Improvement of algorithms for the assessment of air quality and atmospheric composition from observations of spectral radiances

O principal objetivo deste trabalho consiste na aplicação e aperfeiçoamento de algoritmos numéricos para a inversão de medidas espectrais feitas com um instrumento de deteção remota instalado no Observatório do Centro de Geofísica de Évora (38.6ºN, 7.9ºW, 300 a.s.l.). Os algoritmos explorados são os seguintes: i) metodologia DOAS para a determinação da concentração média de compostos atmosféricos ao longo do caminho ótico, ii) duas diferentes abordagens ao algoritmo de inversão de Chahine que consiste num método iterativo para a obtenção dos perfis dos constituintes atmosféricos minoritários usando o output da técnica espetral. Os resultados obtidos permitiram a avaliação dos ciclos diurnos e sazonais e de variações anuais das colunas totais de ozono, dióxido de azoto e de óxido de bromo, dos perfis verticais de dióxido de azoto e informação acerca de massas de ar poluídas no período compreendido entre 2007-2011. As quantidades obtidas são comparadas/validadas com os respectivos resultados obtidos com instrumentos instalados em satélites; Abstract: The central part of this work is the application and improvement of numerical algorithms for the inversion of spectral measurements carried out with a remote sensing instrument, installed at the Geophysics Centre of Évora´s Observatory (38.6ºN, 7.9ºW, 300 a.s.l.).The exploited algorithms are: i) the Differential Optical Absorption Spectroscopy method, for the determination of the mean concentration of an atmospheric compound along an optical path; ii) two different approaches to the Chahine inversion algorithm that is an iterative method for profile retrieval of atmospheric tracers using the output of the spectroscopic technique. The obtained results allow for the assessment of diurnal cycles, seasonal and inter-annual variations for the total columns of ozone, nitrogen dioxide and bromine oxide, the atmospheric profiles of nitrogen dioxide and information about nitrogenous air masses transported over Évora for the period 2007-2011. In addition, the retrieved quantities are compared/ validated with analogous results obtained with satellite borne instruments

Caracterização do espectrómetro SPATRAM e aplicação da metodologia DOAS para detecção de gases traçadores atmosféricos

Este trabalho consiste na caracterização do espectrómetro SPATRAM (UV-Vis. SPectrometer for Atmospheric TRacers Monitoring) e na aplicação da metodologia DOAS (Difierential Optical Absortion Spectroscopy) na determinação de quantidade total colunar de gases vestigiais da atmosfera em particular do ozono e do dióxido de azoto. O primeiro objectivo pôde ser alcançado através da determinação experimental dos parâmetros da dispersão da rede de difracção e da caracterização dos filtros do espectrómetro. A caracterização dos filtros consistiu na identificação das bandas espectrais de cada um, na determinação da percentagem de radiação incidente no sensor CCD e na sua transmissividade. A segunda parte do trabalho consistiu na determinação da quantidade total colunar de ozono e dióxido de azoto sobre Évora. As medidas foram efectuadas com o SPATRAM, instalado no Centro de Geofísica da Universidade de Évora, para o período compreendido entre 1 de Abril e 30 de Setembro de 2007. São ainda apresentadas, para este período, as variações diárias e sazonais da quantidade total colunar destes gases assim como a comparação destes dados obtidos a partir do solo (SPATRAM) com as medições dos instrumentos a bordo de satélites (OMI e SHIAMA CHY para o ozono e para o dióxido de azota, respectivamente). - ABSTRACT; The aim of this work is the characterization of the UV-VIS for Atmospheric Tracers Monitoring (SPATRAM) and the application of DOAS' methodology for the retrieval of the total column of some trace gases, namely Ozone (O3) and Nitrogen Dioxide (N02). In order to reach the first goal the dispersion parameters of the grating are estimated, and by means of measurements with spectral calibration lamps the filters are identified and characterized. This last consists in the spectral band identification of each one, in the rate calculation of incident radiation and the transmission of each filter. The second part of this work deals with the determination of the vertical column for ozone and nitrogen dioxide. To obtain the above mentioned results, the measurements carried out with the SPA TRAM between 15' April and 30"' September of 2007 are used. The daily and seasonal variations of these gases are also presented and the comparison with the OMI's and SCHlAMACHY's data for ozone and nitrogen dioxide, respectively are accomplished