Investigation into the transport, behaviour and deposition of combustion aerosols from transport sources

The deterioration of air quality is a significant issue in large and growing cities. This work investigates particulate emissions from transport, the largest source of air pollution in cities today. Emitters such as busy roads and diesel trains are investigated, with specific reference to the evolution of particles over time and distance. Diesel trains are investigated as an alternative to road traffic in investigating evolutionary processes. Higher emissions and solitary sources mean that the emitted plume can be observed over time in a single location. These results represent the first investigation of the evolution of fine and ultrafine aerosol particles from this type of source. Aerosols near a busy road are investigated, with the result that a dependence of total number concentration on distance from the road is shown to be related to the fragmentation of nanoparticle clusters. Local meteorological conditions are also monitored and humidity is shown to vary with distance from the road in a nonmonotonic way. Particles from a busy road were also examined using a scanning electron microscope, with the intention of understanding the make up of the emitted aerosol plume. It was determined that due to significant surface behaviour post-deposition, this method of analysis could not directly classify airborne pollutants. Some interesting results were obtained however, particularly in terms of composite particles and the analysis of deposited patterns. This thesis introduces new work in terms of the analysis of diesel train particulate emissions, as well as adding further evidence towards the fragmentation process of aerosol evolution in both background concentrations and emitted aerosol plumes.

Structure of the Indian southwesterly pre-monsoon and monsoon boundary layers: Observations and numerical simulation

Characteristics of pre-monsoon and monsoon boundary layer structure and turbulence were studied in New Delhi and Bangalore, India during the summer of 1987. Micrometeorological towers were installed and instrumented at these locations to provide mean and turbulent surface layer measurements, while information on the vertical structure of the atmosphere was obtained using miniradiosondes. Thermal structures of the pre-monsoon and monsoon boundary layers were quite distinct. The daytime, pre-monsoon boundary layer observed over New Delhi was much deeper than that of the monsoon boundary layer observed over Bangalore and at times was characterized by multiple inversions. Surface, turbulent sensible heat fluxes at both sites were approximately the same (235 and 200 Wm−2 for New Delhi and Bangalore, respectively). Diurnal variations in the monsoon boundary layer at Bangalore were more regular compared to those under pre-monsoon conditions at New Delhi. One-dimensional numerical simulations of the pre-monsoon boundary layer using a turbulent energy closure scheme show good agreement with observations.

Estudo do calo sensível e latente obtidos por intermédio da razão de Bowen em uma cultura de soja irrigada

The goal of this experiment was to study the latent and sensible heat variation determined by Bowen ratio from an irrigated soybean crop. A micrometeorological station with vertical displacement was constructed to maintain the same level of all measures over the canopy. The station was installed in the center of the crop, and it was over 130 m away from the main edge of the predominant wind direction. Fluxes were calculated by vertical temperature gradient determined at 0.15 and 1.15 m over the canopy. The latent heat flux was the mean energy consumer when the canopy covered the soil totally, and there were good soil water conditions. The sensible heat flux was greater when the soil was not totally covered by the canopy. The canopy was essential on the amount of latent heat dissipated by the crop.

Estudo comparativo da distribuição espaço-temporal da precipitação na Amazônia Oriental

Este trabalho utilizou os dados de precipitação do período de janeiro de 2000 a setembro de 2007 da torre micrometeorológica localizada na Estação Científica Ferreira Pena (ECFP) em Caxiuanã e foram comparados com o algoritmo 3B42 que combina dados de satélites no canal de microoondas para ajustar aqueles do canal infravermelho. Adicionalmente foi feita uma análise da distribuição temporal e espacial da precipitação na Amazônia Oriental utilizando os dados de cinco algoritmos estimadores de precipitação: O Geostationary Environmental SalellitePrecipitation lndex (GPI); o 3B42; 3A12 e 3A25 que são os algoritmos provenientes dos sensores de microondas e do radar meteorológico à bordo do satélite Tropical Rainfall MeasuringMission (TRMM); e o Global Precipitation Climatology Center (GPCC) de janeiro de 1998 a dezembro de 2007. A comparação entre o algoritmo 3B42 com os dados do pluviógrafo da torre mostrou que o estimador 3B42 superestima a precipitação em relação aos dados da torre para todo o período de estudo. Os períodos mais chuvosos foram os trimestres de março-abril-maio (MAM) e dezembro-janeiro-feveireiro (DJF) e os períodos menos chuvosos foram setembro-outubro-novembro (SON) e junho-julho-agosto (JJA). Esta sazonalidade da precipitação se apresenta principalmente devido à influência da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT), que contribui de maneira apreciável para a modulação da estação chuvosa na região. A comparação trimestral entre o algoritmo 3B42 e pluviógrafo da torre, mostra que o algoritmo 3B42 superestimou (subestimou) a precipitação em relação ao pluviógrafo em MAM e JJA (DJF e SON); e DJF é o trimestre que apresenta as estimativas de precipitação com valores mais aproximados a precipitação medida na torre micrometeorológica de Caxiuanã. Na média mensal o 3B42 subestima a precipitação de outubro a janeiro e superestima em relação as dados medidos na torre, de março a agosto. O algoritmo3B42 superestimou (subestimou) a precipitação noturna (matutina e vespertina) do ciclo diurno em relação ao pluviógrafo da torre, nas vizinhanças de Caxiuanã. No entanto ambos estimadores mostraram que em média o horário de maior precipitação é por volta das 1800hora local (HL). Além disso, as análises do ciclo diurno médio sazonal indicam que em DJF nos horários de 0900 HL, 1500 HL e 1800HL têm os valores de precipitação estimada pelo algoritmo3B42 mais aproximados aos valores da precipitação medida pontualmente em Caxiuanã. Os meses de novembro a fevereiro têm um máximo principal de precipitação no período vespertino, tanto na torre como no algoritmo 3B42. No período de maio à julho o horário os máximos diurnos de precipitação passam do período da tarde para os da noite e madrugada,modificando o ciclo diurno em comparação aos demais meses. A comparação entre os cinco algoritmos na Amazônia Oriental mostrou diferentes comportamentos entre os estimadores. O algoritmo GPI subestimou s precipitação em relação aos demais algoritmos na região costeira do Amapá e Guiana Francesa e superestimou na região central da Amazônia. Tanto o algoritmo 3A12 quanto o 3A25 apresentaram menor precipitação que os demais algoritmos. O algoritmo 3842, por ser uma combinação de várias estimativas baseadas no canal de microondas e infravermelho, apresenta padrões semelhantes a Figueroa e Nobre (1990). No entanto, o GPCC mostra menos detalhes na distribuição espacial de precipitação nos lugares onde não há pluviômetros como, por exemplo, no Noroeste do Pará. As diferenças entre os algoritmos aqui considerados podem estar relacionados com as características de cada algoritmo e/ou a metodologia empregada. As comparações pontuais de precipitação de um pluviômetro com a média numa área com dados provenientes de satélites podem ser a explicação para as diferenças entre os estimadores nos trimestres ou ciclo diurno. No entanto não se descartam que essas diferenças sejam devidas à diferente natureza da precipitação entre as subregiões, assim como a existência de diferentes sistemas que modulam o ciclo diurno da precipitação na Amazônia Oriental.

Balanço de energia e fluxos turbulentos associados à fatores físico-químicos da água na baía de Caxiuanã

Investigar o comportamento do balanço de energia sobre superfícies aquáticas ainda é um desafio cientifico, pois são raros estudos disponíveis neste tipo de superfície. A flona de Caxiuanã há vários anos se tornou um grande objeto de estudo para diversos ramos da ciência, que servem de suporte para região amazônica. Dentre esses encontra-se a micrometeorologia, que aborda entre seus principais tópicos de interesse os fenômenos de troca de energia e massa na interface superfície-atmosfera. Visando suprir essa carência de informações, no presente estudo foram analisadas as variações horárias e sazonais das componentes do balanço de energia, como fluxo de calor latente e de calor sensível. Com o auxilio de variáveis meteorológicas tais como precipitação, temperatura do ar, velocidade e direção do vento além de parâmetros físico-químicos da água (albedo, nível de maré, turbidez, temperatura da água, carbono orgânico e inorgânico total) verificou-se o papel de cada uma dessas variáveis no fechamento do balanço de energia sobre uma superfície aquática na baia de Caxiuanã. Uma peculiaridade apresentada pela baia de Caxiuanã foi a temperatura da água estar sempre com valores superiores à temperatura do ar, demonstrando que a baia consegue reter grande quantidade de calor durante o dia, e não perde a maior parte deste calor para a atmosfera durante a noite. O carbono orgânico total presente nas águas da baia apresentou redução da concentração ao longo do período de estudo. O fluxo de calor latente (LE) mostrou ser a componente dominante do balanço de energia, apresentando valor médio de 200 W.m^-2 durante a maior parte do período de estudo, e o fluxo de calor sensível (H) apresentou valor máximo em Maio, cerca de 50 W.m^-2. Os valores negativos de H durante período noturno demonstram que a baia está perdendo calor para o ambiente, isto é, a mesma esta atuando como fonte calor para atmosfera adjacente, inclusive para a floresta.

Carbon pools and fluxes measured during a field campaign conducted in 2010 on the Tibetan Plateau at Kema

The Tibetan highlands host the largest alpine grassland ecosystems worldwide, bearing soils that store substantial stocks of carbon (C) that are very sensitive to land use changes. This study focuses on the cycling of photoassimilated C within a Kobresia pygmaea pasture, the dominating ecosystems on the Tibetan highlands. We investigated short-term effects of grazing cessation and the role of the characteristic Kobresia root turf on C fluxes and belowground C turnover. By combining eddy-covariance measurements with 13CO2 pulse labeling we applied a powerful new approach to measure absolute fluxes of assimilates within and between various pools of the plant-soil-atmosphere system. The roots and soil each store roughly 50% of the overall C in the system (76 Mg C/ha), with only a minor contribution from shoots, which is also expressed in the root:shoot ratio of 90. During June and July the pasture acted as a weak C sink with a strong uptake of approximately 2 g C/m**2/ in the first half of July. The root turf was the main compartment for the turnover of photoassimilates, with a subset of highly dynamic roots (mean residence time 20 days), and plays a key role for the C cycling and C storage in this ecosystem. The short-term grazing cessation only affected aboveground biomass but not ecosystem scale C exchange or assimilate allocation into roots and soil.

Scalar turbulent behavior in the roughness sublayer of an Amazonian forest.

An important current problem in micrometeorology is the characterization of turbulence in the roughness sublayer (RSL), where most of the measurements above tall forests are made. There, scalar turbulent fluctuations display significant departures from the predictions of Monin?Obukhov similarity theory (MOST). In this work, we analyze turbulence data of virtual temperature, carbon dioxide, and water vapor in the RSL above an Amazonian forest (with a canopy height of 40 m), measured at 39.4 and 81.6 m above the ground under unstable conditions. We found that dimensionless statistics related to the rate of dissipation of turbulence kinetic energy (TKE) and the scalar variance display significant departures from MOST as expected, whereas the vertical velocity variance follows MOST much more closely. Much better agreement between the dimensionless statistics with the Obukhov similarity variable, however, was found for the subset of measurements made at a low zenith angle Z, in the range 0°  <  |Z|  <  20°. We conjecture that this improvement is due to the relationship between sunlight incidence and the ?activation?deactivation? of scalar sinks and sources vertically distributed in the forest. Finally, we evaluated the relaxation coefficient of relaxed eddy accumulation: it is also affected by zenith angle, with considerable improvement in the range 0°  <  |Z|  <  20°, and its values fall within the range reported in the literature for the unstable surface layer. In general, our results indicate the possibility of better stability-derived flux estimates for low zenith angle ranges.

Scalar turbulent behavior in the roughness sublayer of an Amazonian forest.

An important current problem in micrometeorology is the characterization of turbulence in the roughness sublayer (RSL), where most of the measurements above tall forests are made. There, scalar turbulent fluctuations display significant departures from the predictions of Monin?Obukhov similarity theory (MOST). In this work, we analyze turbulence data of virtual temperature, carbon dioxide, and water vapor in the RSL above an Amazonian forest (with a canopy height of 40?m), measured at 39.4 and 81.6?m above the ground under unstable conditions. We found that dimensionless statistics related to the rate of dissipation of turbulence kinetic energy (TKE) and the scalar variance display significant departures from MOST as expected, whereas the vertical velocity variance follows MOST much more closely. Much better agreement between the dimensionless statistics with the Obukhov similarity variable, however, was found for the subset of measurements made at a low zenith angle Z, in the range 0°??