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Abordagem via integrais de trajetória do processo de troca e dissipação de energia num sistema composto por dois osciladores harmônicos dissipativos acoplados - o modelo duplicado de Caldeira & Leggett.
No full textIn this work, we analyse the dissipation and interchange of energy in a
system composed by two harmonic oscillators, each one associated with a thermal
reservoir.
To this end, we employ the Caldeira & Leggett approach, based on path
integral formulation, to obtain the time evolution of the reduced density operator
of the system composed by both oscillators.Universidade Federal de Minas GeraisTratamos, neste trabalho, os processos de troca e dissipação de energia
num sistema composto por dois osciladores harmônicos cada qual associado a um
reservatório térmico.
Para isso, empregamos a abordagem de Caldeira & Leggett, baseada na
formulação de integrais de trajetória, para a obtenção da evolução temporal do
operador densidade reduzido do sistema composto por ambos os osciladores
Redes de osciladores dissipativos: o modelo duplicado de Caldeira-Leggett, transferência quase-perfeita de estados e recoerência
No full textIn this work we treat firstly what we call the double Caldeira-Leggett model, which consists on the approach to the dynamics of two dissipative harmonic oscillators via Feynman-Vernon theory. We derived and solved the associated master equations in two different situations where i) each oscillator is coupled to its own reservoir and ii) both oscillators are coupled to the same reservoir. Finally we analyzed the decoherence process of entangled states prepared in both oscillators. Next, we treat the problem of quasi-perfect state transfer (QPST) in networks of dissipative harmonic oscillators. In this context, we have presented two different protocols for QPST: the first based in the detuning between the frequencies of the emitter and receiver oscillators regarding that of the transmitter oscillators and the second consisting in the use of what we call a decoherence quasi-free subspace (DQFS). To this end, we derived the regime of parameters enabling the emergence of DQFS. In both protocols we verified that QPST processes occur by means of a mechanism, similar to the tunneling effect, i. e., the excitations of the state to be transferred populate only virtually the transmission channel. Finally, regarding quantum open systems, we present the phenomenon that we call spontaneous recoherence of states. Through this phenomenon, we verified that the reservoir only shuffle the information of the system, instead of erasing it. The password to retrieve the original information consists of the knowledge of the initial state itself and its associated pure basisUniversidade Federal de Minas GeraisNeste trabalho tratamos primeiramente o que denominamos modelo duplicado de Caldeira-Leggett, que consiste no tratamento da dinâmica de dois osciladores harmônicos quânticos dissipativos acoplados, via teoria de Feynman-Vernon. Obtivemos e resolvemos as equações mestras associadas em duas diferentes situações, nas quais i) cada oscilador encontra-se acoplado a seu próprio reservatório ou ii) ambos os osciladores acoplam-se ao mesmo reservatório. Por fim, analisamos o processo de decoerência de estados emaranhados preparados nos osciladores. Tratamos, em seguida, do problema da transferência quase-perfeita de estados (TQPE) em redes de osciladores quânticos dissipativos. Apresentamos, neste contexto, dois diferentes protocolos para a TQPE: o primeiro baseado na dessintonia entre as freqüências dos osciladores emissor e receptor com relação àquelas dos osciladores transmissores; o segundo baseado na utilização do que denominamos subespaços quase-livres de decoerência (SQLD). Verificamos que em ambos os protocolos apresentados, o processo de transferência de estados se dá por um mecanismo similar ao efeito túnel, de forma que a excitação do estado a ser transferido ocupa apenas virtualmente o canal de transmissão. Por fim, apresentamos o fenômeno que denominamos recoerência espontânea de estados. Através deste fenômeno, verificamos que o reservatório térmico não apaga a informação do sistema, isto é, seu estado inicial; ele apenas embaralha esta informação. A senha para a recuperação da informação original consiste no conhecimento do estado inicial do sistema e da base pura a ele associada
A divulgação científica sobre a astrobiologia e o papel dos fóruns de discussão
No full textThe search of life outside of the Planet Earth, the Astrobiology, is a field of study that is extremely complex, because of the diversity of natural processes that permeate living beings. The internet access, along with the establishment of new social media platforms that adopt a user-friendly interface, like the Reddit, increased the mistrust around sources of methodical investigation, about information shared through traditional media, like newspapers. This study aims to examine any differences of acceptance between scientific findings of different areas that compose Astrobiology. To collect the data concerning Astrobiology in social media selected the forum called “Astrobiology: The study of life in the universe” and five themes were created to classify the analyzed posts. Lastly, to analyze the existence of any factor that may result in more engagement to a specific theme, were applied an investigation of tendences, to verify which factors affected the scientific production in certain thematic areas or the increasing of interest around that theme that motivated the sharing on the forum. During the social isolation, due the pandemic scenario caused by to CoViD-19, the interest in Astrobiology became expressive in the analyzed forum. The members have shown a high capacity for critical thought and high levels of scientific literacy, which demonstrates the relevant role of scientific dissemination, done by the crowdsource in this community.Pesquisa sem auxílio de agências de fomentoTrabalho de Conclusão de Curso (Graduação)A busca por vida fora da terra, a Astrobiologia, é um campo de estudos extremamente complexo, isso por conta da multiplicidade de processos naturais que permeiam os seres vivos. O acesso à internet, juntamente com a criação de redes sociais que adotavam uma interface mais amigável aos seus usuários, como o Reddit, aumentou a desconfiança de fontes de informação baseadas em investigação metódica, e em relação às informações compartilhadas através das mídias clássicas, como os jornais. Este estudo visou identificar quaisquer diferenças na aceitação à achados científicos entre as diversas áreas temáticas que constituem a Astrobiologia. Para o levantamento de dados sobre Astrobiologia na rede social Reddit foi selecionado o fórum denominado “Astrobiology: The study of life in the universe” e foram elaboradas cinco categorias, com o propósito de classificar as postagens analisadas. Por fim, para analisar o engajamento à certa temática foi empregado uma investigação de tendências para verificar se existiam fatores que afetaram a produção científica em certa área temática ou o aumento de interesse pelo tema que motivou seu compartilhamento no fórum. Durante o isolamento social, decorrente do cenário pandêmico causado pela CoViD-19, o aumento do interesse pela astrobiologia se tornou expressivo no fórum analisado. Os participantes demonstraram alta capacidade de pensamento crítico e elevados níveis de alfabetização científica, fato que demonstra o papel de relevância da divulgação científica, exercido pelo crowdsourcing, nesta comunidade.2026-11-1
Lidar Observations in South America. Part II - Troposphere
No full textIn Part II of this chapter, we intend to show the significant advances and results concerning aerosols’ tropospheric monitoring in South America. The tropospheric lidar monitoring is also supported by the Latin American Lidar Network (LALINET). It is concerned about aerosols originating from urban pollution, biomass burning, desert dust, sea spray, and other primary sources. Cloud studies and their impact on radiative transfer using tropospheric lidar measurements are also presented.Fil: Landulfo, Eduardo. Comissao Nacional de Energia Nuclear. Centro de Lasers e Aplicacoes. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares; BrasilFil: Cacheffo, Alexandre. Comissao Nacional de Energia Nuclear. Centro de Lasers e Aplicacoes. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares; BrasilFil: Calzavara Yoshida, Alexandre. Comissao Nacional de Energia Nuclear. Centro de Lasers e Aplicacoes. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares; BrasilFil: Arleques Gomes, Antonio. Comissao Nacional de Energia Nuclear. Centro de Lasers e Aplicacoes. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares; BrasilFil: da Silva Lopes, Fábio Juliano. Comissao Nacional de Energia Nuclear. Centro de Lasers e Aplicacoes. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares; BrasilFil: de Arruda Moreira, Gregori. Comissao Nacional de Energia Nuclear. Centro de Lasers e Aplicacoes. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares; BrasilFil: João da Silva, Jonatan. Comissao Nacional de Energia Nuclear. Centro de Lasers e Aplicacoes. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares; BrasilFil: Andrioli, Vania. No especifíca;Fil: Pimenta, Alexandre. No especifíca;Fil: Wang, Chi. No especifíca;Fil: Xu, Jiyao. No especifíca;Fil: Pereira Martins, Maria Paulete. No especifíca;Fil: Batista, Paulo. No especifíca;Fil: de Melo Jorge Barbosa, Henrique. Universidade de Sao Paulo; BrasilFil: Alves Gouveia, Diego. No especifíca;Fil: Barja González, Boris. No especifíca;Fil: Zamorano, Felix. No especifíca;Fil: Quel, Eduardo Jaime. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; ArgentinaFil: Pereira, Clodomyra. No especifíca;Fil: Wolfram, Elian Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; ArgentinaFil: Casasola, Facundo Ismael. No especifíca;Fil: Orte, Pablo Facundo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; ArgentinaFil: Salvador, Jacobo Omar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; ArgentinaFil: Pallotta, Juan Vicente. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Otero, Lidia Ana. Ministerio de Defensa. Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; ArgentinaFil: Prieto, Maria. No especifíca;Fil: Ristori, Pablo Roberto. No especifíca;Fil: Brusca de Giorgio, Silvina Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; ArgentinaFil: Reina Estupiñan, John Henry. No especifíca;Fil: Sanchez Barrera, Estiven. No especifíca;Fil: Antuña Marrero, Juan Carlos. No especifíca;Fil: Forno, Ricardo. No especifíca;Fil: Andrade, Marcos. No especifíca;Fil: Hoelzemann, Judith Johanna. No especifíca;Fil: Guimarães Guedes, Anderson. No especifíca;Fil: Tobler Sousa, Cristina. No especifíca;Fil: Fortunato dos Santos Oliveira, Daniel Camilo. No especifíca;Fil: de Souza Fernandes Duarte, Ediclê. No especifíca;Fil: Araújo da Silva, Marcos Paulo. No especifíca;Fil: Sammara da Silva Santos, Renata. No especifíca
Investigação do material particulado e dos gases poluentes na cidade de Volta Redonda através de dados do INEA e diferentes satélites
No full textA crescente preocupação mundial frente às mudanças climáticas, graças à liberação de poluentes no ar, têm demonstrado que há impactos negativos como o aquecimento global, a influência direta ou indireta no meio ambiente e na saúde da população, que necessitam de atenção relevante. Dessa forma, vale ressaltar que a poluição atmosférica é uma potencial causadora de doenças respiratórias. No que se refere à emissão de poluentes, pode-se mencionar o fato de que a poluição atmosférica existente no ar do município de Volta Redonda é proveniente em grande parte de automóveis e da dispersão de poluentes provenientes de indústrias instaladas na região, havendo uma escassez de técnicas efetivas de monitoramento da atmosfera na região, se tornando um empecilho para pesquisas nesse campo. A crescente preocupação mundial frente às mudanças climáticas, graças à liberação de poluentes no ar, têm demonstrado que há impactos negativos como o aquecimento global, a influência direta ou indireta no meio ambiente e na saúde da população, que necessitam de atenção relevante. Dessa forma, vale ressaltar que a poluição atmosférica é uma potencial causadora de doenças respiratórias. No que se refere à emissão de poluentes, pode-se mencionar o fato de que a poluição atmosférica existente no ar do município de Volta Redonda é proveniente em grande parte de automóveis e da dispersão de poluentes provenientes de indústrias instaladas na região, havendo uma escassez de técnicas efetivas de monitoramento da atmosfera na região, se tornando um empecilho para pesquisas nesse campo. Desta forma, o estudo do perfil de poluição atmosférico é essencial para que seja possível monitorar as emissões de gases e a quantidade de resíduos despejados no meio ambiente. O presente trabalho propõe estudos das correntes de ar na região Sul fluminense, em especial nas redondezas de Volta Redonda, através do uso do software HYSPLIT, criando gráficos que demonstram a dinâmica dos ventos, com a finalidade de investigar a propagação dos poluentes presentes na atmosfera local. Como etapa complementar foi feita uma análise das informações dos poluentes: partículas inaláveis MP₁₀ , partículas totais em suspensão, CH ₄, CO, O₃, NO₂ extraídos dos registros do INEA para as estações de monitoramento dos bairros Retiro e Santa Cecília. A partir destes dados foram construídos gráficos para analisar os resultados segundo as resoluções do CONAMA. Na etapa seguinte foi dado início à investigação da atmosfera da região de Volta Redonda através de dados dos satélites CALIPSO e Sentinel-5P, juntamente com os índices pluviométricos do INMET, com o intuito de mapear o material particulado, alguns gases e incidências de chuvas ao longo dos últimos anos. Este trabalho tem potencial para estimular estudos que auxiliarão no aprofundamento da análise do perfil de aerossóis e dos gases poluentes da região, promovendo discussões sobre esse tema de grande relevância para o meio ambiente. Os resultados demonstraram que há influência da sazonalidade sobre as partículas e outros gases estudados, em relação à concentração de poluentes no ar em períodos chuvosos e secos, assim como as tendências das correntes de ar na região. As informações do CALIPSO demonstram que há maior predominância dos aerossóis de poeira poluída e continental poluído na região, além disso, o Sentinel-5P apontou que a maior parte dos poluentes analisados tende a se concentrar nos setores centrais e oeste do município, que ficam próximos ao núcleo urbano.The growing global concern regarding climate change, due to the release of air pollutants, has demonstrated negative impacts such as global warming, direct or indirect influence on the environment and public health, which require significant attention. Thus, it is worth emphasizing that air pollution is a potential cause of respiratory diseases. Regarding pollutant emissions, it can be mentioned that the air pollution in the municipality of Volta Redonda largely originates from automobiles and the dispersion of pollutants from industries located in the region. There is a lack of effective atmospheric monitoring techniques in the area, which becomes an obstacle to research in this field. Therefore, studying the atmospheric pollution profile is essential to monitor gas emissions and the amount of waste released into the environment. The present work proposes studies on air currents in the southern region of the state of Rio de Janeiro, especially in the surroundings of Volta Redonda, through the use of the HYSPLIT software, creating graphs that demonstrate wind’s dynamics, with the purpose of investigating the propagation of pollutants present in the local atmosphere. As a complementary step, an analysis was carried out on the information regarding the pollutants: inhalable particulate matter PM₁₀, total suspended particles, CH₄, CO, O₃, NO₂, extracted from INEA records for the monitoring stations in the neighborhoods of Retiro and Santa Cecília. Graphs were constructed from this data to analyze the results according to CONAMA resolutions. From these data, graphs were constructed to analyze the results according to CONAMA resolutions. In the next stage, the investigation of the atmosphere in the Volta Redonda region was initiated through data from the CALIPSO and Sentinel-5P satellites, along with INMET rainfall indices, with the aim of mapping particulate matter, some gases and some gases over the last few years. This project has the potential to encourage research that will help to deepen the analysis of the aerosol profile and pollutant gases in the region, promoting discussions on this issue of great relevance to the environment.to deepen the analysis of the aerosol profile and pollutant gases in the region, promoting discussions on this issue of great relevance to the environment. The results showed that there is an influence of seasonality on the particles and other gases studied, in relation to pollutant concentration in the air during rainy and dry periods, as well as trends in air currents in the region. The CALIPSO data shows that there is a greater predominance of polluted dust and polluted continental aerosols in the region. Additionally, Sentinel-5P indicated that most of the analyzed pollutants tend to concentrate in the central and western sectors of the municipality, which are close to the urban core.104 f
Lidar Processing Pipeline (LPP)
No full textAtmospheric lidars can simultaneously measure clouds and aerosols with high temporal and spatial resolution and hence help understand cloud-aerosol interactions, which are the source of the largest uncertainties in future climate projections. However, atmospheric lidars are typically custom-built, and there are significant differences between them. In this sense, lidar networks play a crucial role as they coordinate the efforts of different groups, providing guidelines for quality-assured routine measurements, opportunities for side-by-side instrument comparisons, and enforce algorithms validation, all aiming to homogenize the physical retrievals from heterogeneous instruments in a network. Here we provide a high-level overview of the Lidar Processing Pipeline (LPP), an ongoing, collaborative, and open-source coordinated effort in Latin America. The LPP is a collection of tools that have the ultimate goal of handling all the steps of a typical analysis of lidar measurements. The modular and configurable framework is generic enough to be applicable to any lidar instrument. The first publicly released version of LPP produces data files at levels 0 (raw and metadata), 1 (averaging and layer-mask), and 2 (aerosol optical properties). We assess the performance of LPP through quantitative and qualitative analyses of simulated and measured elastic lidar signals.
For noiseless synthetic 532 nm elastic signals with a constant LR, the root-mean-square error (RMSE) in aerosol extinction within the boundary layer is about 0.1 %. In contrast, retrievals of aerosol backscatter from noisy elastic signals with a variable LR have an RMSE of 11 %, mostly due to assuming a constant LR in the inversion.
The application of LPP for measurements in Sao Paulo, further constrained by co-located AERONET data, indicates a lidar ratio of 63.9 +/- 6.7 sr at 532 nm, in agreement with reported values for urban aerosols. Over the Amazon, analysis of a 6 km thick multi-layer cirrus indicates a cloud optical depth of about 0.77, also in agreement with previous results. From this exercise, we identify the need for new features and discuss a roadmap to guide future development, accommodating the needs of our community.Collection of tools used to handle all the steps for the retrieval of atmospheric elastic lidar systems
Lidar Observations in South America. Part I - Mesosphere and Stratosphere
No full textSouth America covers a large area of the globe and plays a fundamental function in its climate change, geographical features, and natural resources. However, it still is a developing area, and natural resource management and energy production are far from a sustainable framework, impacting the air quality of the area and needs much improvement in monitoring. There are significant activities regarding laser remote sensing of the atmosphere at different levels for different purposes. Among these activities, we can mention the mesospheric probing of sodium measurements and stratospheric monitoring of ozone, and the study of wind and gravity waves. Some of these activities are long-lasting and count on the support from the Latin American Lidar Network (LALINET). We intend to pinpoint the most significant scientific achievements and show the potential of carrying out remote sensing activities in the continent and show its correlations with other earth science connections and synergies. In Part I of this chapter, we will present an overview and significant results of lidar observations in the mesosphere and stratosphere. Part II will be dedicated to tropospheric observations .Fil: Landulfo, Eduardo. Comissao Nacional de Energia Nuclear. Centro de Lasers e Aplicacoes. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares; BrasilFil: Cacheffo, Alexandre. Comissao Nacional de Energia Nuclear. Centro de Lasers e Aplicacoes. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares; BrasilFil: Calzavara Yoshida, Alexandre. Comissao Nacional de Energia Nuclear. Centro de Lasers e Aplicacoes. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares; BrasilFil: Arleques Gomes, Antonio. Comissao Nacional de Energia Nuclear. Centro de Lasers e Aplicacoes. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares; BrasilFil: da Silva Lopes, Fábio Juliano. Comissao Nacional de Energia Nuclear. Centro de Lasers e Aplicacoes. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares; BrasilFil: de Arruda Moreira, Gregori. Comissao Nacional de Energia Nuclear. Centro de Lasers e Aplicacoes. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares; BrasilFil: João da Silva, Jonatan. Comissao Nacional de Energia Nuclear. Centro de Lasers e Aplicacoes. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares; BrasilFil: Andrioli, Vania. No especifíca;Fil: Pimenta, Alexandre. No especifíca;Fil: Wang, Chi. No especifíca;Fil: Xu, Jiyao. No especifíca;Fil: Pereira Martins, Maria Paulete. No especifíca;Fil: Batista, Paulo. No especifíca;Fil: de Melo Jorge Barbosa, Henrique. Universidade de Sao Paulo; BrasilFil: Alves Gouveia, Diego. No especifíca;Fil: Barja González, Boris. No especifíca;Fil: Zamorano, Felix. No especifíca;Fil: Quel, Eduardo Jaime. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; ArgentinaFil: Pereira, Clodomyra. No especifíca;Fil: Wolfram, Elian Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; ArgentinaFil: Casasola, Facundo Ismael. No especifíca;Fil: Orte, Pablo Facundo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; ArgentinaFil: Salvador, Jacobo Omar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; ArgentinaFil: Pallotta, Juan Vicente. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Otero, Lidia Ana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; ArgentinaFil: Prieto, Maria. No especifíca;Fil: Ristori, Pablo Roberto. No especifíca;Fil: Brusca de Giorgio, Silvina Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Ministerio de Defensa. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa; ArgentinaFil: Reina Estupiñan, John Henry. No especifíca;Fil: Sanchez Barrera, Estiven. No especifíca;Fil: Antuña Marrero, Juan Carlos. No especifíca;Fil: Forno, Ricardo. No especifíca;Fil: Andrade, Marcos. No especifíca;Fil: Hoelzemann, Judith Johanna. No especifíca;Fil: Guimarães Guedes, Anderson. No especifíca;Fil: Tobler Sousa, Cristina. No especifíca;Fil: Fortunato dos Santos Oliveira, Daniel Camilo. No especifíca;Fil: de Souza Fernandes Duarte, Ediclê. No especifíca;Fil: Araújo da Silva, Marcos Paulo. No especifíca;Fil: Sammara da Silva Santos, Renata. No especifíca
Lidar Processing Pipeline (LPP)
No full textAtmospheric lidars can simultaneously measure clouds and aerosols with high temporal and spatial resolution and hence help understand cloud-aerosol interactions, which are the source of the largest uncertainties in future climate projections. However, atmospheric lidars are typically custom-built, and there are significant differences between them. In this sense, lidar networks play a crucial role as they coordinate the efforts of different groups, providing guidelines for quality-assured routine measurements, opportunities for side-by-side instrument comparisons, and enforce algorithms validation, all aiming to homogenize the physical retrievals from heterogeneous instruments in a network. Here we provide a high-level overview of the Lidar Processing Pipeline (LPP), an ongoing, collaborative, and open-source coordinated effort in Latin America. The LPP is a collection of tools that have the ultimate goal of handling all the steps of a typical analysis of lidar measurements. The modular and configurable framework is generic enough to be applicable to any lidar instrument. The first publicly released version of LPP produces data files at levels 0 (raw and metadata), 1 (averaging and layer-mask), and 2 (aerosol optical properties). We assess the performance of LPP through quantitative and qualitative analyses of simulated and measured elastic lidar signals.
For noiseless synthetic 532 nm elastic signals with a constant LR, the root-mean-square error (RMSE) in aerosol extinction within the boundary layer is about 0.1 %. In contrast, retrievals of aerosol backscatter from noisy elastic signals with a variable LR have an RMSE of 11 %, mostly due to assuming a constant LR in the inversion.
The application of LPP for measurements in Sao Paulo, further constrained by co-located AERONET data, indicates a lidar ratio of 63.9 +/- 6.7 sr at 532 nm, in agreement with reported values for urban aerosols. Over the Amazon, analysis of a 6 km thick multi-layer cirrus indicates a cloud optical depth of about 0.77, also in agreement with previous results. From this exercise, we identify the need for new features and discuss a roadmap to guide future development, accommodating the needs of our community.Collection of tools used to handle all the steps for the retrieval of atmospheric elastic lidar systems
Collaborative development of the Lidar Processing Pipeline (LPP) for retrievals of atmospheric aerosols and clouds
No full textAtmospheric lidars can simultaneously measure clouds and aerosols with high temporal and spatial resolution and hence help understand cloud–aerosol interactions, which are the source of major uncertainties in future climate projections. However, atmospheric lidars are typically custom-built, with significant differences between them. In this sense, lidar networks play a crucial role as they coordinate the efforts of different groups, provide guidelines for quality-assured routine measurements and opportunities for side-by-side instrument comparisons, and enforce algorithm validation, all aiming to homogenize the physical retrievals from heterogeneous instruments in a network. Here we provide a high-level overview of the Lidar Processing Pipeline (LPP), an ongoing, collaborative, and open-source coordinated effort in Latin America. The LPP is a collection of tools with the ultimate goal of handling all the steps of a typical analysis of lidar measurements. The modular and configurable framework is generic enough to be applicable to any lidar instrument. The first publicly released version of the LPP produces data files at levels 0 (raw and metadata), 1 (averaging and layer mask), and 2 (aerosol optical properties). We assess the performance of the LPP through quantitative and qualitative analyses of simulated and measured elastic lidar signals. For noiseless synthetic 532 nm elastic signals with a constant lidar ratio (LR), the root mean square error (RMSE) in aerosol extinction within the boundary layer is about 0.1 %. In contrast, retrievals of aerosol backscatter from noisy elastic signals with a variable LR have an RMSE of 11 %, mostly due to assuming a constant LR in the inversion. The application of the LPP for measurements in São Paulo, further constrained by co-located AERONET data, retrieved a lidar ratio of 69.9 ± 5.2 sr at 532 nm, in agreement with reported values for urban aerosols. Over the Amazon, analysis of a 6 km thick multi-layer cirrus found a cloud optical depth of about 0.46, also in agreement with previous studies. From this exercise, we identify the need for new features and discuss a roadmap to guide future development, accommodating the needs of our community.Juan V. Pallotta received financial support from
CITEDEF. Silvânia A. de Carvalho received support from Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado
do Rio de Janeiro (FAPERJ; ARC: E-26/010/002464/2019; ref.:
211.599/2019).https://gi.copernicus.org/articles/12/171/2023
Influence of a Biomass-Burning Event in PM2.5 Concentration and Air Quality: A Case Study in the Metropolitan Area of São Paulo
No full textSevere biomass burning (BB) events have become increasingly common in South America in the last few years, mainly due to the high number of wildfires observed recently. Such incidents can negatively influence the air quality index associated with PM2.5 (particulate matter, which is harmful to human health). A study performed in the Metropolitan Area of São Paulo (MASP) took place on selected days of July 2019, evaluated the influence of a BB event on air quality. Use of combined remote sensing, a surface monitoring system and data modeling and enabled detection of the BB plume arrival (light detection and ranging (lidar) ratio of (50 ± 34) sr at 532 nm, and (72 ± 45) sr at 355 nm) and how it affected the Ångström exponent (>1.3), atmospheric optical depth (>0.7), PM2.5 concentrations (>25 µg.m−3), and air quality classification. The utilization of high-order statistical moments, obtained from elastic lidar, provided a new way to observe the entrainment process, allowing understanding of how a decoupled aerosol layer influences the local urban area. This new novel approach enables a lidar system to obtain the same results as a more complex set of instruments and verify how BB events contribute from air masses aloft towards near ground ones
