Medidas in situ na Bacia Amazônica mostraram uma grande variedade de partículas de aerossol provenientes principalmente de fontes biogênicas e de queimadas. Partículas de queimadas foram estudadas em detalhe e são compostas de misturas de partículas esféricas e não esféricas, e aglomerados de até milhares de esferas nanométricas de \"black carbon\" PC). A forma e a estrutura macroscópica das partículas de queimadas são determinadas pelo tipo de combustíve1 queimado, pel0 tipo de combustição e pela \"idade\" das partículas. A estrutura macroscópica das partículas muda em função de suas interações com vapor d\'água, gotas de nuvens e devido à condensação de gases em sua superfície (e.g. gases orgânicos e dióxido de enxofre). Partículas não esféricas e grandes aglomerados tornam-se mais compactos e esféricos em função de seu envelhecimento. Estes aglomerados foram encontrados apenas perto das fontes de queimadas em fase \"flaming\", o que sugere que a compactação dos aglomerados ocorre numa escala de tempo relativamente pequena após sua emissão (minutos até horas). Esta mudança de morfologia produz alterações significativas nas propriedades ópticas das partículas aumentando suas eficiências de absorção e espalhamento de radiação. Micrografias obtidas com microscopia eletrônica de varredura em filtros amostrados em paralelo com diversas outras medidas sugerem o efeito da morfologia nas propriedades ópticas das partículas. Propriedades intensivas das partículas foram medidas neste trabalho para partículas de queimadas e biogênicas. Apesar serem emitidas por fontes bastante distintas, as partículas de queimadas e biogênicas apresentaram importantes similaridades em composição química, tamanho, coeficientes de Angström e rações de retroespalhamento. Por outro lado, as eficiências de absorção e espalhamento assim como o albedo simples apresentaram diferenças significativas entre partículas provenientes das duas fontes. Uma nova metodologia foi desenvolvida neste trabalho para a obtenção da forçante radiativa direta (FRD) por partículas de aerossol usando imagens de sensoriamento remoto. Novos parâmetros das partículas de aerossol foram também definidos neste trabalho para o estudo de seu impacto radiativo. Medidas espectrais com o sensor AVIRIS (224 comprimentos de onda entre 0,38 e 2,5 µm) a bordo do avião ER2 da NASA durante o experimento SCAR-B (Smoke Clouds and Radiation-Brazil) foram utilizadas para a derivação do albedo simples, da espessura óptica e da FRD. Valores significativos da FRD foram obtidos entre 0,25 e 1,6 µm com pico de aproximadamente -200 W m-2µm-1 para um comprimento de onda da ordem de 0,5 µm, por unidade de espessura óptica (valores de em = 0.66 µm). A integral da FRD ao longo do espectro solar é da ordem de -60 w m-2 em média para uma região de superfície heterogênea (incluindo áreas urbanas e vegetação) em Cuiabá. A FRD sobre áreas urbanas se mostrou significativamente menor que em áreas de vegetação devido à sua maior reflectância de superfície. / In situ measurements in the Amazon Basin showed a large variety of aerosol particles in the atmosphere due mainly to biogenic and biomass burning sources. Particles from biomass burning are generally composed of a mixture of spherical and non-spherical particles, and chain aggregates of thousands of tiny black carbon (BC) spherules. The morphology and structure of smoke particles from biomass burning are determined by the type of fuel, the phase of combustion, and the age of the smoke. This structure changes due to interactions with water vapor, cloud droplets and due to condensation of gases on its surface (eg. sulfates and organic gases). Non-spherical and large (tens of micrometers) fluffy aggregates become more compacted and increasingly spherical with age. They are generally found only near the source of flaming-phase combustion, which suggests that particle compaction occurs in a relatively short time (likely, few hours) after release from a biomass fire. This change in morphology produces a significant change in the optical properties of these particles, enhancing its absorption and scattering cross sections. Scanning electron microscope photographs of aerosol particles from biomass burning taken in parallel with other physical measurements show correlation between morphology and the absorption coefficients suggesting the effect of the particle shape on optical properties. Intensive microphysical properties of the particles were measured and modeled in this work for biomass burning and biogenic aerosols. Despite of completely distinct sources, biogenic and biomass burning aerosols show some important similarities in chemical composition and particle sizes. Angström coefficients and backscattering ratios of biogenic aerosols were also found in the same range as biomass burning particles, but the scattering and absorption efficiencies, as well as single scattering albedo showed significantly different values. A new methodology was developed to obtain the spectral direct radiative forcing (DRF) by aerosol particles using remote sensing images and new parameters were defined in this work to access the radiative impact of the aerosols. Spectral measurements with the AVIRIS spectrometer (224 wavelengths between 0.38 and 2.5 µm) onboard the NASA-ER2 aircraft during the SCAR-B experiment (Smoke Clouds and Radiation -Brazil) have been used in this work to derive the spectral single scattering albedo of the aerosol particles, the aerosol optical thickness, and .the DRF.Significant values of spectral direct radiative forcing were found between 0,25 and 1.6 µm with a peak about -200 W m-2 µm-1 for a wavelength around 0.5 µm, per unity of optical depth (optical depth values at 0.66 µm). The integral over the whole solar spectrum averaged over heterogeneous surfaces (urban areas and vegetation) is about -60 W m-2 for the studied region (Cuiabá). The DRF over urban areas is smaller than over vegetation due to its brighter surface reflectance.

Medidas in situ na Bacia Amazônica mostraram uma grande variedade de partículas de aerossol provenientes principalmente de fontes biogênicas e de queimadas. Partículas de queimadas foram estudadas em detalhe e são compostas de misturas de partículas esféricas e não esféricas, e aglomerados de até milhares de esferas nanométricas de \"black carbon\" PC). A forma e a estrutura macroscópica das partículas de queimadas são determinadas pelo tipo de combustíve1 queimado, pel0 tipo de combustição e pela \"idade\" das partículas. A estrutura macroscópica das partículas muda em função de suas interações com vapor d\'água, gotas de nuvens e devido à condensação de gases em sua superfície (e.g. gases orgânicos e dióxido de enxofre). Partículas não esféricas e grandes aglomerados tornam-se mais compactos e esféricos em função de seu envelhecimento. Estes aglomerados foram encontrados apenas perto das fontes de queimadas em fase \"flaming\", o que sugere que a compactação dos aglomerados ocorre numa escala de tempo relativamente pequena após sua emissão (minutos até horas). Esta mudança de morfologia produz alterações significativas nas propriedades ópticas das partículas aumentando suas eficiências de absorção e espalhamento de radiação. Micrografias obtidas com microscopia eletrônica de varredura em filtros amostrados em paralelo com diversas outras medidas sugerem o efeito da morfologia nas propriedades ópticas das partículas. Propriedades intensivas das partículas foram medidas neste trabalho para partículas de queimadas e biogênicas. Apesar serem emitidas por fontes bastante distintas, as partículas de queimadas e biogênicas apresentaram importantes similaridades em composição química, tamanho, coeficientes de Angström e rações de retroespalhamento. Por outro lado, as eficiências de absorção e espalhamento assim como o albedo simples apresentaram diferenças significativas entre partículas provenientes das duas fontes. Uma nova metodologia foi desenvolvida neste trabalho para a obtenção da forçante radiativa direta (FRD) por partículas de aerossol usando imagens de sensoriamento remoto. Novos parâmetros das partículas de aerossol foram também definidos neste trabalho para o estudo de seu impacto radiativo. Medidas espectrais com o sensor AVIRIS (224 comprimentos de onda entre 0,38 e 2,5 µm) a bordo do avião ER2 da NASA durante o experimento SCAR-B (Smoke Clouds and Radiation-Brazil) foram utilizadas para a derivação do albedo simples, da espessura óptica e da FRD. Valores significativos da FRD foram obtidos entre 0,25 e 1,6 µm com pico de aproximadamente -200 W m-2µm-1 para um comprimento de onda da ordem de 0,5 µm, por unidade de espessura óptica (valores de em = 0.66 µm). A integral da FRD ao longo do espectro solar é da ordem de -60 w m-2 em média para uma região de superfície heterogênea (incluindo áreas urbanas e vegetação) em Cuiabá. A FRD sobre áreas urbanas se mostrou significativamente menor que em áreas de vegetação devido à sua maior reflectância de superfície. / In situ measurements in the Amazon Basin showed a large variety of aerosol particles in the atmosphere due mainly to biogenic and biomass burning sources. Particles from biomass burning are generally composed of a mixture of spherical and non-spherical particles, and chain aggregates of thousands of tiny black carbon (BC) spherules. The morphology and structure of smoke particles from biomass burning are determined by the type of fuel, the phase of combustion, and the age of the smoke. This structure changes due to interactions with water vapor, cloud droplets and due to condensation of gases on its surface (eg. sulfates and organic gases). Non-spherical and large (tens of micrometers) fluffy aggregates become more compacted and increasingly spherical with age. They are generally found only near the source of flaming-phase combustion, which suggests that particle compaction occurs in a relatively short time (likely, few hours) after release from a biomass fire. This change in morphology produces a significant change in the optical properties of these particles, enhancing its absorption and scattering cross sections. Scanning electron microscope photographs of aerosol particles from biomass burning taken in parallel with other physical measurements show correlation between morphology and the absorption coefficients suggesting the effect of the particle shape on optical properties. Intensive microphysical properties of the particles were measured and modeled in this work for biomass burning and biogenic aerosols. Despite of completely distinct sources, biogenic and biomass burning aerosols show some important similarities in chemical composition and particle sizes. Angström coefficients and backscattering ratios of biogenic aerosols were also found in the same range as biomass burning particles, but the scattering and absorption efficiencies, as well as single scattering albedo showed significantly different values. A new methodology was developed to obtain the spectral direct radiative forcing (DRF) by aerosol particles using remote sensing images and new parameters were defined in this work to access the radiative impact of the aerosols. Spectral measurements with the AVIRIS spectrometer (224 wavelengths between 0.38 and 2.5 µm) onboard the NASA-ER2 aircraft during the SCAR-B experiment (Smoke Clouds and Radiation -Brazil) have been used in this work to derive the spectral single scattering albedo of the aerosol particles, the aerosol optical thickness, and .the DRF.Significant values of spectral direct radiative forcing were found between 0,25 and 1.6 µm with a peak about -200 W m-2 µm-1 for a wavelength around 0.5 µm, per unity of optical depth (optical depth values at 0.66 µm). The integral over the whole solar spectrum averaged over heterogeneous surfaces (urban areas and vegetation) is about -60 W m-2 for the studied region (Cuiabá). The DRF over urban areas is smaller than over vegetation due to its brighter surface reflectance.

Esta pesquisa consiste na solução do problema inverso de transferência radiativa para um meio participante (emissor, absorvedor e/ou espalhador) homogêneo unidimensional em uma camada, usando-se a combinação de rede neural artificial (RNA) com técnicas de otimização. A saída da RNA, devidamente treinada, apresenta os valores das propriedades radiativas [ω, τ0, ρ1 e ρ2] que são otimizadas através das seguintes técnicas: Particle Collision Algorithm (PCA), Algoritmos Genéticos (AG), Greedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP) e Busca Tabu (BT). Os dados usados no treinamento da RNA são sintéticos, gerados através do problema direto sem a introdução de ruído. Os resultados obtidos unicamente pela RNA, apresentam um erro médio percentual menor que 1,64%, seria satisfatório, todavia para o tratamento usando-se as quatro técnicas de otimização citadas anteriormente, os resultados tornaram-se ainda melhores com erros percentuais menores que 0,04%, especialmente quando a otimização é feita por AG. / This research consists in the solution of the inverse problem of radiative transfer for a participating media (emmiting, absorbing and/or scattering) homogeneous one-dimensional in one layer, using the combination of artificial neural network (ANN), with optimization techniques. The output of the ANN, properly trained presents the values of the radiative properties [w, to, p1 e p2] that are optimized through the following techniques: Particle Collision Algorithm (PCA), Genetic Algorithm (GA), Greedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP) and Tabu Search (TS). The data used in the training are synthetics, generated through the direct problem without the introduction of noise. The results obtained by the (ANN) alone, presents an average percentage error minor than 1,64%, what it would be satisfying, however, for the treatment using the four techniques of optimization aforementioned, the results have become even better with percentage errors minor than 0,03%, especially when the optimization is made by the GA.

Esta pesquisa consiste na solução do problema inverso de transferência radiativa para um meio participante (emissor, absorvedor e/ou espalhador) homogêneo unidimensional em uma camada, usando-se a combinação de rede neural artificial (RNA) com técnicas de otimização. A saída da RNA, devidamente treinada, apresenta os valores das propriedades radiativas [ω, τ0, ρ1 e ρ2] que são otimizadas através das seguintes técnicas: Particle Collision Algorithm (PCA), Algoritmos Genéticos (AG), Greedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP) e Busca Tabu (BT). Os dados usados no treinamento da RNA são sintéticos, gerados através do problema direto sem a introdução de ruído. Os resultados obtidos unicamente pela RNA, apresentam um erro médio percentual menor que 1,64%, seria satisfatório, todavia para o tratamento usando-se as quatro técnicas de otimização citadas anteriormente, os resultados tornaram-se ainda melhores com erros percentuais menores que 0,04%, especialmente quando a otimização é feita por AG. / This research consists in the solution of the inverse problem of radiative transfer for a participating media (emmiting, absorbing and/or scattering) homogeneous one-dimensional in one layer, using the combination of artificial neural network (ANN), with optimization techniques. The output of the ANN, properly trained presents the values of the radiative properties [w, to, p1 e p2] that are optimized through the following techniques: Particle Collision Algorithm (PCA), Genetic Algorithm (GA), Greedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP) and Tabu Search (TS). The data used in the training are synthetics, generated through the direct problem without the introduction of noise. The results obtained by the (ANN) alone, presents an average percentage error minor than 1,64%, what it would be satisfying, however, for the treatment using the four techniques of optimization aforementioned, the results have become even better with percentage errors minor than 0,03%, especially when the optimization is made by the GA.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The SNABP [40SiO2.30Na2CO3.1Al2O3.25B2O3.PbO2 (mol%)] glass system, nanostructured with PbS Quantum Dots (QDs) and/or doped with Er3+ ions, was successfully synthesized by the Fusion Method, when it was subjected to appropriate thermal annealing. The glass transition temperatures (Tg) were obtained by Differential Thermal Analyze (DTA), in which it was possible to define a suitable temperature to be used in the thermal annealing of the synthesized samples. As results of these thermal annealing, the formation and growth of PbS QDs have occurred in the glass environment. The optical properties of samples were investigated by Optical Absorption (OA), Photoluminescence (PL), and Photoluminescence with Temporal Resolution (PLTR). Moreover, the Atomic Force Microscopy (AFM) and X-Ray Diffractometry were employed in study of morphological and structural properties of samples, respectively. The size dispersions of PbS QDs were determined from OA spectra. Once using both the Method and OA data, it was also possible to estimate the average diameters of these nanoparticles, which grow with the increase in annealing time. The characteristic transitions of Er3+ ions were clearly identified in OA spectra. In addition, it was observed that the increase in annealing time of samples had provoked amplification in the overlapping between PL bands of both the PbS QDs and Er3+ ions, as well as with the absorption 4I15/2 -> 4I13/2 of these ions. Thus, the PLTR measurements have confirmed the decrease in lifetime of the 4I13/2 level (of Er3+ ions), with the amplification in the overlapping of PL emissions. Finally, as a main result of this work, it was proved that the SNABP glass system, nanostructured with PbS QDs and doped with Er3+ ions, displays to be quite favorable to the radiative energy transfer process (from PbS QDs to Er3+ ions), as well as the occurrence of stimulated emission of 4I13/2 level. / O sistema vítreo SNABP [40SiO2.30Na2CO3.1Al2O3.25B2O3.PbO2 (mol%)] nanoestruturado com pontos quânticos (PQs) de PbS e/ou dopados com íons Er3+ foi sintetizado com sucesso pelo Método de Fusão, quando submetido a tratamentos térmicos apropriados. As temperaturas de transição vítrea (Tg) foram obtidas por Análise Térmica Diferencial (DTA), em que foi possível definir uma temperatura adequada para ser utilizada nos tratamentos térmicos das amostras sintetizadas. Como resultados desses tratamentos térmicos, a formação e crescimento dos PQs de PbS ocorreram no ambiente vítreo. As propriedades ópticas das amostras foram investigadas por Absorção Óptica (AO), Fotoluminescência (PL) e Fotoluminescência com Resolução Temporal (PLRT). Além disso, a Microscopia de Força Atômica (AFM) e Difratometria de Raios-X (DRX) foram empregadas no estudo das propriedades morfológicas e estruturais das amostras, respectivamente. As dispersões de tamanho dos PQs de PbS foram determinadas a partir dos espectros de AO. Com a utilização do Método e os dados de AO, foi também possível estimar os diâmetros médios dessas nanopartículas, que aumentaram com o aumento no tempo de tratamento térmico. As transições características dos íons Er3+ foram claramente identificadas nos espectros de AO. Em adição, foi observado que o aumento no tempo de tratamento das amostras provocou um aumento na sobreposição entre as bandas de PL dos PQs de PbS e dos íons Er3+, bem como com a absorção 4I15/2 -> 4I13/2 desses íons. Assim, as medidas de PLRT confirmaram o decréscimo no tempo de vida do nível 4I13/2 (dos íons Er3+) com o aumento dessa sobreposição das emissões de PL. Finalmente, como principal resultado deste trabalho, foi comprovado que o sistema vítreo SNABP nanoestruturado com PQs de PbS dopados com íons Er3+ mostrou-se bastante favorável ao processo de transferência de energia radiativa (dos PQs de PbS para os íons Er3+), bem como a ocorrência da emissão estimulada do nível 4I13/2. / Mestre em Física

[pt] Estudamos duas classes de equações diferenciais parciais, nomeadamente: uma equação de transferência radiativa e uma equação do calor duplamente não-linear. O primeiro modelo envolve uma equação não-local, na presença de um operador de espalhamento. Estuda-se a boa colocação do problema no semi-plano, no regime peaked. Prova-se um lema de averaging, que produz regularidade interior para o problema, além de regularização fracionária para as derivadas temporais da solução. O segundo conjunto de resultados da tese trata de uma equação de Trudinger com graus de não-linearidade distintos. Aproxima-se este problema pela p-equação do calor e importa-se regularidade da última para a primeira. Como consequência, mostra-se um resultado de regularidade melhorada no contexto não homogêneo. / [en] We consider two classes of partial differential equations. Namely: the radiative transfer equation and a doubly nonlinear model. The former concerns a nonlocal problema, driven by a scattering operator. We study the well-posedness of solutions in the peaked regime, for the half-space. A new averaging lemma yields interior regularity for the solutions and improved fractional regularization for the time derivatives. The second model we examine is a Trudinger equation with distinct nonlinearities degrees. Inspired by ideas launched by L. Caffarelli, we resort to approximation methods and prove improved regularity results for the solutions. The strategy is to relate our equation with p-caloric functions.