexo conjunto de algoritmos, torna-se necessário o desenvolvimento de estudos e metodologias de validação para inferir qual a acurácia das medidas desse sistema. Nesse contexto, foi desenvolvida uma metodologia de avaliação e validação dos valores de Razão Lidar utilizados a priori pelos algoritmos do CALIOP utilizando dois instrumentos de sensoriamento remoto instalados em solo, um sistema Lidar de retroespalhamento elástico instalado no IPEN - São Paulo e o fotômetro solar da rede AERONET instalado em cinco diferentes localidades, Rio Branco - Acre (RB), Alta Floresta - Mato Grosso (AF), Cuiabá - Mato Grosso (CB), Campo Grande - Mato Grosso do Sul (CG) e São Paulo - São Paulo (SP). Foram determinados os dias de medidas correlativas entre os sistemas em solo e o CALIOP e analisados os dados para os dias de medidas com condições livre de nuvens e com trajetórias de massas de ar se deslocando das regiões de medidas do satélite para as regiões de medidas pelos instrumentos fixos. Foram calculados novos valores de Razão Lidar obtidos pelo Modelo Aeronet/Caliop (Modelo A/C) proposto. Esses valores mostraram-se coerentes com aqueles utilizados inicialmente pelo algoritmo do sistema CALIOP. Realizando uma comparação quantitativa, obteve-se uma diferença percentual de 2,17 ± 30,12%, esse valor mostra-se compatível com outros valores obtidos na literatura de validação desse sistema Lidar a bordo do Satélite CALIPSO. Essa subestimação nos valores de Razão Lidar utilizados pelo CALIOP pode estar ocorrendo devido um problema no processo de calibração dos dados do sistema CALIOP, uma vez que o território brasileiro se encontra na região da Anomalia do Atlântico Sul (SAA). A diferença percentual dos valores de Razão Lidar utilizados pelo CALIOP com aqueles obtido por meio de medidas com o sistema Lidar do IPEN forneceram valores de 2,34 ± 17,53%, demonstrando que o modelo de validação proposto é aceitável e acurácia nos valores de Razão Lidar utilizados a priori pelo CALIOP está dentro das margens de incerteza de 30%. / Aerosol and clouds play an important role in the Earths climate process through their direct and indirect contributions to the radiation budget. The largest difficulty in predicting the climate change processes is associated with uncertainties in the distribution and properties of aerosols and clouds, as well as their interactions on a global scale. The CALIPSO mission was developed as part of the NASA program, in collaboration with the French space agency CNES, with the main goal to develop studies that will help to quantify the uncertainties about aerosols and clouds. The CALIPSO satellite carried a Lidar system on board, named CALIOP, as a primary instrument, able to provide the aerosol and cloud vertical profiles and distribution, as well as their interactions. Once the optical properties measured by CALIOP are retrieved, using a complex set of algorithms, it is necessary to study and develop methodologies in order to assess the accuracy of the CALIOP products. In this context, a validation methodology was developed in order to verify the assumed values of the Lidar Ratio selected by the CALIOP algorithms, using two ground-based remote sensing instruments, an elastic backscatter Lidar system (MSP) installed at IPEN in São Paulo and the AERONET sunphotometers operating at five different locations in Brazil, Rio Branco - Acre (RB), Alta Floresta - Mato Grosso (AF), Cuiabá - Mato Grosso (CB), Campo Grande - Mato Grosso do Sul (CG) e São Paulo - São Paulo (SP). Those days when the CALIOP system and ground-based instruments spatially coincided, were selected and analyzed under cloud-free conditions, as well as days when the trajectories of air masses indicated the transport of air parcels from the CALIOP track towards the ground-based sensors. The Lidar Ratio values from the Aeronet/Caliop proposed model was determined and showed good consistency with those initially assumed by the CALIOP Algorithm. Based on the quantitative comparison, a mean difference of 2,17 ± 30,12%. This value shows to be in good agreement with other papers in the CALIPSO validation literature, demonstrating the accuracy of the proposed model. The apparent underestimation in the CALIOP Lidar Ratio values indicates a possible problem with the calibration process, since the Brazilian territory is in the so-called South Atlantic Anomaly (SSA) Region. The Lidar Ratio retrieved by the MSP-Lidar system at IPEN provided a mean difference of 2,34 ± 17,53%, confirming that the accuracy in the Lidar Ratio assumed a priori by the CALIOP algorithms is within the uncertainty range of 30%.

Os efeitos da interação entre aerossóis e nuvens foram estudados neste trabalho através da análise das propriedades ópticas de nuvens em função da profundidade óptica do aerossol (AOD). A região de trabalho foi a Amazônia, particularmente durante a estação seca e na transição entre a estação seca e a chuvosa, quando as queimadas lançam grande quantidade de partículas na atmosfera. Foram utilizados produtos derivados do MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), sendo dois artigos utilizados como referência (Yu et al., 2007 e Koren et al., 2008). Observou-se comportamento de correlação entre fração de cobertura de nuvens e AOD conforme previsto em Koren et al. (2008) para outros anos estudados (2002 a 2008), nas estações seca e de transição entre seca e úmida, e em seis áreas menores de estudo de diferentes regiões da Amazônia, utilizando resultados das passagens da manhã (satélite Terra) e da tarde (satélite Aqua). Essas análises também foram realizadas restringindo-se os dados a situações atmosféricas semelhantes, conforme conteúdo de vapor dágua e instabilidade atmosférica, sendo observado o efeito microfísico através de médias, mas o radiativo não foi observado. / The effects of the interaction between aerosols and clouds are studied in this work by analyzing the optical properties of clouds as a function of the aerosol optical depth (AOD). The studied area is the Amazon region, particularly during the dry season and the transition between the dry to wet season, when fires release large amounts of particles in the atmosphere. MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) products are used and two papers are used as reference (Yu et al., 2007 and Koren et al., 2008). As observed by Koren et al. (2008), correlation between cloud cover fraction and AOD was observed in this study, for a larger database, including years 2002 to 2008, both during the dry seasons and the transition between dry to wet. Six smaller areas in the Amazon were also investigated, using results from morning (Terra satellite) and afternoon (Aqua satellite) overpasses. These tests were also conducted by restricting the data according to atmospheric conditions such as water vapor content intervals and atmospheric instability. In this case, only the microphysical effect was observed, but not the radiative.

A região amazônica constitui um complexo ecossistema, integrando a floresta, o sistema hídrico e a atmosfera. A região tem passado por profundas mudanças no uso do solo, com a troca de floresta por pastagens e culturas agrícolas, alterando o funcionamento natural do ecossistema. Tais alterações vêm sendo estudadas pelo Experimento de Grande Escala da Biofera-Atmosfera na Amazônia (LBA). Fazendo uso do modelo MAPS (Model for Aerosol Process Studies), do tipo caixa de dimensão zero, foram simulados os processos dinâmicos de produção de aerossóis orgânicos a partir de precursores gasosos (VOCs - Volatile Organic Compounds), e da formação de núcleos de condensação de nuvens (CCN - Cloud Condensation Nuclei) na Amazônia. Os resultados deste trabalho mostram que o processo de conversão gás-partícula altera as propriedades físico-químicas da população de aerossóis e CCNs. A oxidação dos monoterpenos, compostos orgânicos voláteis emitidos pela vegetação, leva à produção de aerossóis secundários na moda fina. A conversão de floresta para pastagem reduz as emissões de monoterpenos, com uma conseqüente diminuição na produção de novas partículas orgânicas. Em 24 horas de simulação, o modelo MAPS calcula uma concentração de 2.0 ug/m POT.3 de aerossóis orgânicos secundários para o ambiente de floresta, em comparação com o valor de 0.69 ug/m POT.3 previsto para o ambiente de pastagem. A produção de aerossóis orgânicos secundários, devido à conversão gás-partícula, traz conseqüências para os processos de produção de CCN e formação de nuvens. A partir de uma população natural de aerossóis constituída majoritariamente por compostos orgânicos, o modelo prevê a ativação de 90% das partículas à supersaturação de 0.5%, evidenciando o papel dos aerossóis biogênicos orgânicos no processo de formação de nuvens na Amazônia. O material particulado das estações seca e chuvosa da Amazônia apresenta características muito diversas, ) no que diz respeito à distribuição de tamanho e de espécies químicas. A partir das propriedades físico-químicas dos aerossóis de queimadas, o modelo calculou uma concentração de 250 partículas de CCN por cm POT.3 a uma supersaturação de 0.15%, em oposição às 100 partículas de CCN por cm POT.3 produzidas a partir de aerossóis naturais, sob condições idênticas de umidade. A maior quantidade de CCNs na estação seca interfere nos processos físicos de produção de nuvens, podendo provocar uma diminuição da taxa de crescimento de gotas, um aumento no tempo de residência das nuvens, e a conseqüente redução da taxa de precipitação na Amazônia. / The Amazon Forest is a very complex ecosystem, which integrates its vegetation, its hydrological system, and the atmosphere. The Amazonian vegetation, with its natural metabolism, emits a large amount of biogenic particles and trace gases to the atmosphere. The region is passing through deep changes with respect to land use and land cover. The conversion of forest to pasture or agricultural land alters the ecosystem natural behavior. Using a zero dimensional box model named MAPS (Model for Aerosol Processes Studies),the dynamical processes of gas-to-particle conversion and cloud condensation nuclei (CCN) formation have been simulated for Amazonia. The parameters that constraint the model were based on data collected during the Large Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazon (LBA). This work shows that gas-to-particle conversion processes affects the physical and chemical properties of natural aerosol population. Oxidation of monoterpenes, volatile organic compounds emitted by vegetation, causes a fine mode secondary organic aerosol production. The conversion of forest to pasture land reduces monoterpene emissions, diminishing the production of new organic particles as consequence. In 24 hours of simulation, the model predicts a secondary organic aerosol concentration of 2.0 g/m³ for forest, and 0.69 g/m³ for pasture environment. The production of secondary organic aerosol, due to gas-to-particle conversion, influences CCN population and cloud processes formation. From a natural aerosol population composed mainly by organic compounds, the model predicts that 90% of the particles activates at 0.5% of ambient supersaturation, showing the important role of organic aerosol on CCN formation in Amazon. Dry and wet season particulate matter in Amazonia shows very distinct characteristics of size and chemical species distribution. From a typical burning season aerosol, the model predicted a concentration of 250 CCN/cm³ at a supersaturation of 0.15%. With similar humidity conditions, a concentration of 100 CCN/cm³ was calculated from natural wet season aerosol. The increased number of CCN during the dry season affects cloud formation, and can reduce the growth rate of droplets, enlarge cloud lifetime, and consequently diminish cloud precipitation rates.

A cidade de Cubatão está localizada na região da baixada santista, no estado de São Paulo. Ela conta com um dos maiores complexos industriais do Brasil, tendo este iniciado as suas atividades na década de cinquenta. Cubatão, tornou-se uma grande potência econômica seguindo as tendências de seu desenvolvimento industrial. Contudo o progresso fabril aliado a ausência de políticas públicas e regulatórias, no que se refere à emissão de poluentes atmosféricos, trouxe graves consequências ambientais. A ausência de leis ocasionou um grande problema ambiental em Cubatão na década de oitenta, época na qual a região atingiu níveis altíssimos de poluição atmosférica, ganhou grande repercussão internacional e deu origem ao termo Vale da morte. Após este acontecimento, foram desenvolvidas as leis regulamentadoras de emissões atmosféricas, tanto no âmbito estadual quanto no federal. Hoje apesar de Cubatão possuir níveis mais baixos de poluição e emissões industriais controladas, é possível notar ultrapassagens dos padrões de qualidade do ar. Baseado no contexto apresentado sobre o município, o presente trabalho tem como objetivo realizar um estudo da dispersão dos poluentes na região de Cubatão-SP utilizando técnicas diversas, como: sensoriamento remoto - técnica Light Detection and Ranging (LIDAR) e dados de satélite - e informações de qualidade do ar disponibilizados pela CETESB. / The city of Cubatão is located in the region of the state of São Paulo. It has one of the largest industrial complexes in Brazil, having started its activities in the fifties. Cubatão, became a major economic power following the trends of its industrial development. However the factory progress, combined with the absence of public and regulatory policies, regarding the emission of atmospheric pollutants, brought serious environmental consequences. The absence of laws caused a major environmental problem in Cubatão in the eighties. The region reached very high levels of air pollution, gaining great international repercussion and giving rise to the term Death Valley. Following this event, regulatory laws about atmospheric emissions were developed, both at the state and federal levels. Today, although Cubatão has lower levels of pollution and controlled industrial emissions, it is possible to observe overcoming air quality standards. Based on the context presented on the municipality, the present work aims to conduct a study of the dispersion of pollutants in the region of Cubatão-SP using several techniques, such as: remote sensing - Light Detection and Ranging (LIDAR) and satellite data - and air quality information provided by CETESB.

Os aerossóis e nuvens desenvolvem um papel muito importante nos processos climáticos terrestres por meio das suas contribuições diretas e indiretas no balanço radiativo da atmosfera. A dificuldade na previsão dos processos de mudanças climáticas estão associadas às incertezas na distribuição e propriedades dos aerossóis e nuvens, assim como em suas interações em escala global. Tendo como principal objetivo desenvolver estudos que ajudem na diminuição dessas incertezas, a NASA, em parceria com a agência espacial francesa CNES, desenvolveu a missão do Satélite CALIPSO, que possui a bordo um sistema Lidar denominado CALIOP capaz de estudar o perfil e a distribuição vertical dos aerossóis e nuvens e os processos de interação entre eles. Uma vez que as propriedade ópticas medidas pelo CALIOP são recuperadas utilizando um complexo conjunto de algoritmos, torna-se necessário o desenvolvimento de estudos e metodologias de validação para inferir qual a acurácia das medidas desse sistema. Nesse contexto, foi desenvolvida uma metodologia de avaliação e validação dos valores de Razão Lidar utilizados a priori pelos algoritmos do CALIOP utilizando dois instrumentos de sensoriamento remoto instalados em solo, um sistema Lidar de retroespalhamento elástico instalado no IPEN - São Paulo e o fotômetro solar da rede AERONET instalado em cinco diferentes localidades, Rio Branco - Acre (RB), Alta Floresta - Mato Grosso (AF), Cuiabá - Mato Grosso (CB), Campo Grande - Mato Grosso do Sul (CG) e São Paulo - São Paulo (SP). Foram determinados os dias de medidas correlativas entre os sistemas em solo e o CALIOP e analisados os dados para os dias de medidas com condições livre de nuvens e com trajetórias de massas de ar se deslocando das regiões de medidas do satélite para as regiões de medidas pelos instrumentos fixos. Foram calculados novos valores de Razão Lidar obtidos pelo Modelo Aeronet/Caliop (Modelo A/C) proposto. Esses valores mostraram-se coerentes com aqueles utilizados inicialmente pelo algoritmo do sistema CALIOP. Realizando uma comparação quantitativa, obteve-se uma diferença percentual de 2,17 ± 30,12%, esse valor mostra-se compatível com outros valores obtidos na literatura de validação desse sistema Lidar a bordo do Satélite CALIPSO. Essa subestimação nos valores de Razão Lidar utilizados pelo CALIOP pode estar ocorrendo devido um problema no processo de calibração dos dados do sistema CALIOP, uma vez que o território brasileiro se encontra na região da Anomalia do Atlântico Sul (SAA). A diferença percentual dos valores de Razão Lidar utilizados pelo CALIOP com aqueles obtido por meio de medidas com o sistema Lidar do IPEN forneceram valores de 2,34 ± 17,53%, demonstrando que o modelo de validação proposto é aceitável e acurácia nos valores de Razão Lidar utilizados a priori pelo CALIOP está dentro das margens de incerteza de 30%. / Aerosol and clouds play an important role in the Earths climate process through their direct and indirect contributions to the radiation budget. The largest difficulty in predicting the climate change processes is associated with uncertainties in the distribution and properties of aerosols and clouds, as well as their interactions on a global scale. The CALIPSO mission was developed as part of the NASA program, in collaboration with the French space agency CNES, with the main goal to develop studies that will help to quantify the uncertainties about aerosols and clouds. The CALIPSO satellite carried a Lidar system on board, named CALIOP, as a primary instrument, able to provide the aerosol and cloud vertical profiles and distribution, as well as their interactions. Once the optical properties measured by CALIOP are retrieved, using a complex set of algorithms, it is necessary to study and develop methodologies in order to assess the accuracy of the CALIOP products. In this context, a validation methodology was developed in order to verify the assumed values of the Lidar Ratio selected by the CALIOP algorithms, using two ground-based remote sensing instruments, an elastic backscatter Lidar system (MSP) installed at IPEN in São Paulo and the AERONET sunphotometers operating at five different locations in Brazil, Rio Branco - Acre (RB), Alta Floresta - Mato Grosso (AF), Cuiabá - Mato Grosso (CB), Campo Grande - Mato Grosso do Sul (CG) e São Paulo - São Paulo (SP). Those days when the CALIOP system and ground-based instruments spatially coincided, were selected and analyzed under cloud-free conditions, as well as days when the trajectories of air masses indicated the transport of air parcels from the CALIOP track towards the ground-based sensors. The Lidar Ratio values from the Aeronet/Caliop proposed model was determined and showed good consistency with those initially assumed by the CALIOP Algorithm. Based on the quantitative comparison, a mean difference of 2,17 ± 30,12%. This value shows to be in good agreement with other papers in the CALIPSO validation literature, demonstrating the accuracy of the proposed model. The apparent underestimation in the CALIOP Lidar Ratio values indicates a possible problem with the calibration process, since the Brazilian territory is in the so-called South Atlantic Anomaly (SSA) Region. The Lidar Ratio retrieved by the MSP-Lidar system at IPEN provided a mean difference of 2,34 ± 17,53%, confirming that the accuracy in the Lidar Ratio assumed a priori by the CALIOP algorithms is within the uncertainty range of 30%.