Durante a estação seca, é comum se observar um grande número de queimadas ocorrendo no Brasil. A fumaça proveniente da queima intensa é facilmente vista em imagens de satélite, principalmente na região de Cerrado e na Bacia Amazônica, e é responsável pela injeção de uma grande quantidade de partículas na atmosfera. Essas partículas de aerossol irão interagir diretamente com a radiação solar incidente, pelos processos de absorção e espalhamento, o que afetará a irradiância solar global incidente em superfície, a fração entre componente direto e difuso e a distribuição espectral. A modelagem precisa dessa interação ainda requer investigação científica. Nesse contexto, os resultados apresentados neste trabalho buscaram avaliar o desempenho de modelos ópticos para o aerossol de queimadas propostos por Rosário (2011) para a região da Reserva Biológica do Jaru (ou Rebio Jaru), Rondônia, durante a estação seca de 2007. Os modelos ópticos foram separados em intervalos de albedo simples, resultando em três grupos ou regimes: um mais absorvedor, um moderadamente absorvedor e um mais espalhador. Os dados simulados utilizando o código de transferência radiativa SBDART foram comparados com medidas feitas in situ na Rebio Jaru. Os dados foram obtidos entre os dias 24 de agosto e 31 de outubro de 2007. Foram analisados dados medidos por um Multifilter Rotating Shadowband Radiometer (MFRSR - canais de 670, 870 e 1036 nm e da irradiância solar total), por um sensor PAR (irradiância fotossinteticamente ativa) e dados de um pirânometro (irradiância solar total). A irradiância fotossinteticamente ativa compreende o intervalo entre 400 e 700 nm e corresponde à energia solar utilizada na fotossíntese realizada pelas plantas. Ela foi utilizada para avaliar o desempenho dos modelos propostos por Rosário (2011). Para esse intervalo espectral, o modelo óptico mais espalhador é o que melhor representou o período analisado. Estudos de caso foram feitos para avaliar o comportamento dos demais dados para dias com valores distintos da profundidade óptica do aerossol em 550nm. Os resultados obtidos pela análise das medidas feitas pelo MFRSR divergiram com relação ao do sensor PAR e do Piranômetro. As divergências observadas podem estar associadas à degradação instrumental. Sugere-se que sejam realizados estudos mais detalhados levando em consideração o conteúdo integrado de vapor dágua, entre outras variáveis meteorológicas, com a finalidade de definir um método eficiente para determinar o melhor modelo óptico para o aerossol de queimadas e para diferentes regiões da Bacia Amazônica, como efetuado por Rosário (2011) na região de Alta Floresta. / During the dry season biomass burning activities are frequent in Brazil. The smoke from these intense fires can easily be seen with satellite imaging, mostly in the centermost region of Brazil and the Amazon, and it is responsible for the input of large amounts of particles to the atmosphere. These aerosol particles interact directly with the incoming solar radiation, through absorption and scattering processes, which will affect the incoming global solar irradiation reaching the surface, the fraction between the direct and diffuse components and the spectral distribution. The accurate modeling of these interactions requires further scientific investigation. In this context, the present work evaluated the performance of biomass burning aerosol optical models proposed by Rosario (2011) for the southern Amazon, in the Jaru Biological Reserve, Rondônia, during the dry season of 2007. The proposed models were classified according to single scattering albedo intervals, and three distinct groups or regimes were identified: one for more absorbing particles, one for moderately absorbing particles and one for more scattering particles. Simulated data using the Radiative Transfer code SBDART were compared with in situ measurements performed at Rebio Jaru. The data were collected between August 24th and October 31st 2007. Data measured by a Multifilter Shadowband Rotating Radiometer (MFRSR - channels 670, 870 and 1036 nm and the total solar irradiance) from a PAR sensor (photosynthetically active radiation) and from a pyranometer (total solar irradiance) were included in the analysis. Photosynthetically active irradiance spectral interval spans between 400 and 700 nm, and corresponds to the solar energy used on the vegetation photosynthesis. This spectral region was chosen to evaluate the performance of the optical models. For this spectral interval, the more scattering optical model better represented the measured values. Case studies were conducted to evaluate the performance of the radiative transfer code and the optical models on days with distinct values of the aerosol optical depth at 550nm. The results showed that simulations for MFRSR channels diverged from the PAR sensor and the pyranometer. These divergences could be associated to instrumental degradation. It is suggested that further studies be conducted taking into account water vapor content variability, and other meteorological variables, in order to define an efficient method to determine the best optical model for the smoke aerosol and for different regions in the Amazon Basin, as performed by Rosario (2011) for Alta Floresta.

Durante a estação seca, é comum se observar um grande número de queimadas ocorrendo no Brasil. A fumaça proveniente da queima intensa é facilmente vista em imagens de satélite, principalmente na região de Cerrado e na Bacia Amazônica, e é responsável pela injeção de uma grande quantidade de partículas na atmosfera. Essas partículas de aerossol irão interagir diretamente com a radiação solar incidente, pelos processos de absorção e espalhamento, o que afetará a irradiância solar global incidente em superfície, a fração entre componente direto e difuso e a distribuição espectral. A modelagem precisa dessa interação ainda requer investigação científica. Nesse contexto, os resultados apresentados neste trabalho buscaram avaliar o desempenho de modelos ópticos para o aerossol de queimadas propostos por Rosário (2011) para a região da Reserva Biológica do Jaru (ou Rebio Jaru), Rondônia, durante a estação seca de 2007. Os modelos ópticos foram separados em intervalos de albedo simples, resultando em três grupos ou regimes: um mais absorvedor, um moderadamente absorvedor e um mais espalhador. Os dados simulados utilizando o código de transferência radiativa SBDART foram comparados com medidas feitas in situ na Rebio Jaru. Os dados foram obtidos entre os dias 24 de agosto e 31 de outubro de 2007. Foram analisados dados medidos por um Multifilter Rotating Shadowband Radiometer (MFRSR - canais de 670, 870 e 1036 nm e da irradiância solar total), por um sensor PAR (irradiância fotossinteticamente ativa) e dados de um pirânometro (irradiância solar total). A irradiância fotossinteticamente ativa compreende o intervalo entre 400 e 700 nm e corresponde à energia solar utilizada na fotossíntese realizada pelas plantas. Ela foi utilizada para avaliar o desempenho dos modelos propostos por Rosário (2011). Para esse intervalo espectral, o modelo óptico mais espalhador é o que melhor representou o período analisado. Estudos de caso foram feitos para avaliar o comportamento dos demais dados para dias com valores distintos da profundidade óptica do aerossol em 550nm. Os resultados obtidos pela análise das medidas feitas pelo MFRSR divergiram com relação ao do sensor PAR e do Piranômetro. As divergências observadas podem estar associadas à degradação instrumental. Sugere-se que sejam realizados estudos mais detalhados levando em consideração o conteúdo integrado de vapor dágua, entre outras variáveis meteorológicas, com a finalidade de definir um método eficiente para determinar o melhor modelo óptico para o aerossol de queimadas e para diferentes regiões da Bacia Amazônica, como efetuado por Rosário (2011) na região de Alta Floresta. / During the dry season biomass burning activities are frequent in Brazil. The smoke from these intense fires can easily be seen with satellite imaging, mostly in the centermost region of Brazil and the Amazon, and it is responsible for the input of large amounts of particles to the atmosphere. These aerosol particles interact directly with the incoming solar radiation, through absorption and scattering processes, which will affect the incoming global solar irradiation reaching the surface, the fraction between the direct and diffuse components and the spectral distribution. The accurate modeling of these interactions requires further scientific investigation. In this context, the present work evaluated the performance of biomass burning aerosol optical models proposed by Rosario (2011) for the southern Amazon, in the Jaru Biological Reserve, Rondônia, during the dry season of 2007. The proposed models were classified according to single scattering albedo intervals, and three distinct groups or regimes were identified: one for more absorbing particles, one for moderately absorbing particles and one for more scattering particles. Simulated data using the Radiative Transfer code SBDART were compared with in situ measurements performed at Rebio Jaru. The data were collected between August 24th and October 31st 2007. Data measured by a Multifilter Shadowband Rotating Radiometer (MFRSR - channels 670, 870 and 1036 nm and the total solar irradiance) from a PAR sensor (photosynthetically active radiation) and from a pyranometer (total solar irradiance) were included in the analysis. Photosynthetically active irradiance spectral interval spans between 400 and 700 nm, and corresponds to the solar energy used on the vegetation photosynthesis. This spectral region was chosen to evaluate the performance of the optical models. For this spectral interval, the more scattering optical model better represented the measured values. Case studies were conducted to evaluate the performance of the radiative transfer code and the optical models on days with distinct values of the aerosol optical depth at 550nm. The results showed that simulations for MFRSR channels diverged from the PAR sensor and the pyranometer. These divergences could be associated to instrumental degradation. It is suggested that further studies be conducted taking into account water vapor content variability, and other meteorological variables, in order to define an efficient method to determine the best optical model for the smoke aerosol and for different regions in the Amazon Basin, as performed by Rosario (2011) for Alta Floresta.

Neste trabalho foi apresentado um sistema para decomposição de aerossóis partindo de soluções contendo naftaleno (C10H8) e tolueno (C7H8) diluídos em nitrogênio por meio da aplicação individual e combinada de plasma e micro-ondas. O naftaleno e o tolueno são chamados nesta tese como \"compostos modeladores de alcatrão\" como sugere a literatura. A disposição e geometria das câmaras de plasma e micro-ondas foram estabelecidas por meio do auxílio de simulações fluidodinâmicas empregando o FloEFD V.16 (Mentor Graphics) associado aos modelos sólidos desenhados no Solid Edge ST10 (SIEMENS). Os processos de coleta de resíduos dos compostos modeladores de alcatrão, seja das cinzas, sejam da fração não decomposta foram obtidos de acordo com um protocolo bem estabelecido baseado em estudos descritos na literatura. As concentrações de tolueno e naftaleno foram obtidas utilizando espectrometria de mobilidade iônica com ionização por electrospray (ESI-IMS). Não foram empregados materiais catalisadores. As densidades de energia empregadas ao longo deste trabalho foram 0,73, 1,22 e 1,98 kWh·m-3, sob uma vazão constante de 10 L·min-1 de N2 para concentrações de 3,0 e 5,0 g·m-3 de naftaleno e tolueno. As temperaturas empregadas na decomposição térmica assistida por micro-ondas foram de 845, 960 e 1.016 °C. Para cada uma das densidades de energia, considerando a concentração de 3,0 g·m-3 de naftaleno, as eficiências obtidas por meio do plasma foram de 48,3, 59,6 e 72,2%, enquanto que aplicando micro-ondas foram de 46,2, 57,9 e 68,2%. Por outro lado, considerando a concentração de 5,0 g·m-3, as eficiências foram 31,5, 45,9 e 64,8% para plasma e 26,6, 44,3 e 56,8% empregando a decomposição térmica assistida por micro-ondas, respectivamente. Analogamente, considerando a concentração de 3,0 g·m-3 de tolueno, as eficiências foram de 52,2, 69,9 e 84,5 % por meio de plasma e 49,3, 66,8 e 79,9% por meio de micro-ondas. Finalmente, considerando a concentração de 5,0 g·m-3, as eficiências foram 33,8, 60,7 e 80,7 % empregando plasma e 30,1, 54,1 e 72,9% empregando a decomposição térmica assistida por micro-ondas, respectivamente. Por meio do teste pareado de Wilcoxon, pôde ser afirmado com evidência estatística suficiente a 95% de certeza de que decomposição por plasma foi mais eficiente do que a decomposição térmica assistida por micro-ondas e SiC. / In this work a system for the aerosols decomposition from aerosols containing naphthalene (C10H8) and toluene (C7H8) diluted in nitrogen by means of the individual and combined application of plasma and microwaves was presented. Naphthalene and toluene are referred to in this thesis as \"modeling compounds of tar\" as suggested by the literature. The arrangement and geometry of the plasma and microwave chambers were established with the aid of fluid dynamics simulations using FloEFD V.16 (Mentor Graphics) associated to solid models drawn in Solid Edge ST10 (SIEMENS). The residues collection processes of the tar model compounds, whether from the ashes or from the non-decomposed fraction of the tar model compounds were constructed according to a protocol based on well-established studies presented in the literature. The toluene and naphthalene concentrations were obtained using ion mobility spectrometry with ionization by electrospray (ESI-IMS). No catalyst materials were used. The energy densities employed during this work were 0.73, 1.22 and 1.98 kWh·m-3, under a constant flow rate of 10 L·min-1 of N2 at concentrations of 3.0 and 5.0 g·m-3 of naphthalene and toluene. The temperatures obtained in microwave assisted thermal decomposition were 845, 960 and 1016 °C. For each of the energy densities, considering the concentration of 3.0 g·m-3 of naphthalene, the efficiencies obtained by means of plasma were 48.3, 59.6 and 72.2%, while applying microwave were 46.2, 57.9 and 68.2%. On the other hand, considering the concentration of 5.0 g·m-3, the efficiencies were 31.5, 45.9 and 64.8% for plasma and 26.6, 44.3 and 56.8% using decomposition microwave assisted thermal power, respectively. Similarly, considering the 3.0 g·m-3 concentration of toluene, the efficiencies were 52.2, 69.9 and 84.5% by means of plasma and 49.3, 66.8 and 79.9% by means of microwaves. Finally, considering the concentration of 5.0 g·m-3, efficiencies were 33.8, 60.7 and 80.7% using plasma and 30.1, 54.1 and 72.9% employing assisted thermal decomposition by microwave, respectively. The Wilcoxon paired test was applied and it was stated sufficient statistical evidence with a 95% level of certainty that plasma decomposition was more efficient than microwave and SiC assisted thermal decomposition.

O sistema climático terrestre é regido pela interação entre o fluxo de radiação solar e diversos elementos presentes na atmosfera e na superfície. Entre esses elementos destacamos o papel que as nuvens desempenham nesse processo devido a sua elevada cobertura terrestre, que chega a média de três quartos de todo o globo. Do total de radiação solar que atinge a atmosfera, as nuvens são responsáveis pela reflexão direta de cerca de 23% da radiação incidente de volta ao espaço evitando, assim, o aquecimento da superfície. Por outro lado, parte da radiação térmica emitida pelo solo é absorvida e reemitida pelas nuvens podendo ocasionar em um aumento de temperatura próximo à superfície dependendo da sua altitude. Todo esse processo está intimamente relacionado a quantidade de nuvens, sua espessura óptica e o comprimento de onda da radiação, podendo a resposta do sistema variar conforme muda-se alguma dessas condições. Outro elemento que influencia tanto nas características das nuvens quanto no balanço radiativo terrestre é o aerossol atmosférico. Sua presença na atmosfera pode tanto aumentar a temperatura em solo quanto diminuí-la, dependendo do tipo de aerossol, sua quantidade, distribuição espacial e da radiação com a qual está interagindo. Ele também participa na formação das nuvens ao atuar como núcleo condensador de nuvens em atmosfera supersaturada, facilitando a aglutinação de vapor de água em torno de si. A presença de elevadas quantidades de aerossóis para uma determinada taxa de umidade do ar, dificulta a formação e o desenvolvimento vertical da nuvem, podendo até mesmo acarretar sua evaporação. Como a variabilidade dos aerossóis na atmosfera, em geral, é muito alta e devido a sua interação com a radiação variar com o comprimento de onda, a determinação precisa do seu efeito no balanço radiativo terrestre é prejudicada. Esses processos citados evidenciam a enorme complexidade no entendimento das relações envolvendo esses dois elementos presentes na atmosfera terrestre. Para diminuir essa lacuna, sobrevoamos uma região próxima a Porto Velho (RO) entre os dias 21 e 28 de setembro de 2012 munidos de um aparato experimental a fim de analisar o perfil vertical das nuvens. Esse aparato continha uma câmera sensível a comprimentos de onda visíveis (aproximadamente de 440nm a 700nm), uma câmera térmica, sensível a comprimentos de onda entre 8 e 14m, e outra sensível a comprimentos de onda no infravermelho próximo, entre 900nm e 2500nm. Esse conjunto de instrumentos permitiu obter medidas da radiação emergente da lateral de nuvens convectivas na região estudada. / none

As medidas do experimento Green Ocean Amazon (GoAmazon 2014/5 ) foram realiza- das nos arredores de Manaus, na região central da Amazônia, durante dois anos, com o objetivo de entender como o ciclo de vida dos aerossóis e das nuvens em condições naturais é influenciado pelas emissões urbanas. Neste contexto, o presente trabalho procurou estudar a higroscopicidade dos aerossóis em condições poluídas pela pluma de Manaus e discuti-la à luz do que era esperado em condições prístinas. A partir desses resultados experimentais, usamos um modelo adiabático de parcela de nuvem para estudar o impacto da poluição de Manaus na formação de nuvens quentes. Observamos altas concentrações de aerossóis vindos de Manaus, com média de Ncn = 2.425 cm 3 e percentis de 25 % e de 75 % respectivamente dados por 937 cm 3 e 3.259 cm 3 . Para a Amazônia prístina, os valores tipicamente encontrados são da ordem de Ncn 400 cm 3 . A higroscopicidade das partículas da poluição urbana é notavelmente baixa, com média de t = (0, 09 ± 0, 01) para todos os diâmetros investigados. Além disso, são altamente heterogêneas quanto à higroscopicidade. As partículas naturais da Amazônia têm higroscopicidade média da ordem de t 0, 14, não sendo tão heterogêneas quanto as partículas de Manaus. Aperfeiçoamos e utilizamos um modelo adiabático de parcela de nuvem para investigar de forma sistemática o impacto da pluma de Manaus nos primeiros estágios de formação das nuvens quentes. O modelo foi validado através da comparação com quatro casos exemplificados na literatura, vindos de modelos conceitualmente semelhantes, mas de implementações numéricas diferentes. Em nossas simulações, consideramos que o formato da distribuição de tamanho das partículas de aerossol poderia variar com a concentração total de partículas, ao irmos da situação limpa para a poluída. Além disso, consideramos também que a higroscopicidade variava com a concentração total e com o tamanho das partículas de aerossol. Isto foi feito em etapas, permitindo representar as partículas de aerossol com crescente grau de detalhamento. Observamos que o número de gotículas na base da nuvem é determinado principalmente pela concentração de partículas e pela velocidade vertical. Em segundo lugar, vem o formato da distribuição de tamanho, e, depois, a higroscopicidade. Mostramos que simulações que não consideram estes outros fatores irão, necessariamente, superestimar o efeito dos aerossóis nas nuvens quentes. Da condição limpa para a condição poluída pela pluma, observamos o aumento da concentração gotículas e a correspondente diminuição do raio efetivo dessa população de gotículas. Observamos, também, a diminuição da fração de aerossóis ativados. Os resultados sugerem que, na condição poluída, as nuvens acumulam água líquida mais rapidamente em seus primeiros 200 m, em relação à condição limpa. / The measurements of the Green Ocean Amazon 2014/5 experiment were carried out on the outskirts of Manaus, in the central Amazon region, for two years, with the objective of understanding how the natural aerosol and cloud life cycles would be perturbed by urban emissions. In this context, the present work aimed at studying the aerosol hygroscopicity under polluted condition, comparing it with the pristine environment. Based on these results, we used an adiabatic cloud parcel model to study the impact of Manaus pollution on the first stages warm clouds formation. We observed high concentrations of aerosols coming from Manaus, with average Ncn = 2.425 cm 3 and percentiles 25 % and 75 % of 937 cm 3 and 3.259 cm 3 res- pectively. For the pristine Amazon, typical values would be about Ncn 400 cm 3 . The hygroscopicity of urban pollution particles were notable low, with average t = (0, 09±0, 01) for all diameters investigated, and a high level of heterogeneity was found. On the other hand, natural particles in the Amazon have a hygroscopicity of about t 0,14 and are not as much heterogeneous. We improved and used an adiabatic cloud parcel model to systematically investigate the impact of the Manaus pollution plume on the first stages of warm cloud develop- ment. The model was validated by comparison with four exemplary cases found in the literature, from conceptually similar models, but with different numerical imple- mentations. In our simulations, we considered that the shape of the size distribution could vary with increasing number concentration, as we moved from the clean to the polluted conditions. We also allowed the hygroscopicity to vary with the concentration and the diameter of the aerosol particles. These were done in stages, hence allowing an increasing level of complexity in the representation of the aerosol particles. We observed that the number of activated cloud droplets is as function primarily of the concentration and the vertical velocity. In second place comes the dependence with the shape of the size distribution and, after that, with the hygroscopicity. We showed that simulations that do not consider these other factors will, necessarily, over predict the effect of aerosols on shallow warm clouds. As expected, when we simulated clean conditions changing towards a polluted one, we found an increase in the number of activated droplets and corresponding decrease of effective radius of those droplets, and of the activated fraction. Our results suggest that, under polluted conditions, clouds accumulate liquid water more rapidly during the first stages of its development than under clean conditions.

Os processos de remoção de espécies químicas da atmosfera têm sido estudados atualmente utilizando modelos numéricos, na tentativa de compreender melhor, os processos de transferências de gases e material particulado (sejam elas naturais ou antropogênicas) intra-reservatórios na atmosfera e seus efeitos na dinâmica do tempo e clima. Neste estudo, foi utilizado o modelo RAMS para simular a estrutura vertical das nuvens que se desenvolvem na região amazônica, em conjunto ao modelo de remoção B. V. 2, para os processos de remoção úmida que ocorrem tanto dentro quanto abaixo da nuvem, além das condições atmosféricas locais da região da Bacia Amazônica para, assim, simular a transferência das espécies químicas da atmosfera para a hidrosfera dentro do escopo do projeto LBA. Dentro deste projeto, foram realizadas campanhas intensivas de medições, como a LBA/DRY-TO-WET e LBA/SMOCC (setembro a novembro de 2002) na região de Rondônia. No período das campanhas, foram realizadas medições das concentrações dos gases amônia, ácido nítrico e dióxido de enxofre, além das espécies inorgânicas solúveis em água, como amônio, nitrato e sulfato, entre outros. Estas concentrações de gases e partículas, bem como os parâmetros meteorológicos obtidos durante as campanhas, realizadas durante o período de transição entre as estações seca e chuvosa na região, foram utilizados como dados de entrada para ambos os modelos, onde foram escolhidos alguns eventos específicos. Com intuito de melhor representar o espectro de gotículas de nuvens no modelo de remoção, foram utilizadas a função de distribuição de Levine & Schwartz, 1982 e funções gama ajustadas aos dados observados em distribuição de gotículas de nuvem obtidas em vôos efetuados durante o experimento. Conseqüentemente, este trabalho visou à simulação da concentração na água de chuva de três espécies químicas (SO42-, NO3- e NH4+) removidas da atmosfera pelo evento de precipitação, comparando-as às composições químicas da água de chuva observadas experimentalmente, em dois eventos selecionados (9 e 10 de outubro de 2002). Simulações atmosféricas com o RAMS apresentaram resultados bastante satisfatórios conseguindo representar aspectos microfísicos das nuvens que se desenvolvem na região amazônica com bastante fidelidade. Os resultados da modelagem dos processos de remoção mostraram uma boa concordância com os observados, principalmente para o sulfato (que em alguns casos a quantidade encontrada na água de chuva pela simulação foi 97% da observada) em ambos os eventos, quando a altura da nuvem foi considerada mais realista para região (16 km). Além disso, observou-se que o espectro de gotículas de nuvem utilizado foi um parâmetro importante nos resultados. Os resultados mostraram ainda, uma predominância dos processos que ocorrem dentro da nuvem, sendo estes responsáveis por cerca de 80% a 97% da concentração da espécie química encontrada na água de chuva, corroborando a literatura. Com isso, ficou evidente a complexidade das interações e transferências entre os reservatórios atmosfera / hidrosfera através dos processos de remoção de poluentes, ressaltando assim, a importância dos estudos sobre este assunto. / The scavenging processes of chemical species have been studied using numerical modeling in order to understand the gases and particulate matter intra-reservoir transferences (natural or anthropogenic) which affect weather and climate. In this study RAMS model was used in turn to simulate cloud vertical structure formed over Amazonian area working together to B.V.2 scavenging model. The last model was used to simulate the in- and below-cloud scavenging processes, besides the local atmospheric conditions within the LBA Project. In this Project, there were evaluated many measurements of LBA/DRY-TO-WET and LBA/SMOCC (September to November) Campaigns at Rondonia State. During the Campaigns, ammonia, nitric acid and sulfur dioxide gases were evaluated and their respective particulate matter, ammonium, nitrate and sulfate, among others, as well as rainwater chemistry. These concentrations and meteorological parameters were also obtained, during the transition from dry to wet season, and used as input data to the both modeling, where some events were chosen. With the intention of modeling improvement, cloud droplet spectra were used from Levine & Schwartz, 1982 and gamma functions, according to each case and based on the droplet distribution obtained from flight collected data during the field Campaign. Consequently, this work simulated the rainwater concentrations of three chemical species (SO42-, NO3- e NH4+) scavenged from atmosphere by the precipitation event and compared to the observed data of two selected events (9 and 10 October 2002). RAMS atmospheric simulations presented satisfactory results which showed detailed cloud microphysics processes of Amazonian region. The modeling results show good agreement of observed data, mainly to sulfate, reaching 97% of the observed sulfate for both events, when the cloud height was considered more realistic for the region (16 km). Besides, the cloud droplet spectra were an important parameter to the modeling. The results also showed that the in-cloud process is responsible by 80% to 97% of the chemical species found in rainwater. Additionally, it was clear that the complexity of the interaction and intra-reservoir transferences through the scavenging processes and their importance.

A pirólise de aerossóis ou spray pirólise (SP, do inglês Spray Pyrolysis) é uma importante metodologia para a obtenção de luminóforos e diferentes matrizes sólidas em dimensões nano a micrométricas, desde a escala laboratorial ao nível industrial. O arranjo experimental permite o ajuste de uma ampla faixa das temperaturas de pirólise (100 a 1000 °C), possibilitando que sistemas de interesse sejam obtidos em uma única etapa. Contudo, não existe um controle eficiente do ambiente de coordenação do íon emissor e a simetria deste será consequência do ambiente imposto pela estrutura cristalina ou amorfa da matriz sólida final. O tratamento térmico rápido, característico desta metodologia, pode dificultar a total cristalização de determinadas fases e, sendo assim, uma heterogeneidade nos sítios de simetria será obtida. Este trabalho tem como objetivos estudar as propriedades luminescentes de aluminatos dopados com íons terras raras. E nesse sentido, propuseram-se inicialmente metodologias para a obtenção de diferentes matrizes inorgânicas por SP visando o estudo do sítio de coordenação de íons lantanídeos. Num primeiro momento, foi proposto a metodologia para a obtenção de matrizes inorgânicas por SP mantendo a estrutura do sítio de coordenação de íons lantanídeos. Nesta estratégia foi escolhido um meio inorgânico estável, protegendo os íons terras raras ativos de perturbações externas, estável tanto do ponto de vista químico e térmico durante o processo de pirólise, YVO4:Eu3+ foi o escolhido por possuir sítios de simetria bem definidos e por ser um composto de grande interesse tecnológico. Ainda dentro dos objetivos, estudou a síntese de aluminatos dopados com íons ítrio visando à formação de sistemas compósitos (-Al2O3 / YAG). Os compostos foram primeiro obtidos pela co-dopagem com íons Eu3+ visando um estudo estrutural, e posteriormente, sistemas contendo Itérbio/Érbio e Itérbio/Túlio foram preparados, visto que são escassos os trabalhos que descrevem a síntese de partículas com propriedades de conversão ascendente de energia pela metodologia de pirólise de aerossol. A fase YAG foi obtida para diferentes proporções de Y3+/Al3+, porém também foi obtido a fase meta estável YAlO3 (YAH) em uma única etapa, sendo que essa fase é reportada na literatura como de difícil obtenção. Os compostos obtidos foram caracterizados principalmente por espectroscopia de fotoluminescência (espectros de emissão/excitação e tempos de vida), espectroscopia vibracional, Difratometria de raios X de pó, microscopia eletrônica e análise térmica / Spray Pyrolysis (SP) is an important methodology to obtain phosphors and different solid matrices in a nano-to-micrometric dimension, ranging from the laboratory scale up to the industrial level. The experimental arrangement allows the adjustment of a wide range of pyrolysis temperatures (100 up to 1000 ° C), which allows the system of interest obtention in a single step. However, there is no efficient control concerning the emitter ion coordination environment, and its symmetry will be a consequence of the environment imposed by the resultant solid matrix crystalline or amorphous structure. The rapid thermal treatment, which is the main characteristic of this methodology, it might hinder the total crystallization of certain phases and, thus, heterogeneity in the symmetry sites will be obtained. This study aims to study the luminescent properties of aluminates doped with Rare Earth (RE) ions. Under this perspective, several methodologies have been initially proposed in order to obtain different inorganic matrices using SP to study lanthanides coordination sites. At first, the methodology for obtaining inorganic matrices through SP maintaining the structure of the lanthanide ion coordination site was proposed. In this strategy, a stable (both chemically and thermally) inorganic medium was chosen, protecting the active rare earth ions from external perturbations during the pyrolysis process. YVO4:Eu3+ was selected for presenting well-defined symmetry sites and for its wide technological appeal. Moreover, the synthesis of aluminates doped with yttrium ions to form composite systems (-Al2O3 / YAG) has been carried out. The compounds were first obtained by co-doping with Eu3+ ions for a structural study. Subsequently systems containing Ytterbium / Erbium and Ytterbium / Yttrium were prepared, since there is a lack of description of these systems in the literature when its considered the synthesis of particles with energy upward conversion properties by aerosol pyrolysis methodology. The YAG phase was obtained using different proportions of Y3+/Al3+, but the stable YAlO3 (YAH) phase was also attained in a single step, even being reported as difficult to achieve in the literature. The compounds synthesized were characterized mainly by photoluminescence spectroscopy (emission/excitation spectra and lifetimes), vibrational spectroscopy, powder X-ray diffraction, electron microscopy and thermal analysis

O objetivo deste trabalho foi estudar o papel dos aerossóis em modificar o desenvolvimento das nuvens e da precipitação. Esta tem sido uma das mais intrigantes questões no estudo das mudanças climáticas. Medidas da concentração de núcleos de condensação de nuvens (CCN) e distribuições de gotículas de nuvem durante o Experimento de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia (LBA) revelaram características distintas entre condições atmosféricas limpas e poluídas. As medidas foram conduzidas no Sudoeste da Região Amazônica durante os meses de setembro e outubro de 2002, focando a transição do final da estação seca para o início da estação chuvosa. Durante a transição, a análise da concentração de CCN dentro da camada limite revelou um decréscimo geral, de valores acima de 1200 cm-3 para menos de 300 cm-3. A comparação entre áreas limpas e poluídas mostrou concentrações de CCN cerca de 5 vezes maiores em áreas poluídas. As diferenças não foram tão grandes nos níveis acima da camada limite. As medidas também mostraram um ciclo diurno acompanhando a atividade de queima de biomassa. Distribuições de tamanho de gotículas medidas em duas regiões com concentrações de aerossóis extremamente diferentes foram analisadas. Em condições poluídas pela queima de biomassa foi encontrada alta concentração de gotículas, com diâmetro médio e conteúdo de água de nuvem aumentando muito pouco com a altura, em comparação com regiões limpas. A função gama foi usada para ajustar as distribuições de gotículas e o parâmetro de forma da função foi usado como critério para definir adequadamente a melhor representação das distribuições de gotículas. De acordo com os valores encontrados, distribuições gama estreitas (parâmetro de forma em torno de 5) são mais bem indicadas para representar condições poluídas enquanto que aquelas mais largas se ajustam melhor em condições limpas (parâmetro de forma em torno de 2). Com base nesses resultados, experimentos numéricos foram conduzidos com o Brazilian Regional Atmospheric Modeling System (BRAMS) para investigar os efeitos da concentração de CCN e do parâmetro de forma das distribuições de gotículas no desenvolvimento da precipitação em nuvens convectivas tropicais. Os resultados mostraram uma grande sensibilidade devido às mudanças nesses parâmetros. Altas concentrações de CCN e distribuições de gotículas estreitas (parâmetros de forma maiores), típicas de dias poluídos, produziram baixos valores médios para água líquida integrada na coluna e precipitação acumulada na superfície. Por outro lado, tendência oposta a este efeito foi encontrada em condições limpas (baixos valores para ambos, a concentração de CCN e o parâmetro de forma). O parâmetro de forma se mostrou ser mais importante que a concentração de CCN. Os efeitos da concentração de CCN e do parâmetro de forma também influenciaram a distribuição espacial dos campos de nuvem e precipitação. Embora o valor médio desses campos tenha diminuído em condições poluídas, o valor máximo aumentou. Como conseqüência da menor dispersão nas nuvens em condições poluídas, mais radiação solar esteve disponível na superfície. Isto é oposto aos resultados dos modelos globais que mostram redução na radiação solar como conseqüência do segundo efeito indireto dos aerossóis. Da mesma forma, este estudo encontrou que as diferenças são reduzidas quando é incluído o efeito direto dos aerossóis em absorver ou refletir a radiação solar. Sobretudo, os resultados sugerem que um maior número de modelos com tratamento explícito dos processos microfísicos de nuvem são necessários. Esses modelos permitem comparações, podendo mostrar o melhor tratamento numérico a ser usado na representação dos efeitos dos aerossóis no processo de precipitação como um todo. Estes resultados são importantes porque melhoram a compreensão de como o clima será afetado como conseqüência das mudanças futuras. / The objective of this work was to study the role of aerosols in modifying clouds and precipitation. This is one of the most difficult aspects in the study of climate changes. Field measurements of cloud condensation nuclei (CCN) and cloud size distributions performed during the Large Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia (LBA) campaign revealed distinct characteristics between clean and polluted atmospheric conditions. Measurements were conducted over the southwestern Amazon region during September-October 2002 focusing the transition from dry to wet seasons. During this period, analysis of CCN concentrations in the boundary layer revealed a general decreasing trend from mean values higher than 1200 cm-3 to values lower than 300 cm-3. The comparison between clean and polluted areas showed CCN concentrations 5 times higher than in polluted areas. These differences were not so strong above the boundary layer. Measurements also showed a diurnal cycle following the biomass burning activity. Cloud droplet size distributions at two regions with extremely different aerosols loading were also analyzed. During biomass-burning conditions, at high concentrations of cloud droplets, the mean diameter and liquid water content increased very little with altitude when compared with unpolluted conditions. A gamma distribution was used to fit the measured droplet spectra and the shape parameter was used as a criterion to define the best choice of spectra representation. According to the found values, narrow gamma distributions optimally fit polluted conditions (shape parameter around 5), while broad distributions are best fits for unpolluted conditions (shape parameter around 2). Based on these results, numerical experiments were carried out using the Brazilian Regional Atmospheric Modeling System (BRAMS) to investigate the effects of CCN concentrations and shape parameters of droplet spectra on the development of precipitation in tropical convective clouds. The results showed large sensitivity due to changes in these parameters. It was observed that high CCN concentrations and narrower cloud droplet distributions (high values for shape parameter), typical of the polluted days, produced low mean values of liquid water path and accumulated surface precipitation. On the other hand, an opposite trend to this effect was found under clean conditions (low CCN concentration and shape parameter values). Shape parameter showed to be much more important than CCN concentration. The effects of CCN concentration and shape parameter also influenced the spatial distribution of cloud and precipitation fields. Although mean values of these fields decreased under polluted conditions, maximum values were increased. Consequently, the less dispersion in clouds under polluted conditions, the more surface solar radiation was found. This is opposite to the results of global climate models, which predict reduction in solar radiation as a consequence of the second aerosol indirect effect. Also, it was found that the differences were reduced when the aerosols direct effect to absorb or reflect solar radiation is included. Moreover, the results suggest that additional models with explicit microphysics process treatment are necessary in order to allow further comparisons, which could show the best numerical treatment to be used in representing the aerosol effects on precipitation process. The importance of these results is to improve the understanding of future climate changes.

A região metropolitana de São Paulo apresenta problemas crônicos de poluição atmosférica. A poluição atmosférica em centros urbanos é comprovadamente prejudicial à saúde da população exposta, o que gera uma preocupação mundial acerca deste tema. Com o intuito de identificar e quantificar a contribuição de fontes e a importância das emissões veiculares na cidade de São Paulo, foram realizadas duas campanhas de amostragem em dois períodos distintos, analisadas por modelos receptores. O material particulado inalável foi coletado pelo Amostrador de Particulado Fino e Grosso (AFG) e Impactador em Cascata com Deposição Uniforme. Foram obtidas as concentrações de massa por meio de análise gravimétrica e composição elementar por Análise de Emissão de Raio-X Induzido por Partículas (PIXE). Monitores com alta resolução temporal realizaram diferentes medidas de material particulado e gases. O TEOM (Tapered Oscilating Monitor) realizou medidas de concentração de PM10, o Monitor de Carbono por meio de medidas térmicas obteve concentrações de carbono orgânico e black carbon e ainda o Aetalômetro, por absorção óptica, obteve concentrações de black carbon. Medidas de gases foram cedidas pela CETESB e obtidas pelo monitor DOAS (Diferential Optical Absortion Spectroscopy). Durante o período de inverno elevadas concentrações de poluentes foram observadas, superando o padrão nacional de qualidade do ar. O fator meteorológico apresentou-se determinante na modulação das concentrações de poluentes em uma escala temporária de dias. Os ciclos diurnos de compostos como particulado inalável, black carbon, CO, NOx e SO2 foram identificados e apresentaram perfis semelhantes. Suas variações diurnas são basicamente moduladas pelos processos de emissão e pela variação da Camada Limite Atmosférica. A análise de balanço de massa, de particulado fino, apresentou resultados semelhantes nos períodos de inverno e verão. Uma significativa fração de carbono orgânico representa a massa de Material Particulado Fino (MPF) de 44% e 35%, no inverno e verão respectivamente. As concentrações de black carbon contribuem com 21% e 28% e o material inorgânico foi estimado como sendo 32% e 40% da massa do MPF, no período de inverno e verão respectivamente. A Análise de Componentes Principais Absoluta da fração fina do particulado inalável mostrou que não há significativa alteração de fontes de poluentes de um período para outro. A emissão veicular representou cerca de 28% e 24% da massa do MPF no inverno e verão respectivamente, a fonte de ressuspensão de solo representou 25% e 30%, queima de óleo combustível explicou 18% e 21%, componentes de sulfatos contribuíram com 23% e 17% e o fator de emissão industrial com 5% e 6% da massa do MPF no inverno e verão respectivamente. A fração de particulado grosso é constituída basicamente por ressuspensão de solo representando 75% e 78% da massa do material particulado grosso (MPG), a fonte industrial, 16% e 14% e partículas de emissão marinha 11% e 6% da massa do MPG, no inverno e verão respectivamente. Foi identificada, durante toda a análise, a significativa responsabilidade do tráfego de veículos na emissão de partículas, gases e precursores de O3. Indiretamente o tráfego de veículos também apresentou contribuição por parte da ressuspensão de poeira do solo. Os processos de amostragem e analítico mostraram que é possível identificar quantitativamente as fontes de aerossol em um centro urbano como a cidade de São Paulo. / The urban air pollution issue is a concern in the entire world mostly because of its hazardous effect to human health. São Paulo metropolitan area is a very industrialized region with an intense traffic of vehicles. Its geographical and meteorological conditions are unfavorable to pollution dispersion, especially in the winter season. In order to achieve a better understanding of the air pollution sources and the importance of vehicle emissions, two sampling campaigns were carried out. Inhalable particulate matter was sampled using Stacked Filter Units separated in fine and coarse particulate modes, providing mass concentration and elemental composition by Particle Induce X-ray Emission (PIXE). Real time aerosol monitors provided PM10 aerosol concentration (TEOM), organic and elemental carbon concentration (Carbon Monitor 5400R&P) and black carbon concentration (Aethalometer). Measurements of gas concentrations were performed by Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS). High levels of pollutant concentrations were measured during the winter season. For several times the concentrations exceeded the national quality standard limit, reinforcing the importance of a better understanding of this process. A complex system of sources and meteorological conditions modulates the air pollution of the urban area of São Paulo. The boundary layer and the direct emissions modulate the diurnal cycle obtained for PM10, black carbon, CO, NOx, SO2. Absolute Principal Components Analyses results showed a very good agreement in the identification of the sources for the winter and summer field campaigns, pointing that there is no significant change in the sources. Traffic Source represented 28% and 24% of the fine aerosol for winter and summer respectively. Resuspended soil dust accounted for 25% and 30%. Oil combustion source represented 18% and 21%. Sulfates explained 23% and 17% and finally industrial contributed with 5% and 6% of fine particulate matter, for winter and summer respectively. These five sources account for the fine mode particulate source apportionment. The resuspended soil dust accounted for (75-78%) of the coarse aerosol fraction. All analysis identified the responsability of the traffic of vehicles for the direct emission of several gases and particulate pollutants and for the resuspended soil dust. The sampling and analytical procedures showed that it is possible to perform a quantitative aerosol source apportionment in a complex urban area such as São Paulo.

A Amazônia constitui um ecossistema complexo, no qual a biosfera e a atmosfera estão intrinsecamente relacionadas. Às fontes biogênicas naturais somam-se emissões de queimadas, que alteram significativamente as características da população de aerossóis, e que afetam processos importantes no funcionamento do ecossistema. O presente trabalho integra observações de propriedades físicas de aerossóis na Amazônia sob diferentes condições: i) o transporte turbulento de partículas entre o dossel e a camada limite (experimento LBA/ZF2-2004); ii) a evolução de propriedades de aerossóis de queimada durante o transporte entre a camada limite e a troposfera livre (experimento LBA/SMOCC-2002). Medidas de fluxos por vórtices turbulentos foram realizadas em uma torre situada na Reserva Biológica de Cuieiras (AM), sendo que o valor médio obtido para o fluxo de partículas foi de 0,05 106 m-2 s-1, indicando um fluxo líquido próximo de zero. Durante o dia predominou a emissão de partículas, enquanto que à noite a deposição foi o processo dominante. Alguns eventos foram associados à variabilidade dos fluxos de partículas, tais como: gradientes verticais ascendentes de concentração de partículas grossas contendo fósforo e potássio durante a noite; e eventos de súbito aumento da concentração de partículas finas também durante a noite. Esses eventos podem estar relacionados a emissões biogênicas. Fluxos de isopreno e monoterpenos (precursores de aerossóis orgânicos secundários) atingiram, respectivamente, valores máximos de 7,4 e 0,82 ?gC/m2/h em torno do meio-dia, sem associação direta com os fluxos de aerossóis. Não foram observados eventos claros de nucleação de novas partículas. A distribuição vertical dos aerossóis da baixa troposfera foi estudada a partir da compilação de 31 vôos realizados sobre áreas impactadas em Rondônia, e também sobre áreas relativamente limpas na Amazônia Ocidental. Nas regiões impactadas, a concentração de partículas decaiu a uma taxa média de 800 partículas/cm3/km na troposfera livre. Perfis verticais mostraram que os aerossóis de queimada tendem a acumular-se no topo da camada limite, com possíveis implicações óticas para a superfície. Nos sítios impactados, observou-se um aumento do diâmetro médio das partículas, da eficiência de espalhamento e da eficiência de ativação de NCN na troposfera livre, possivelmente causados por processamento dos aerossóis no interior de nuvens. Por outro lado, nas localidades de floresta não-impactada as propriedades medidas na camada limite e na troposfera livre apresentaram valores similares. Dessa maneira, foram caracterizados os dois tipos de partículas existentes na Amazônia: as partículas de queimada e as partículas naturais biogênicas. Os resultados mostraram que o processo de envelhecimento de partículas de queimada influenciou significativamente as propriedades físicas da população de aerossóis. Quanto às partículas biogênicas, ainda permanecem desconhecidos os mecanismos biofísicos que governam os processos de emissão e deposição, sendo necessária a realização de novos experimentos em longo prazo. / The Amazon tropical forest constitutes a complex ecosystem, in which the biosphere and the atmosphere are intrinsically related. To the natural biogenic sources, biomass burning emissions are summed up, changing significantly some aerosol characteristics, which in turn may affect important processes in the ecosystem. This work integrates observations of aerosol physical properties in Amazonia under two different conditions: i) turbulent transport between the forest canopy and the atmosphere (LBA/ZF2-2004 experiment); ii) evolution of biomass burning aerosol properties along the transport from the surface to the lower free troposphere (LBA/SMOCC-2202 experiment). Turbulent flux measurements were performed by eddy covariance in a tower at the Reserva Biológica de Cuieiras (AM), with an average particle flux of 0,05 106 m-2 s-1, denoting a net flux close to zero. During the day, particle emission was the predominant process, while the deposition dominated at night. Some events were associated to particle flux variability, such as: ascendant vertical gradients of coarse particles containing phosphorus and potassium at night; and events of abrupt increase in fine particles concentration also at night. Those events can be related to biogenic emissions. Isoprene and monoterpene fluxes (secondary organic aerosols precursors) reached, respectively, maximum values of 7.4 and 0.82 ?gC/m2/h around noon, without any apparent association with aerosol fluxes. Also, no clear events of nucleation were observed during the experiment. The aerosol vertical distribution were achieved from the compilation of 31 flights over impacted areas in Rondonia, and also over relatively clean areas on Western Amazon. Over the impacted areas, particle concentrations diminished with an average tax of 800 particles/cm3/km at the free troposphere. Vertical profiles showed that biomass burning aerosols have a tendency to accumulate at the top of the boundary layer, with possible optical implications at surface. Over impacted areas, an increase on particle average diameters, as well as on scattering and CCN activation efficiencies were observed at the free troposphere, possibly due to in cloud aerosol processes. Otherwise, over clean forest areas no significant differences on aerosol properties were observed inside the boundary layer and at the free troposphere. In this way, the two types of Amazonian aerosol particles were characterized in this work: biomass burning and natural biogenic particles. Results showed that biomass burning aging process affected significantly some physical properties of the aerosol population. As for biogenic particles, the biophysical mechanisms that govern their emission and deposition processed are still unclear, so that long range particle flux experiments are required for a better understanding of this issue.