Neste estudo foi feita uma detalhada caracterização das propriedades óticas de partículas de aerossóis biogênicos, de poluição urbana e de queimadas na bacia Amazônia. Foram utilizadas diferentes abordagens, incluindo medidas in-situ e por sensoriamento remoto em várias localidades. Radiômetros solares da rede AERONET e instrumentos de medida de absorção (Aetalômetros e MAAP) e espalhamento (Nefelômetros) foram utilizados no experimento GoAmazon2014/5 que estudou o efeito das emissões urbanas de Manaus nas propriedades de aerossóis. Em regiões impactadas pela queima de biomassa, a forçante radiativa foi quantificada através de medidas da AERONET, separando as contribuições de carbono orgânico (OC) e elementar (EC). Com base apenas nas propriedades óticas dos aerossóis, foi feita uma análise qualitativa dos tipos de aerossóis dominantes durante a queima de biomassa na Amazônia, avaliando seus impactos no balanço radiativo. O OC emitido nas queimadas tem forte efeito de resfriamento no topo da atmosfera, com uma forçante radiativa de -53 ± 17 W/m². O EC é altamente absorvedor e, apesar de estar presente em menor quantidade que o OC, apresenta um forte efeito na forçante radiativa no topo da atmosfera, tornando-a significativamente menos negativa, com efeitos de até -12 ± 9 W/m². As propriedades de absorção e espalhamento associadas com as emissões urbanas da cidade de Manaus foram analisadas. Uma significativa diferença na componente de absorção da profundidade ótica foi observada entre dois sítios localizados vento acima e vento abaixo da pluma urbana. O efeito da absorção é notável principalmente na estação chuvosa, mas também pode ser observado com as plumas de queimadas na estação seca. A partir de medidas in-situ, foi observado que o albedo de espalhamento simples (SSA) médio diminui de 0,92 ± 0,06 antes de Manaus para 0,83 ± 0,11 na região impactada pela pluma urbana durante a estação chuvosa. Medidas in-situ do coeficiente de absorção do particulado PM10 foram realizadas em paralelo com o PM2.5 durante a estação chuvosa na reserva ZF2 para análise da absorção de partículas grossas biogênicas. Em condições de dominância do particulado biogênico, a absorção em 880 nm do PM10 é cerca de 10% superior à absorção do PM2.5 no mesmo comprimento de onda, inferindo a absorção da radiação por partículas biogênicas na moda grossa. / In this study, a detailed characterization of aerosol optical properties for the biological, urban pollution and biomass burning aerosols was performed in the Amazon basin. A number of different approaches were used, including in-situ and remote sensing measurements in several locations. As part of the GoAmazon2014/5 experiment, solar radiometers from AERONET Network and in-situ instruments measuring absorption (Aethalometers and MAAP) and scattering coefficients (Nephelometers) were used to assess the effect of Manaus urban emissions on the aerosol properties. In regions heavily affected by the biomass burning events, the radiative forcing retrieved by AERONET was quantified, separating the contributions of organic carbon (OC) and elemental (EC). Based exclusively on the aerosol optical properties, a qualitative analysis of the dominant aerosol types was performed in the Amazon, assessing its impact on the radiative balance. The OC emitted from biomass burn has strong cooling effect at the top of the atmosphere, presenting an instantaneous radiative forcing of -53 ± 17 W/m². The EC is highly absorbing and, despite its lower concentration compared to the OC, showed a strong effect on the instantaneous radiative forcing at the top of the atmosphere, making it significantly less negative, with an effect up to -12 ± 9 W/m². The absorption and scattering properties associated with the urban emissions from the Manaus city were analyzed. A significant difference on the absorption optical depth was observed between two sites located upwind and downwind of the urban plume, respectively. The effect of absorption is particularly remarkable in the rainy season, but can also be observed with the biomass burning plumes during the dry season. In-situ measurements showed that the averaged single scattering albedo (SSA) decreased from 0.92 ± 0.06 upwind to 0.83 ± 0.11 downwind of Manaus urban plume during the wet season. In-situ measurements of the spectral absorption coefficient of PM10 cut size were performed in parallel with the PM2.5 during the wet season at ZF2 reserve in order to study the light absorption by biological coarse particles. In atmospheric conditions with the dominance of biological particles, the PM10 absorption at 880 nm is up to 10 % higher than the PM2.5 absorption at the same wavelength, inferring the absorption of radiation by coarse mode biological particles.

A cobertura de nuvens e os aerossóis são os dois principais fatores que modulam a energia solar que atinge a superfície e é absorvida pela atmosfera. Esses dois fatores, portanto, têm um papel essencial no clima do planeta. Há atualmente um interesse nos efeitos radiativos dos aerossóis, particularmente por causa da atividade antrópica, que aumenta sua concentração na atmosfera, e por sua íntima relação com a formação de nuvens. Partículas que podem ser ativadas e ganhar água para se tornarem nevoeiro ou gotas de nuvens, na presença de supersaturação de vapor de água, são chamadas de Núcleo de Condensação de Nuvens. O estudo das partículas que aumentam de tamanho com o ganho de água conforme aumenta a umidade relativa (higroscopicidade) torna-se então de fundamental importância no entendimento da contribuição dos aerossóis na regulação do clima do planeta. O LIDAR é um instrumento promissor no estudo da higroscopicidade dos aerossóis atmosféricos, porque pode operar em ambiente não perturbado e em condições muito próximas da saturação. O LIDAR Raman apresenta a vantagem de poder obter o perfil de vapor de água e retroespalhamento de aerossóis no mesmo volume atmosférico e sem nenhuma suposição a priori a respeito da razão LIDAR Este trabalho objetiva avaliar o crescimento higroscópico do material particulado urbano em São Paulo, Brasil, e em Washington, D.C, Estados Unidos durante a campanha NASA-Discover-AQ com o uso da técnica LIDAR Raman, obtendo o fator de crescimento por higroscopicidade. Apesar da metodologia que se baseia na determinação de uma atmosfera bem misturada com o uso de radiossondagem já ter sido utilizada na literatura, este trabalho acrescenta importantes informações, já que não se tem notícias de outros estudos extensos com múltiplos casos feitos com o LIDAR Raman para avaliação de higroscopicidade nos Estados Unidos, bem como é a primeira vez que este estudo é feito em São Paulo, como resultado de três anos de aquisição de dados. Os resultados mostram que é possível identificar o crescimento higroscópico dos aerossóis em ambas os ambientes de estudo, cuja detecção depende de condições atmosféricas que estão raramente presentes, tornando o estudo da higroscopicidade com o LIDAR um desafio que exige uma extensa coleta de dados. Mostram ainda que a determinação da origem e o estudo conjugado das propriedades químicas da população de aerossóis são informações que auxiliariam no entendimento do comportamento higroscópico, aprofundamentos estes que podem ser derivados deste trabalho. / The cloud cover and aerosols are two main factors that modulate the solar energy that reaches the surface and is absorbed by the atmosphere. These two factors therefore have a key role in global climate. There is currently an interest in the radiative effects of aerosols, particularly because of human activity, increasing its concentration in the atmosphere, and its close relationship with cloud formation Particles that can be activated and gain water to form fog or cloud droplets in the presence of water vapor supersaturation, are called Cloud Condensation Nucleus. The study of particles that increase in size because of the uptake of water under increasing relative humidity conditions (hygroscopicity) then becomes of fundamental importance in understanding the contribution of aerosols in regulating the global climate. The LIDAR is a promising tool in the study of hygroscopic properties of atmospheric aerosols, because it can operate in undisturbed environment and much close to saturation conditions. The Raman LIDAR has the advantage of being able to obtain the profile of water vapor and aerosol backscatter at the same atmospheric volume and no a priori assumption of the LIDAR ratio. This study aims to evaluate the hygroscopic growth of urban particulate matter in Sao Paulo, Brazil, and Washington, DC, United States during the NASA-Discover-AQ campaign using the technique Raman LIDAR, getting the growth factor by hygroscopicity . Although the methodology - which is based on determination of a well-mixed atmosphere using radiosonde - have already been described in the literature, this work adds important information, since they do not have other news with multiple cases extensive studies made with the LIDAR Raman hygroscopicity for evaluation in the United States, and is the first time that this study is done in São Paulo, as a result of three years of data acquisition. The results show that it is possible to identify the hygroscopic growth of aerosol in both environments, whose detection depends on atmospheric conditions that are rarely present, making the study of hygroscopic properties with LIDAR a challenge that requires extensive data collection. Also, show that the determination of origin and the combined study of chemical properties of the population of aerosols would assist in the understanding of hygroscopic behavior.

A poluição atmosférica é hoje uma questão que afeta as megacidades por todo o mundo. As partículas de aerossol participam do balanço radiativo, da formação de nuvens, da química atmosférica, e são prejudiciais à saúde da população exposta. A extensão e o rápido crescimento das megacidades têm levado à necessidade do desenvolvimento de ferramentas para o monitoramento da poluição do ar, urbana e regional, por sensoriamento remoto via satélites. Foram analisadas as propriedades ópticas dos aerossóis da região metropolitana de São Paulo com medidas obtidas por fotômetros da rede mundial AERONET (Aerosol Robotic Network) operada pela NASA. Foi desenvolvida uma nova metodologia para a determinação da espessura óptica das partículas de aerossol com alta resolução espacial de 1x1 km, sobre a região metropolitana de São Paulo, por satélite. Cinco modelos ópticos de aerossol, representativos da região, foram definidos como função do albedo simples. No comprimento de onda de 550 nm, os modelos possuem valores de albedo simples que variam de 0,83 a 0,93. Foram utilizadas medidas de radiâncias obtidas com o sensor MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer), a bordo dos satélites Terra e Aqua da NASA. Extensos testes de sensibilidade foram realizados, analisando o papel do albedo simples, parâmetro de assimetria, refletância de superfície, vapor de água e outras propriedades na espessura óptica derivada. O algoritmo desenvolvido utiliza a propriedade de refletância crítica, que pode ser obtida pelo próprio sensor, para determinar o modelo de aerossol a ser empregado. Este procedimento permitiu a identificação mais precisa do modelo de aerossol, de forma dinâmica e interativa, reduzindo a incerteza na determinação da espessura óptica em alta resolução com o sensor MODIS. Os resultados de validação mostraram uma melhora significativa na comparação entre os produtos de espessura óptica obtidos com o sensor MODIS, quando comparado com as medidas de referência obtidas com radiômetros em superfície. Foram obtidos com esta metodologia mapas com a distribuição espacial de aerossóis com resolução de 1x1 km. Os estudos de casos também apresentaram a potencialidade do método em identificar o modelo de aerossol mais adequado, seja em eventos de poluição local, seja de transporte de poluentes de longa distância. Os modelos e procedimentos desenvolvidos podem ser aplicados a outras regiões urbanas, após as devidas validações. Como ferramenta complementar ao monitoramento ambiental de estações de superfície o produto apresentado pode-se tornar operacional e ser utilizado em rotina por órgãos de controle ambiental em megacidades, como, por exemplo, pela CETESB em São Paulo / Urban air pollution is a public concern in all megacities around the world. Aerosol particles are active participants in the atmospheric energy budget, cloud properties, atmospheric chemistry and have adverse effects on human health. The spatial extension and the high growth rate of the megacities show the need of the use of remote sensing technologies on urban air pollution monitoring. Optical properties of São Paulo aerosol particles were analyzed using global sun photometer measurements from the AERONET (Aerosol Robotic Network) operated by NASA. A new methodology was developed to retrieve aerosol optical thickness in 1x1 km resolution over São Paulo metropolitan area from satelites measurements. Five aerosol optical models representative of the region were defined as a function of the single scattering albedo. The single scattering albedo in 550 nm varied from 0,83 to 0,93 in the models. Radiances were used from MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer) sensor on Terra and Aqua NASA platforms. Sensitivities studies have shown the importance of the single scattering albedo, assymmetry parameter, surface reflectance, water vapor and other properties in the aerosol optical thickness retrieval from space. The developed algorithm uses the critical reflectance aerosol property, that is obtainable from the sensor measurements, to identify the aerosol model to be used. This procedure allow a more precise and dynamic definition of the aerosol model, reducing the uncertainties in the aerosol optical thickness retrieved from the MODIS sensor. Validation results have shown a significant improvement in a comparison between aerosol optical thickness obtained from MODIS and from surface radiometers measurements. Aerosol optical thickness images with 1x1 km resolution were obtained with this methodology and shows that the increase in the resolution of the aerosol optical thickness provides a more effective monitoring of the aerosol distribution in São Paulo. The case studies have shown the potentiality of this methodology to identify an adequate aerosol model, for both local aerosol pollution and in the long distance transport of pollutants. The models and procedures developed in this work can be applied in other urban regions with the appropriate validation. The presented product can be operational and used as routine measurement by environmental agencies in megacities, as an example, for CETESB in São Paulo, as a complementary tool to the regular ground based particulate matter monitoring.

Foi avaliado quantitativamente o impacto que as atividades antropogênicas da cidade de Manaus causam na composição elementar dos aerossóis na Amazônia central. Para isso, foram amostrados aerossóis em três sítios experimentais entre 2014 e 2015: 1) ZF2, sítio com floresta preservada, 2) Hotel TIWA com impacto direto de emissões de Manaus e 3) Manacapuru sítio vento abaixo da cidade de Manaus. Dos filtros coletados obteve-se a concentração de diferentes componentes do material particulado (MP): Black Carbon Equivalente (BCe), elementos traço (Na até Pb), concentração de MP e carbono elementar e orgânico (EC e OC) separados em MP Fino (MPF, diâmetro menor que 2,5µm) e MP grosso (MPG, diâmetro entre 2,5µm e 10µm). A concentração média de MPF apresentou forte sazonalidade em todos os sítios com concentrações variando de 2,3±2,7µg/m³ para 5,5±2,7µg/m³ na ZF2 e 3,7±2,0µg/m³ para 11,0±7,6µg/m³ no TIWA na estação chuvosa e seca, respectivamente. Elementos traços associados a processos industriais e/ou veiculares apresentaram concentração média de aproximadamente 2 a 6 vezes maior no sítio TIWA que na ZF2. O balanço de massa indicou que entre 50% e 80% do MPF foi de matéria orgânica (MO), 15% a 20% foi de sulfato e de 8 a 20% de BCe. Comparações entre as concentrações de MO, indicaram aerossol mais envelhecido em Manacapuru. A aplicação da Análise de Componentes Principais Absoluta (ACPA) no MPF extraiu fatores regionais em todos os sítios: queima de biomassa, poeira mineral e aerossol marinho, além de fatores como poluição industrial e veicular nos sítios afetados pela pluma de Manaus. Além desses fatores encontrados pela ACPA, o método Positive Matrix Factorization (PMF) extraiu um fator biogênico no MPF e mais de um fator marinho para o MPG relacionados com o processamento do aerossol marinho. A concentração de MP extraído no TIWA para fatores diretamente relacionados com atividade antropogênica é em média de 905ng/m³ (MPF) e 1285ng/m³ (MPG). / This work quantitatively investigated the impact of anthropogenic emissions from Manaus City on the elemental composition of aerosol at Central Amazonia collecting particulate matter (PM) from 2014 to 2015 at ZF2, upwind of Manaus and TIWA and Manacapuru, downwind of Manaus. From the filters collected, different components of the PM were measured: equivalent Black Carbon (eBC), trace elements (Na to Pb), PM concentration and Elemental and Organic Carbon (EC and OC) with fine (FPM, diameter < 2.5um) and coarse (CPM, 2.5um < diameter < 10um) mode separated. At the dry season, FPM concentration was 5,5ug/m³ at ZF2 and 11,0ug/m³ at TIWA and for the CPM it was of 5,5ug/m³, 7,1ug/m³, respectively. During the wet season, reduction on the concentration of all sites at both modes was observed. Mass Balance Analysis showed that Organic Matter (OM) varied approximately from 50% to 80%, sulfate from 15% to 20% and eBC from 8% to 20% for the FPM. Comparisons between OM, obtained through spectrometry, and OC showed a more aged aerosol at Manacapuru than at TIWA. Absolute Principal Components Analysis (APCA) extracted three main factors at all sites for the FPM: biomass burning, marine aerosol and soil dust whilst PMF could also extract a biogenic factor. For the sites downwind of Manaus, factors related with anthropogenic emission were extracted. For the CPM three factors were identified at all sites: biogenic emission, soil dust and marine aerosol. PMF also found a second factor related with Cl depletion on marine aerosol. At the site TIWA both methods extracted a factor identified as pollution and PMF also found a factor related with vehicular emissions whilst at Manacapuru on APCA extracted a pollution factor. Direct anthropogenic emissions vehicular and pollution factors - at TIWA varies from 880ng/m³ (ACPA) to 930ng/m³ (PMF) in fine mode. In the coarse mode 790ng/m³ (APCA) to 1780ng/m³ (PMF).

Foram analisadas as principais propriedades ópticas do aerossol atmosférico a partir dos radiômetros da rede NASA/AERONET em três regiões de interesse: o Norte da Amazônia, a região do arco do desflorestamento, e a região do cerrado. A metodologia envolveu a obtenção da espessura óptica do aerossol (), distribuição de tamanho, albedo de espalhamento único (0), e outras propriedades com o uso de radiômetros CIMEL operados pela rede de fotômetros NASA/AERONET. Foram determinadas propriedades ópticas de aerossóis biogênicos naturais, bem como das emissões de queimadas. Observaram-se profundas modificações nas propriedades do aerossol durante a estação seca, como decorrência de emissões de queimadas. A profundidade óptica do aerossol, 500nm, aumentou de um valor de background de 0,15±0,13 durante a estação chuvosa, para valores médios diários da ordem de 2,5 a 3,5, o que indica uma atmosfera extremamente carregada de aerossóis na região do arco do desflorestamento. O coeficiente de Ångström, que expressa o tamanho das partículas, aumentou significativamente durante a estação de queimadas para altos valores de , indicando a predominância de partículas finas nessa época do ano, aumento esse que também é visto no volume da moda fina da distribuição de tamanho na região do arco do desflorestamento, com um pico no raio de 0,15 m. O aerossol biogênico natural está presente durante todo o ano, em todos os locais analisados. da região Amazônica. O aerossol produzido secundariamente na atmosfera, pela oxidação de compostos emitidos pela vegetação, contribui para o volume da moda fina, enquanto que as partículas primárias emitidas pela floresta contribuem para a moda grossa. Das propriedades intrínsecas do aerossol, observou-se que o albedo de espalhamento único do aerossol (0) tem valor médio de 0,920,03 nas estações do arco do desflorestamento. Em Cuiabá foi possível observar duas modas de valores de 0, uma correspondente ao aerossol natural do cerrado com valor de 0,84±0,05, e outra correspondente a queimadas de longa distância com valor de 0,92±0,03, compatível com as estações do arco do desflorestamento. O Norte da Amazônia foi caracterizado por aerossol extremamente espalhador, com albedo de 0,98±0,01 durante a estação chuvosa em Balbina. O impacto climático dos aerossóis foi quantificado através das inversões de forçante radiativa direta do aerossol da AERONET. A forçante radiativa instantânea no topo da atmosfera chegou a -100 W.m-2 na região do arco de desflorestamento. O valor de eficiência de forçante do aerossol na Amazônia variou entre 38,6 W.m-2.-1, em Alta Floresta, a 50,9 W.m-2.-1 em Belterra. Foi também realizada uma análise entre as medidas integradas na coluna atmosférica com medidas de concentração de aerossóis ao nível do solo. Nesse intuito, estudou-se a relação da profundidade óptica do aerossol obtida pelos radiômetros da AERONET e a concentração de material particulado fino, MP2,5 obtida ao nível do solo. A regressão linear encontrada foi de MP2,5 = (37±2)500 + (5±2) em unidades de [g.m-3] para a região do arco do desflorestamento, e MP2,5 = (30,7±1,3)500 + (0,08±0,40) nas mesmas unidades, para a região de Belterra. A validação feita com obtido independentemente pelo sensor MODIS mostrou que a relação é adequada para o arco do desflorestamento e a profundidade óptica do aerossol obtida por ambos os métodos pode ser usada alternativamente para estudos de efeitos de material particulado na saúde humana. / This work has analyzed the main optical properties of atmospheric aerosol particles in three regions of interest: the Northern Amazon region, the arc of deforestation and the Brazilian cerrado. The methodology involved the measurement of aerosol optical thickness (), size distribution, single scattering albedo (0), and other properties with the use of CIMEL radiometers that are part of a sun-photometer network operated by AERONET/NASA. It was determined the optical properties of natural biogenic aerosols as well as emissions from biomass burning. We observed large changes in the physical properties of aerosols during the dry season, as a result of emissions from fires. The aerosol optical depth at 500nm, 500nm increased from a background value of 0.15 ± 0.13 during the wet season for the daily average values of 2.5 to 3.5, indicating a highly loaded atmosphere in the region of the arc of deforestation. The Ångström coefficient, which indicates the particle size, increased significantly during the burning season for high values of , indicating the predominance of fine particles in this season. This increase due to biomass burning is also observed in the volume size distribution, with a large peak centered at a radius of 0.15 m. The natural biogenic aerosol is present throughout the year in all locations studied in the Amazon region with similar properties. The secondary organic aerosol produced in the atmosphere by oxidation of compounds emitted by the vegetation contributes to the volume of fine mode, while the primary particles emitted by the forest contribute to the coarse mode. The intrinsic properties of the aerosol were also analyzed. It was observed that the single scattering albedo of the aerosol (0) has an average value of 0.92 0.03 in the stations close to the region of the arc of deforestation. In Cuiabá it was possible to observe two modes in the distribution of 0, corresponding to a natural aerosol from the cerrado with an average value of 0.84 ± 0.05, and other mode corresponding to fires from long range transport with a relatively high value of 0.92 ± 0.03, consistent with the measurements at the arc of deforestation. The northern Amazon region was characterized by extremely scattering aerosols with albedo of 0.98 ± 0.01 during the rainy season in Balbina. The climate impact of aerosols was characterized by aerosol direct radiative forcing from inversions calculations by AERONET. The instantaneous radiative forcing at the top of the atmosphere reached a very high -100 Wm-2 in the region of the arc of deforestation. The value of the aerosol forcing efficiency in the Amazon ranged from -38.6 Wm-2.-1 in Alta Floresta, to -50.9 Wm-2.-1 in Belterra, compatible with measurements using other methods. This work also has done an analysis of the comparison between 500nm column measurements from AERONET and ground based aerosol concentrations. It was studied in detail the relationship of the aerosol optical depth obtained by the AERONET radiometers with the concentration of fine particulate matter, PM2.5 obtained at ground level in several sites in Amazonia. We found a statistically significant correlation and it was derived a linear regression of PM2.5 = (37±2) AOD500 + (5±2) in g/m³ in the region of the deforestation arc calculated from data in the period of 2001-2006. In addition, estimates from MODIS aerosol optical depth was used to calculate ground based PM2.5 concentrations, with statistically significant agreement. This technique is very useful to assess health effects of aerosols in Amazonia.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-04-07T12:17:01Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese Jacqueline de Melo Barcelar.pdf: 3333608 bytes, checksum: d7849dcedc1b6dee2fbe9f66139aa42c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-07T12:17:01Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese Jacqueline de Melo Barcelar.pdf: 3333608 bytes, checksum: d7849dcedc1b6dee2fbe9f66139aa42c (MD5) Previous issue date: 2016-03-04 / Introdução: A obesidade é um fator de risco para asma, cujo tratamento principal consiste no uso dos aerossóis inalados. Entretanto, não existem dados na literatura a cerca do padrão de deposição de aerossol em indivíduos obesos não asmáticos e asmáticos. Além disso, existe uma lacuna no conhecimento do uso do heliox nesta população, pois este gás diminui a resistência ao fluxo aéreo e aumenta a ventilação. Objetivo: 1-Analisar a distribuição e deposição pulmonar e extrapulmonar de radioaerossol em mulheres adultas saudáveis com peso normal e obesas e 2-Analisar a distribuição e deposição pulmonar de radioaerossol, após inalação de radiofármaco carreado por oxigênio e heliox, em mulheres obesas não asmáticas e asmáticas, através de cintilografia pulmonar. Método: O estudo foi realizado em duas partes. A primeira um corte transversal com 29 mulheres: 15 obesas (IMC ≥30 kg/m2) e 14 com IMC =18,5–24,9 kg/m2. A segunda parte foi um ensaio clínico randomizado e crossover com mulheres obesas (IMC ≥30 kg/m2), 10 não asmáticas e 10 asmáticas estáveis. Todas as participantes inalaram 99mTc-DTPA tecnésio, com atividade de 37MBq (Megabequereis), associado a 0,9% de solução salina. Na primeira parte foi utilizado um nebulizador de membrana (NM) (Adágio, Dance Biopharm, San Francisco, CA) ativado pela respiração (volume solução=0,2mL). Na segunda parte foi utilizado o mesmo radiofármaco associado a 0.9% de solução salina e broncodilatadores, (volume solução= 1,5mL), utilizando NM (Aerogen® Solo, Aerogen Ltd, Galway, Irlanda) associado ao gás oxigênio ou heliox. Após a inalação, foram adquiridas as imagens cintilográficas de tórax posterior e anterior, face e equipamentos, com tempo 300 segundos para cada imagem. Para analisar as imagens foram criadas regiões de interesse (ROI) para regiões pulmonares e extra pulmonar. Resultados: No primeiro estudo, verificou-se maior deposição do radioaerossol nas vias aéreas superiores no grupo de obesas comparado com as de peso normal (9,54±3,68% versus 4,94±1,92%, p=0,002). Na comparação entre os grupos, os gradientes horizontal e vertical apresentaram padrão de distribuição semelhante, apesar de maior deposição pulmonar ter ocorrido em mulheres com peso normal (61,65 ± 7,37% versus 46,48 ± 8,94%, p<0,001). No segundo estudo, ao respirar oxigênio, o grupo de asmáticas apresentou 5% maior deposição pulmonar em comparação as não-asmáticas (p =0,016), e maior deposição do radioaerossol nas áreas centrais no pulmão direito (0,90±0,23 versus 0,71±1,13; p<0,05). Não foram observadas diferenças significativas na deposição pulmonar de radioaerossol entre os grupos com o uso do heliox, porém foi encontrada redução significativa do radioaerossol no nível de orofaringe nas não asmáticas (p=0,009) e aumento no filtro expiratório (p=0,023). Conclusão: Mulheres obesas demonstraram reduzida deposição pulmonar de radioaerossol e maior deposição na região da orofaringe quando comparadas com as mulheres com peso normal. Na segunda parte do estudo, as mulheres asmáticas apresentaram maior deposição pulmonar total e na região central de radioaerossol comparada com as mulheres obesas não asmáticas. Utilizando heliox, não foi observado aumento da deposição pulmonar de radioaerossol nas mulheres obesas não asmáticas e asmáticas. Entretanto, o heliox diminuiu a deposição de radioaerossol na orofaringe das mulheres obesas não asmáticas. / Introduction: Obesity is a risk factor for asthma the treatment is mainly with the use of inhaled aerosols. However, there is no data in the literature about the aerosol deposition pattern in obese subjects with and without asthma. Furthermore, there is a lack in knowledge regarding the use of heliox in this population, since the gas reduces the airflow resistance and increased ventilation. Objective: 1- Analyze radioaerosol distribution and deposition in pulmonary and extrapulmonary in healthy adult women with normal weight and obese, 2- Assess distribution and pulmonary and extrapulmonary deposition of radioaerosol, after radiolabel inhalation carried by oxygen and heliox in non-asthmatic and asthmatic obese women with stable asthma using pulmonary scintigraphy. Method: The study was conducted in two stages. The first was a cross-section with 28 women: 15 obese (BMI ≥30kg/m2) and 14 with BMI =18.5-24.9kg/m2. The second part was a randomized crossover trial, with obese women (BMI ≥ 30 kg/m2), 10 non-asthmatic and 10 asthmatic stable asthma. All subjects inhaled technetium 99m Tc-DTPA with 37 MBq (Megabecquerels) activity associated with 0.9% saline. In the first part was used a nebulizer membrane (NM) (Adage, Dance Biopharm, San Francisco, CA) activated by breath (solution volume = 0.2 mL). In the second part was used the same radiopharmaceutical associated with 0.9% saline and bronchodilators (solution volume =1.5mL) using NM (Aerogen® Solo, Aerogen Ltd, Galway, Ireland) associated with the gas oxygen or heliox. After inhalation were acquired the scintigraphic images of posterior and anterior chest, face and equipment, with time 300 seconds for each image. To analyze the images were created regions of interest (ROI) for pulmonary and extra pulmonary regions. Results: In the first study, a higher deposition radioaerossol upper airways in obese group compared with those of normal weight (9.54±3.68% versus 4.94±1.92%, p=0.002). Comparing the groups, the horizontal and vertical gradients showed similar distribution pattern, although greater lung deposition occurred in women with normal weight (61.65±7.37% versus 46.48±8.94%, P<0.001). In the second study, breathing oxygen, the asthmatic group had 5% higher lung deposition compared to non-asthmatics (p=0.016), and increased deposition of radioaerossol in the central areas in the right lung (0.90±0.23 versus 0.71±1.13; p<0.05). Significant differences in lung deposition of radioaerosol between groups with use of heliox, but found significant reduction of radioaerosol in the level of the oropharynx without asthma (p=0.009) and increase in expiratory filter were observed (p=0.023). In the second part of the study, asthmatic women showed higher total lung deposition and central radioaerossol compared with obese women without asthma. Using heliox was not observed increased lung deposition radioaerossol in obese women without asthma and asthma. However, heliox decreased deposition radioaerossol oropharyngeal obese women without asthma

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Foi avaliado quantitativamente o impacto que as atividades antropogênicas da cidade de Manaus causam na composição elementar dos aerossóis na Amazônia central. Para isso, foram amostrados aerossóis em três sítios experimentais entre 2014 e 2015: 1) ZF2, sítio com floresta preservada, 2) Hotel TIWA com impacto direto de emissões de Manaus e 3) Manacapuru sítio vento abaixo da cidade de Manaus. Dos filtros coletados obteve-se a concentração de diferentes componentes do material particulado (MP): Black Carbon Equivalente (BCe), elementos traço (Na até Pb), concentração de MP e carbono elementar e orgânico (EC e OC) separados em MP Fino (MPF, diâmetro menor que 2,5µm) e MP grosso (MPG, diâmetro entre 2,5µm e 10µm). A concentração média de MPF apresentou forte sazonalidade em todos os sítios com concentrações variando de 2,3±2,7µg/m³ para 5,5±2,7µg/m³ na ZF2 e 3,7±2,0µg/m³ para 11,0±7,6µg/m³ no TIWA na estação chuvosa e seca, respectivamente. Elementos traços associados a processos industriais e/ou veiculares apresentaram concentração média de aproximadamente 2 a 6 vezes maior no sítio TIWA que na ZF2. O balanço de massa indicou que entre 50% e 80% do MPF foi de matéria orgânica (MO), 15% a 20% foi de sulfato e de 8 a 20% de BCe. Comparações entre as concentrações de MO, indicaram aerossol mais envelhecido em Manacapuru. A aplicação da Análise de Componentes Principais Absoluta (ACPA) no MPF extraiu fatores regionais em todos os sítios: queima de biomassa, poeira mineral e aerossol marinho, além de fatores como poluição industrial e veicular nos sítios afetados pela pluma de Manaus. Além desses fatores encontrados pela ACPA, o método Positive Matrix Factorization (PMF) extraiu um fator biogênico no MPF e mais de um fator marinho para o MPG relacionados com o processamento do aerossol marinho. A concentração de MP extraído no TIWA para fatores diretamente relacionados com atividade antropogênica é em média de 905ng/m³ (MPF) e 1285ng/m³ (MPG). / This work quantitatively investigated the impact of anthropogenic emissions from Manaus City on the elemental composition of aerosol at Central Amazonia collecting particulate matter (PM) from 2014 to 2015 at ZF2, upwind of Manaus and TIWA and Manacapuru, downwind of Manaus. From the filters collected, different components of the PM were measured: equivalent Black Carbon (eBC), trace elements (Na to Pb), PM concentration and Elemental and Organic Carbon (EC and OC) with fine (FPM, diameter < 2.5um) and coarse (CPM, 2.5um < diameter < 10um) mode separated. At the dry season, FPM concentration was 5,5ug/m³ at ZF2 and 11,0ug/m³ at TIWA and for the CPM it was of 5,5ug/m³, 7,1ug/m³, respectively. During the wet season, reduction on the concentration of all sites at both modes was observed. Mass Balance Analysis showed that Organic Matter (OM) varied approximately from 50% to 80%, sulfate from 15% to 20% and eBC from 8% to 20% for the FPM. Comparisons between OM, obtained through spectrometry, and OC showed a more aged aerosol at Manacapuru than at TIWA. Absolute Principal Components Analysis (APCA) extracted three main factors at all sites for the FPM: biomass burning, marine aerosol and soil dust whilst PMF could also extract a biogenic factor. For the sites downwind of Manaus, factors related with anthropogenic emission were extracted. For the CPM three factors were identified at all sites: biogenic emission, soil dust and marine aerosol. PMF also found a second factor related with Cl depletion on marine aerosol. At the site TIWA both methods extracted a factor identified as pollution and PMF also found a factor related with vehicular emissions whilst at Manacapuru on APCA extracted a pollution factor. Direct anthropogenic emissions vehicular and pollution factors - at TIWA varies from 880ng/m³ (ACPA) to 930ng/m³ (PMF) in fine mode. In the coarse mode 790ng/m³ (APCA) to 1780ng/m³ (PMF).

Neste estudo foi feita uma detalhada caracterização das propriedades óticas de partículas de aerossóis biogênicos, de poluição urbana e de queimadas na bacia Amazônia. Foram utilizadas diferentes abordagens, incluindo medidas in-situ e por sensoriamento remoto em várias localidades. Radiômetros solares da rede AERONET e instrumentos de medida de absorção (Aetalômetros e MAAP) e espalhamento (Nefelômetros) foram utilizados no experimento GoAmazon2014/5 que estudou o efeito das emissões urbanas de Manaus nas propriedades de aerossóis. Em regiões impactadas pela queima de biomassa, a forçante radiativa foi quantificada através de medidas da AERONET, separando as contribuições de carbono orgânico (OC) e elementar (EC). Com base apenas nas propriedades óticas dos aerossóis, foi feita uma análise qualitativa dos tipos de aerossóis dominantes durante a queima de biomassa na Amazônia, avaliando seus impactos no balanço radiativo. O OC emitido nas queimadas tem forte efeito de resfriamento no topo da atmosfera, com uma forçante radiativa de -53 ± 17 W/m². O EC é altamente absorvedor e, apesar de estar presente em menor quantidade que o OC, apresenta um forte efeito na forçante radiativa no topo da atmosfera, tornando-a significativamente menos negativa, com efeitos de até -12 ± 9 W/m². As propriedades de absorção e espalhamento associadas com as emissões urbanas da cidade de Manaus foram analisadas. Uma significativa diferença na componente de absorção da profundidade ótica foi observada entre dois sítios localizados vento acima e vento abaixo da pluma urbana. O efeito da absorção é notável principalmente na estação chuvosa, mas também pode ser observado com as plumas de queimadas na estação seca. A partir de medidas in-situ, foi observado que o albedo de espalhamento simples (SSA) médio diminui de 0,92 ± 0,06 antes de Manaus para 0,83 ± 0,11 na região impactada pela pluma urbana durante a estação chuvosa. Medidas in-situ do coeficiente de absorção do particulado PM10 foram realizadas em paralelo com o PM2.5 durante a estação chuvosa na reserva ZF2 para análise da absorção de partículas grossas biogênicas. Em condições de dominância do particulado biogênico, a absorção em 880 nm do PM10 é cerca de 10% superior à absorção do PM2.5 no mesmo comprimento de onda, inferindo a absorção da radiação por partículas biogênicas na moda grossa. / In this study, a detailed characterization of aerosol optical properties for the biological, urban pollution and biomass burning aerosols was performed in the Amazon basin. A number of different approaches were used, including in-situ and remote sensing measurements in several locations. As part of the GoAmazon2014/5 experiment, solar radiometers from AERONET Network and in-situ instruments measuring absorption (Aethalometers and MAAP) and scattering coefficients (Nephelometers) were used to assess the effect of Manaus urban emissions on the aerosol properties. In regions heavily affected by the biomass burning events, the radiative forcing retrieved by AERONET was quantified, separating the contributions of organic carbon (OC) and elemental (EC). Based exclusively on the aerosol optical properties, a qualitative analysis of the dominant aerosol types was performed in the Amazon, assessing its impact on the radiative balance. The OC emitted from biomass burn has strong cooling effect at the top of the atmosphere, presenting an instantaneous radiative forcing of -53 ± 17 W/m². The EC is highly absorbing and, despite its lower concentration compared to the OC, showed a strong effect on the instantaneous radiative forcing at the top of the atmosphere, making it significantly less negative, with an effect up to -12 ± 9 W/m². The absorption and scattering properties associated with the urban emissions from the Manaus city were analyzed. A significant difference on the absorption optical depth was observed between two sites located upwind and downwind of the urban plume, respectively. The effect of absorption is particularly remarkable in the rainy season, but can also be observed with the biomass burning plumes during the dry season. In-situ measurements showed that the averaged single scattering albedo (SSA) decreased from 0.92 ± 0.06 upwind to 0.83 ± 0.11 downwind of Manaus urban plume during the wet season. In-situ measurements of the spectral absorption coefficient of PM10 cut size were performed in parallel with the PM2.5 during the wet season at ZF2 reserve in order to study the light absorption by biological coarse particles. In atmospheric conditions with the dominance of biological particles, the PM10 absorption at 880 nm is up to 10 % higher than the PM2.5 absorption at the same wavelength, inferring the absorption of radiation by coarse mode biological particles.

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.