Aerosol and cloud satellite remote sensing: monitoring and modelling using passive radiometers

Abstract

O objectivo do presente trabalho é a caracterização das propriedades dos aerossóis e das nuvens usando medidas combinadas de radiómetros passivos multi-espectrais que se encontram instalados a bordo de satélites. A determinação das propriedades dos aerossóis tem como objectivo a sua subsequente utilização para estimar o forçamento radiativo directo provocado pelos aerossóis na região espectral dos pequenos comprimentos de onda. Por sua vez a determinação das propriedades das nuvens tem como objectivo o estudo das possíveis modificações que as nuvens podem sofrer devido à interacção com os aerossóis presentes na atmosfera, já que isto pode levar a alterações significativas do clima. A investigação está centrada no estudo de episódios intensos e elevada variabilidade temporal de aerossóis sobre o oceano, os quais são caracterizados por grandes quantidades deste tipo de partículas em suspensão na atmosfera em datas e locais específicos, podendo modificar significativamente a composição da atmosfera e afectar o ciclo hidrológico. Esta investigação tem como ponto de partida o facto de que as medidas de satélite em diferentes regiões espectrais são úteis para extrair informações sobre os constituintes atmosféricos (aerossóis e nuvens) e que a combinação de sensores a bordo de satélites em órbitas diferentes, aqui proposta, contribui para melhorar o conhecimento dos aerossóis atmosféricos, fornecendo um instrumento de monitorização efectiva, durante a ocorrência de episódios de aerossóis sobre o oceano, dificilmente conseguida apenas com um satélite. As propriedades ópticas dos aerossóis representativas das condições atmosféricas são obtidas através da inversão de medidas obtidas do instrumento Global Ozone Monitoring Experiment (GOME), as quais apresentam alta resolução espectral. As propriedades ópticas dos aerossóis obtidas desta inversão, são utilizadas em cálculos de transferência radiativa para a determinação da espessura óptica dos aerossóis usando agora medidas de satélite em órbita geoestacionária (Meteosat e GMS), com uma resolução espacial e temporal superior à do sensor GOME e portanto mais adequados à caracterização de eventos de aerossóis. Esta combinação de sensores para a caracterização de aerossóis intensos e de relativa curta duração, substitui com enorme vantagem o uso dos modelos fixos de aerossóis disponíveis na literatura. As propriedades ópticas dos aerossóis obtidas representam uma componente essencial para a determinação do forçamento radiativo dos aerossóis à escala regional. ### / Abstract - The goal of the present work is the characterization of aerosol and cloud properties using combined measurements of multi-wavelength passive radiometers onboard satellites. The determination of the, aerosol properties is aimed at their subsequent use to estimate the direct aerosol radiative forcing in the short wave (SW) spectral region. The determination of cloud properties is aimed at providing information on the possible, modification of clouds through the interaction with atmospheric aerosol particles, as this may lead to significant changes of the Earth's climate. The research is focused on the, study of aerosol events over the ocean, characterized by "heavy" particle loads in the atmosphere in specific dates and geographical locations, which may strongly modify the atmospheric composition and. affect the hydrological cycle. The starting point of the investigation is that satellite measurements in different spectral regions are suitable for retrieving information on the atmospheric constituents, (clouds and aerosols). In addition, that the combination of satellite sensors in different orbits proposed here contributes to improve the knowledge of atmospheric aerosol particles, providing an effective aerosol monitoring tool during the occurrence of strong aerosol events over the ocean. Aerosol optical properties representative of the atmospheric conditions are obtained from the inversion of high spectral resolution measurements from the Global Ozone Monitoring Experiment (GOME) instrument. The derived aerosol optical properties are input in radiative transfer calculations for the, retrieval of the aerosol optical thickness using now geostationary visible broadband measurements (Meteosat and GMS), with a better spatial and temporal resolution with respect to GOME and therefore more adequate for the characterization of aerosol events. This combination of sensors for the characterization of intense and short-terra aerosol episodes, replaces with great advantage the use of fixed aerosol models available in literature. The, retrieved effective aerosol optical properties represent an essential component for the regional aerosol radiative forcing assessment. The method developed for cloud characterization is based on satellite multi-spectral measurements used in combination with radiative transfer calculations to retrieve the cloud microphysical properties (cloud optical thickness, droplet effective radius and cloud top temperature) and the cloud modification duo to the interaction with aerosol particles.