Study of optical properties of aerosol particles with a radiometer network

As partículas de aerossol desempenham um papel fundamental no sistema Terra-atmosfera por interagir direta e indiretamente com a radiação solar que atinge o planeta. Nesse contexto, a caracterização de suas propriedades radiativas é importante no estudo dessas interações com a radiação solar. Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia para obter a parte real do índice de refração das partículas de aerossol a partir de medidas de radiância solar difusa, realizadas com o auxilio de radiômetros solares/celestes. Foi possível determinar simultaneamente outros parâmetros ópticos intrínsecos das partículas de aerossol importantes no cálculo da sua força radiativa: o albedo simples e o parâmetro de assimetria de espalhamento de radiação. A metodologia foi aplicada em localidades diversas, influenciadas por diferentes tipos de partículas de aerossol no Brasil, Estados Unidos e Suriname. Foi possível avaliar a natureza higroscópica das partículas de aerossol de origem urbana, ricas em sulfatos e compostos de carbono, a partir de medidas realizadas na costa leste dos Estados Unidos. A parte real do índice de refração apresentou um decréscimo com o aumento da quantidade de vapor de água precipitável integrada na coluna atmosférica. Na região do Brasil Central, onde a maior parte das partículas de aerossol e proveniente da queima de biomassa, a parte real do índice de refração obtida a partir de medidas realizadas durante a estação seca apresentou pouca correlação com a quantidade de vapor de água precipitável, evidenciando sua baixa propriedade higroscópica. O estudo de longo prazo mostrou que as propriedades ópticas das partículas de aerossol pro- venientes da queima de biomassa não são alteradas significativamente de ano para ano. A presença de um sistema de alta pressão atmosférica na região sudoeste da Bacia Amazônica, estendendo-se entre os estados de Rondônia e o norte do Mato Grosso, associada a localiza- ção geográfica dificultam a dispersão dos poluentes na região. Tal fato implica no aumento significativo da espessura óptica das partículas de aerossol na região, atingindo frequentemente valores superiores a unidade no canal de 670nm durante a estação de queimadas. O auge da estação seca no qual são observados elevados valores de espessura óptica das partículas de aerossol (valores da ordem ou maiores que a unidade em 438nm) apresenta duração de aproximadamente 50 dias. No Suriname, durante a estação úmida, as partículas de aerossol concentram-se na moda grossa, com contribuições significativas de partículas de poeira transportadas do deserto do Saara, como evidenciado pelo estudo das series temporais das propriedades ópticas das partículas de aerossol na região. Estimativas da forçante radiativa direta media indicaram que as partículas de aerossol prove- nientes da queima de biomassa causam uma redução do fluxo de radiação solar no sistema Terra-atmosfera no auge da estação de queimadas de aproximadamente 20 Wm-2 em Cuiabá e 45 Wm-2 em Alta Floresta. As implicações causadas por esse déficit de radiação no ecossistema amazônico por um período da ordem de dois meses anualmente ainda são desconhecidas, assim como o seu impacto na meteorologia e padrão de circulação locais e possivelmente regionais.Aerosol particles interact with solar radiation both directly and indirectly. The knowledge of their optical properties is essential to the assessment of the impact of these interactions with solar radiation to the Earth climate. A methodology to retrieve the real part of the refractive index of aerosol particles was developed in the present work, using downward diffuse radiati- on measured with a sun/sky radiometer. Simultaneous retrieval of intrinsic parameters of ae- rosol particles was achieved, such as the asymmetry parameter and single scattering albedo. The developed method was applied to measurements performed in different geographic regi- ons, influenced by distinct aerosol types in Brazil, United States and Suriname. The refractive index of aerosol particles of urban origin presented a negative correlation with columnar precipitable water vapor, indicating their hygroscopic nature. The major chemical constituents of urban aerosol particles include sulfate, organic carbon and black carbon. Aero- sol particles measured in the Amazon Basin during the dry season, on the other hand, are less hygroscopic and no significant decrease of the real part of the refractive index was observed with the increase of precipitable water vapor. Long term monitoring of the optical properties of smoke particles showed that smoke particles do not present significant variations from year to year. The presence of a high-pressure system over the Amazon Basin during the dry season associated with regional biomass burning activi- ties caused in the increase of the aerosol optical thickness over the regions of Rondonia and northern portion of Mato Grosso state. During the wet season, significant contributions of Saharan dust were observed in Suriname. Average direct radiative forcing estimates showed that smoke particles can cause a reduction of solar radiation of about 20 Wm-2 in Cuiaba and 45 Wm-2 in Alta Floresta over a period of approximately 60 days during the burning season. The implications of such a reduction in solar radiation to the Amazon ecosystem are still unknown and must be investigated in the near future, as well as the consequences of this reduction of available energy on the local and regi- onal meteorology