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

Metodologias que sejam padronizadas e consolidadas para quantificar carbono em florestas tropicais vem sendo discutidas em convenções climáticas. Este trabalho contribui para a estimativa de biomassa e carbono estocado na parte aérea de áreas de restauração da Mata Atlântica em torno de reservatórios localizados no Pontal do Paranapanema utilizando tecnologia LiDAR (Light Detection and Ranging). Procurou-se explorar o acúmulo e o estoque de carbono em três florestas em diferentes condições de sucessão: duas florestas caracterizdas como madura e a floresta restaurada. Na primeira etapa do trabalho, houve a escolha das equações alométricas encontradas em literatura para determinar a quantidade de carbono em cada uma das áreas utilizando variáveis medidas em campo. Assim, foi utilizada a equação de Ferez et al. (2015), ajustada em floresta restaurada da Mata Atlântica, para quantificar o carbono da área de estudo. Na segunda etapa do trabalho, procurou-se estimar a taxa de incremento do estoque de carbono da parte aérea, utilizando as variáveis medidas em campo obtidas em duas campanhas, nos anos de 2015 e 2016. O corredor restaurado apresentou média de 7,1 Mg.C.ha-1, a floresta madura da ESEC apresentou 39,9 Mg.C.ha-1, e a floresta madura do Morro do Diabo apresentou 45,2 Mg.C.ha-1 para o ano de 2016. A fixação anual encontrada na variação do estoque de 2015 para 2016 foi de 1,2 Mg.ha-1.ano-1 para a floresta restaurada, 1,6 Mg.ha-1.ano-1 para a floresta madura da ESEC e 2.5 Mg.ha-1.ano-1 para a floresta madura do MD. A terceira etapa do trabalho traz a modelagem realizada com dados LiDAR e dados do inventário convencional. Após utilizados métodos estatísticos para seleção de modelo, coeficiente de determinação ajustado, critério de Akaike e erro padrão da estimativa, o modelo escolhido utiliza as métricas percentil 90 e porcentagem de retornos acima de 50cm do solo para estimar carbono acima do solo, obtendo como coeficiente de determinação 0,78. A extrapolação para a área total pelo método do inventário convencional e pelo método da modelagem LiDAR apresentaram diferenças, demonstrando a utilização do LiDAR para reconhecer e retirar informações de áreas não amostradas. O quarto capítulo dessa dissertação traz a variação de carbono estimado pela modelagem com métricas LiDAR para os anos de 2015 e 2016, além do mapa do estocagem evidenciando os locais de maior sucesso e os de menor. A tecnologia LiDAR se mostrou eficiente em captar a variação ocorrida no intervalo de um ano e na quantificação de carbono. / The establishment of methodologies used to quantify carbon in tropical forests are one of the main topics on climate conventions. This project contributes to the estimation of biomass and aboveground carbon stored around reservoirs located in Pontal do Paranapanema, São Paulo - Brazil, using Light Detection and Ranging (LiDAR) technology. The objective was to explore the accumulation of aboveground carbon stored in three different succession conditions: mature, secondary and restored forest. The first chapter of this thesis shows the common allometric equations found in literature used to determine the amount of carbon in each area using field variables. However, the chosen allometric equation was developed by Ferez et al. (2015), because it was adjusted in similar areas than the area of this work. Thus, the restored corridor presented a mean of 7.1 Mg.C.ha-1, the secondary forest 39.9 Mg.C.ha-1 and the mature forest 45.2 Mg.C.ha-1 for the year of 2016. The annual fixation found was about 1.2 Mg.ha-1 for the restored forest, 1.6 Mg.ha-1 for the secondary forest and 2.5 Mg.ha-1 for the mature one. The second article brings the modeling performed with LiDAR data and traditional field inventory data. After using statistical methods for model selection, the chosen model uses two metrics: percentile 90 and percentage of returns above 50 cm of height to estimate aboveground carbon The extrapolation to the total area by traditional inventory and LiDAR modeling showed differences, demonstrating the efficiency of LiDAR to recognize information from non-sampled areas. The last chapter of the thesis brings the variation of carbon using LiDAR data through the years of 2015 and 2016. LiDAR data showed to be useful for measuring aboveground carbon and to detect the increment of the carbon stock over a year.

As regiões de cultivo de eucalipto apresentam um grande número de variações ambientais em nível microrregional, como pode ser facilmente constatado quando se observam as diferenças expressivas entre as produtividades florestais de cada área. No entanto, para se avaliar um ambiente, é necessário identificar segmentos específicos dentro de uma paisagem, tratando-se de uma propriedade florestal e, dentro desse estudo, buscar a compreensão das interações que aí se processam. Este trabalho contribui para entender o efeito da face de exposição solar no crescimento de plantios comerciais de Eucalyptus. A proposta metodológica apresentada leva em consideração o conhecimento do meio físico - tendo como base a fisiografia para distinção das faces de exposição solar- além disso, a interação dos fatores fisiográficos com os fatores biológicos são discutidos para subsidiar a tomada de decisão. A acentuada interação genótipo x ambiente presente em muitas culturas faz com que estudos de adaptabilidade a ambientes específicos sejam parte integrante dos programas de pesquisa florestal. A resposta diferenciada dos genótipos a ambientes favoráveis e desfavoráveis pode auxiliar o gestor florestal na alocação assertiva dos materiais genéticos para maximizar a produtividade. O escaneamento a laser aerotransportado, ferramenta de uso precoce no Brasil, é um sensor óptico ativo que mede a distância até os objetos-alvo e foi utilizado para a obtenção da altura das árvores. A área de estudo está localizada na região sudoeste do estado de São Paulo. Dentre as métricas disponíveis do processamento utilizou o percentil 90 de altura para estimar a altura de plantios comerciais homogêneos de Eucalyptus. Elaborou-se a análise de variância considerando um delineamento fatorial contemplando a face de exposição solar (norte e sul) e o material genético (clones comerciais), além da interação entre ambos para observar o efeito da face no crescimento em altura do povoamento. Para florestas abaixo de quatro anos de idade observou-se que os plantios de face sul cresceram menos que os da face norte. Para florestas acima de 5 anos essa diferença entre face continua, contudo, quando concluído o desdobramento da interação fatorial observou-se que os materiais genéticos plantados em face norte não diferem entre si, mas a diferença se mantém para florestas em face sul. / The eucalyptus cultivation regions boast a large number of environmental variables in micro-regional level, as can easily be seen when studying the expressive differences between the productivity of each forest area. To evaluate an environment, however, it is necessary to identify specific segments within a landscape with regards to a forest property and within that landscape study to seek the understanding of the interactions that takes place in the process. This work contributes to a better understanding of the effect of the aspect on growth in commercial plantations of Eucalyptus. The methodological approach presented in this work takes into account the knowledge of the physical environment, based on physiography, for distinction of aspect on environments, in addition to showing the interaction of physiographic factors with biological factors to support the decision-making process. The sharp interaction genotype x environment present in many cultures leads to studies of adaptability to specific environments to become integral parts of forestry research programs. The differentiated response of genotypes to favorable and unfavorable environments can assist forest managers in the allocation of assertive genetic materials to maximize productivity. The airborne laser scanning, which is an early tool used in Brazil, is an active optical sensor that measures the distance to the target objects, was used to obtain the height of the trees. The study area is located in the southwestern region of the State of São Paulo in Brazil. Among the available processing metrics, it was used 90 percentiles in height to estimate the height of homogeneous commercial plantations of Eucalyptus. A variance analysis was devised considering a factorial design contemplating the aspect (North and South) and genetic material (commercial clones), besides the interaction between both to observe the effect of the exposure on the height growth of the settlement. To forests below four years of age, it was observed that the plantations of the South exposure grow less than the north exposure. For forests above five years, this difference between aspect continues, however, when the deployment of factorial interactions is done, it\'s observed that the genetic materials planted in the north exposure do not differ with each other, but the difference stands within forests in the South exposure.

A Tomografia por Coerência Óptica (OCT) baseia-se na propriedade de retroespalhamento dos meios para construir imagens tomográficas do interior das amostras. De maneira similar, a técnica LIDAR (Light Detection and Range) faz uso desta propriedade para determinar as características da atmosfera, em especial o coeficiente de extinção do sinal. Explorar esta similaridade permitiu aplicar métodos de inversão utilizados na técnica LIDAR às imagens OCT, permitindo construir imagens de coeficiente de extinção, resultado inédito até o momento. Este trabalho teve o objetivo de estudar, propor, desenvolver e implementar algoritmos de métodos de inversão do sinal OCT para determinação do coeficiente de extinção em função da profundidade. Foram utilizados três métodos de inversão, da inclinação, do ponto de contorno e da profundidade óptica, com implementação em ambiente LABView® . Estudo dos erros associados aos métodos de inversão foi realizado e, amostras reais (homogêneas e estratificadas) foram utilizadas para análises em uma e duas dimensões. As imagens de coeficiente de extinção obtidas pelo método da profundidade óptica claramente foram capazes de diferenciar o ar da amostra. As imagens foram estudadas empregando PCA e análise de clusters que avaliou a robustez da técnica em determinar o valor do coeficiente de extinção da amostra. Além disso, o método da profundidade óptica proposto foi empregado para estudar a hipótese de que existe correlação entre o coeficiente de extinção do sinal e a desmineralização de esmalte dental durante o processo cariogênico. Com a aplicação desta metodologia foi possível observar a variação do coeficiente de extinção em função da profundidade e sua correlação com a variação da microdureza, além de mostrar que em camadas mais profundas o valor do coeficiente de extinção valor tende ao de um dente sadio, comportando-se da mesma maneira que a microdureza do dente. / Optical Coherence Tomography (OCT) is based on the media backscatering properties in order to obtain tomographic images. In a similar way, LIDAR (Light Detection and Range) technique uses these properties to determine atmospheric characteristics, specially the signal extinction coeficient. Exploring this similarity allowed the application of signal inversion methods to the OCT images, allowing to construct images based in the extinction coeficient, original result until now. The goal of this work was to study, propose, develop and implement algorithms based on OCT signal inversion methodologies with the aim of determine the extinction coeficient as a function of depth. Three inversion methods were used and implemented in LABView® : slope, boundary point and optical depth. Associated errors were studied and real samples (homogeneous and stratified) were used for two and three dimension analysis. The extinction coeficient images obtained from the optical depth method were capable to diferentiate air from the sample. The images were studied applying PCA and cluster analysis that established the methodology strength in determining the sample´s extinction coefficient value. Moreover, the optical depth methodology was applied to study the hipothesis that there is some correlation between signal extinction coeficient and the enamel teeth demineralization during a cariogenic process. By applying this methodology, it was possible to observe the variation of the extinction coefficient as depth function and its correlation with microhardness variation, showing that in deeper layers its values tends to a healthy tooth values, behaving as the same way that the microhardness.

Le traitement de nuages de points 3D de lidars permet aux robots mobiles autonomes terrestres de construire des modèles sémantiques de l'environnement extérieur dans lequel ils évoluent. Ces modèles sont intéressants car ils représentent des informations qualitatives, et ainsi donnent à un robot la capacité de raisonner à un niveau plus élevé d'abstraction. Le coeur d'un système de modélisation sémantique est la capacité de classifier les observations venant du capteur. Nous proposons un système de classification centré sur l'apprentissage non-supervisé. La prémière couche, la couche intermédiaire, consiste en un modèle de mélange gaussien. Ce modèle est déterminé de manière non-supervisée lors d'une étape de training. Il definit un ensemble de classes intermédiaires qui correspond à une partition fine des classes présentes dans l'environnement. La deuxième couche, la couche finale, consiste en un regroupement des classes intermédiaires dans un ensemble de classes finales qui, elles, sont interprétables dans le contexte de la tâche ciblée. Le regroupement est déterminé par un expert lors de l'étape de training, de manière supervisée, mais guidée par les classes intermédiaires. L'évaluation est basée sur deux jeux de données acquis avec de différents lidars et possédant différentes caractéristiques. L'évaluation est quantitative pour l'un des jeux de données, et qualitative pour l'autre. La concéption du système utilise la procédure standard de l'apprentissage, basée sur les étapes de training, validation et test. L'opération suit la pipeline standard de classification. Le système est simple, et ne requiert aucun pré-traitement ou post-traitement. / The processing of 3D lidar point clouds enable terrestrial autonomous mobile robots to build semantic models of the outdoor environments in which they operate. Such models are interesting because they encode qualitative information, and thus provide to a robot the ability to reason at a higher level of abstraction. At the core of a semantic modelling system, lies the capacity to classify the sensor observations. We propose a two-layer classi- fication model which strongly relies on unsupervised learning. The first, intermediary layer consists of a Gaussian mixture model. This model is determined in a training step in an unsupervised manner, and defines a set of intermediary classes which is a fine-partitioned representation of the environment. The second, final layer consists of a grouping of the intermediary classes into final classes that are interpretable in a considered target task. This grouping is determined by an expert during the training step, in a process which is supervised, yet guided by the intermediary classes. The evaluation is done for two datasets acquired with different lidars and possessing different characteristics. It is done quantitatively using one of the datasets, and qualitatively using another. The system is designed following the standard learning procedure, based on a training, a validation and a test steps. The operation follows a standard classification pipeline. The system is simple, with no requirement of pre-processing or post-processing stages.

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

A Tomografia por Coerência Óptica (OCT) baseia-se na propriedade de retroespalhamento dos meios para construir imagens tomográficas do interior das amostras. De maneira similar, a técnica LIDAR (Light Detection and Range) faz uso desta propriedade para determinar as características da atmosfera, em especial o coeficiente de extinção do sinal. Explorar esta similaridade permitiu aplicar métodos de inversão utilizados na técnica LIDAR às imagens OCT, permitindo construir imagens de coeficiente de extinção, resultado inédito até o momento. Este trabalho teve o objetivo de estudar, propor, desenvolver e implementar algoritmos de métodos de inversão do sinal OCT para determinação do coeficiente de extinção em função da profundidade. Foram utilizados três métodos de inversão, da inclinação, do ponto de contorno e da profundidade óptica, com implementação em ambiente LABView® . Estudo dos erros associados aos métodos de inversão foi realizado e, amostras reais (homogêneas e estratificadas) foram utilizadas para análises em uma e duas dimensões. As imagens de coeficiente de extinção obtidas pelo método da profundidade óptica claramente foram capazes de diferenciar o ar da amostra. As imagens foram estudadas empregando PCA e análise de clusters que avaliou a robustez da técnica em determinar o valor do coeficiente de extinção da amostra. Além disso, o método da profundidade óptica proposto foi empregado para estudar a hipótese de que existe correlação entre o coeficiente de extinção do sinal e a desmineralização de esmalte dental durante o processo cariogênico. Com a aplicação desta metodologia foi possível observar a variação do coeficiente de extinção em função da profundidade e sua correlação com a variação da microdureza, além de mostrar que em camadas mais profundas o valor do coeficiente de extinção valor tende ao de um dente sadio, comportando-se da mesma maneira que a microdureza do dente. / Optical Coherence Tomography (OCT) is based on the media backscatering properties in order to obtain tomographic images. In a similar way, LIDAR (Light Detection and Range) technique uses these properties to determine atmospheric characteristics, specially the signal extinction coeficient. Exploring this similarity allowed the application of signal inversion methods to the OCT images, allowing to construct images based in the extinction coeficient, original result until now. The goal of this work was to study, propose, develop and implement algorithms based on OCT signal inversion methodologies with the aim of determine the extinction coeficient as a function of depth. Three inversion methods were used and implemented in LABView® : slope, boundary point and optical depth. Associated errors were studied and real samples (homogeneous and stratified) were used for two and three dimension analysis. The extinction coeficient images obtained from the optical depth method were capable to diferentiate air from the sample. The images were studied applying PCA and cluster analysis that established the methodology strength in determining the sample´s extinction coefficient value. Moreover, the optical depth methodology was applied to study the hipothesis that there is some correlation between signal extinction coeficient and the enamel teeth demineralization during a cariogenic process. By applying this methodology, it was possible to observe the variation of the extinction coefficient as depth function and its correlation with microhardness variation, showing that in deeper layers its values tends to a healthy tooth values, behaving as the same way that the microhardness.

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

Recentemente, as nuvens cirrus tem sido reconhecidas como importantes agentes do sistema climático global por funcionarem como cobertores térmico e poderem alterar signicativamente o balanço de radiação atmosférico, afetando o sistema climático em escalas de tempo que vão desde condições do tempo até mudanças climáticas. Elas são encontradas perto da tropopausa e são formadas principalmente por cristais de gelo não esféricos, com tempo de vida que pode ir de horas a alguns dias. Apesar de serem relativamente transparentes à radiação solar (profundidade óptica < 3,0), elas são opacas à radiação infravermelha, aprisionado radiação que seria perdida para o espaço, e, assim, podendo ter uma forçante radiativa positiva. Sua importância cresce devido a sua grande área de cobertura. A cobertura global de nuvens cirrus tem sido estimada em cerca de 20-25% e sua ocorrência pode ser mais de 70 % nos trópicos ( LIOU , 2002). No inicio de 2011, uma estação de UV-Raman Lidar se tornou operacional na região central da Amazônia, instalado 30 km a NE de Manaus-AM (2,89 °S 59,97 °W). Usando um laser de 95 mJ Nd-Yag em 355 nm e um telescópio Cassegrain com 400 e 4000 mm de distancia focal, este sistema detecta remotamente a troposfera com 7,5 m e 1-min de resolução espacial e temporal, respectivamente. Para analisar esse grande volume de dados, um algoritmo automatizado para detecção de nuvens cirrus foi desenvolvido com base no método descrito por ( BARJA , 2002), que determina a altitude da base, topo, máximo retro espalhamento e espessura. Os resultados mostram uma boa concordância entre o método visual de costume, não havendo diferença signicativa nas alturas de base. Um método baseado no fator de transmitância da equação do lidar foi utilizado para derivar a profundidade óptica dos cirrus. Pers de temperatura e pressão foram obtidos através de radiosondagens disponíveis duas vezes por dia do aeroporto militar de Ponta Pelada (28 km ao sul do sitio exerimental). Os métodos de Klett e Raman foram utilizados para derivar os coeciente de retroespalhamento e estimar a razão lidar das nuvens cirrus. Como resultados da analise dos dados dos dois primeiros anos de medidas (2011 e 2012), encontramos que a ocorrência de nuvens cirrus foi cerca de 71,0 % do tempo de observação total, sendo cerca de 24,2 % de todos os cirrus foram cirrus subvisuais (<0,03), 40,7 % eram cirrus nos (0,03< <0,3) e 35,1 % eram cirrus stratus ( > 0,3). Encontramos tambem os valores médios de 12,4 ± 2.k km , 14,3 ± 2,2 km para as altitudes de base e topo, respectivamente, residindo entre a temperaturas de até -90 °C e frequentemente encontradas próximas a tropopausa. A razão lidar para estas nuvens cirrus foi estimada em 20,0 ± 6,8 sr. Além disso, estudamos o comportamento destas grandezas com relação a temperatura. Enquanto as nuvens cirrus observadas mostraram uma redução da espessura e da profundidade óptica com a diminuição da temperatura (aumento da altitude), a razão lidar mostrou-se constante, indicando uma composição constante em termos da mistura de cristais de gelo. / Recently, cirrus clouds have been recognized as important agents of global climate system by functioning as a thermal blanket and can signicantly alter the radiation balance of the atmosphere, aecting the climate system from the weather to climate change timescales. They are found near the tropopause and are formed mainly by non spherical ice crystals, with lifetime that can go from hours to a few days. Despite being relatively transparent to solar radiation (optical depth < 3.0), they are opaque to the infrared radiation that would be lost to space, and thus have a positive radiative forcing. Its importance grows due to its large coverage area. The global cirrus cover has been estimated to be about 20-25% and their occurrence can be more than 70% over the tropics ( LIOU , 2002). In mid-2011 a UV Raman Lidar station become operational in the central Amazon region, installed 30 km up-wind from Manaus-AM (2.89 °S 59.97 °W). Using a 95 mJ Nd-Yag laser at 355 nm and a cassegrain telescope with 400 mm and 4000 mm focal length, this system remotely senses the troposphere with 7.5 m and 1-min height and time resolution respectively. To analyze this large amount of data, an automated algorithm for the detection of cirrus clouds was developed based on the method described for( BARJA , 2002), which determine the cloud base, top and maximum light backscattering heights, and cloud thickness. The results show a good agreement between the usual visual method, with no signicant dierence in the base heights. The transmittance factor of the lidar signal was used to derive the optical depth cirrus. Proles of temperature and pressure were obtained by radiosondes available twice daily from the military airport of Ponta Pelada (28 km south from the experimental site). The Klett and Raman methods were used to derive the backscattering coecient and to estimate the lidar ratio of the cirrus clouds. As the results for the analysis of data from the rst two years of measurements (2011 and 2012 ), we found that the occurrence of cirrus clouds was approximately 71.0 % of the total time of observation, being approximately 24.2 % of all cirrus were subvisual ( < 0.03), 40.7 % were thin cirrus (0.03 < < 0.3 ) and 35.1 % were cirrus stratus ( > 0.3). Also found the average values of 12.4 ± 2.4 km 14.3 ± 2.2 km for altitudes of the base and top height, respectively, residing between the temperatures down to -90 °C and frequently found near the tropopause. The lidar-ratio was estimated as 20.0 ± 6.8 sr . Also, the behavior of these quantities with respect to temperature was studied.

O manuseio de grãos durante as operações de carga e descarga geram materiais particulados que são liberados para a atmosfera interferindo na qualidade do ar da região. Essa pesquisa identificou a presença de material particulado proveniente de grãos na cidade de Santos utilizando dados disponibilizados pelos satélites da NASA, índices de qualidade do ar fornecidos pela CETESB e dados obtidos pela técnica LIDAR. / Grain handling during loading and unloading operations generates particulate materials that are released into the atmosphere by interfering with the air quality of the region. This research identified the presence of particulate matter from grain in the city of Santos using data provided by NASA satellites, air quality indexes provided by CETESB and data obtained by the LIDAR technique.