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

Abstract

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.