Desarrollo de nuevos métodos y herramientas para la caracterización avanzada de aerosoles atmosféricos a partir de medidas de teledetección

  1. Fuertes Cocho, David
Supervised by:
  1. Carlos Toledano Olmeda Director
  2. Benjamín Torres Co-director

Defence university: Universidad de Valladolid

Fecha de defensa: 06 November 2018

Committee:
  1. A. Calle Chair
  2. Sandra Mogo Secretary
  3. Edith Lucero Rodríguez Jiménez Committee member
Department:
  1. Theoretical, Atomic and Nuclear Physics and Optics

Type: Thesis

Abstract

Los aerosoles atmosféricos son partículas en estado sólido o líquido es supensión en la atmósfera. Estas partículas, de origen natural o antropogénico, afectan al clima, a la actividad humana y a la salud. Es por ello que la monitorización y evaluación de los aerosoles es de suma importancia dentro de los estudios atmosféricos. En las últimas décadas distintas iniciativas tratan de obtener más y mejores datos para la caracterización de los aerosoles. Las redes en tierra son capaces de obtener sus propiedades con gran calidad, mientras que diferentes misiones satelitales son capaces de tomar grandes volúmenes de datos con una excelente cobertura espacial. A partir de las medidas y mediante la aplicación de complejos algoritmos se pueden obtener las propiedades ópticas y microfísicas de los aerosoles. GRASP es un reciente algoritmo de inversión que nace como una evolución del algoritmo utilizado por la red AERONET, y que puede aplicarse a diversos tipos de instrumentos (desde instrumentos de laboratorio, redes en tierra o sensores de satélites) e incluso sus sinergias (combinando las medidas de varios de ellos). Además, incluye modernas metodologías como la inversión multi-pixel, que permite añadir restricciones a priori sobre la variabilidad temporal o espacial. En la actualidad existen numerosos retos asociados a mejorar el conocimiento de los aerosoles, desde el reto tecnológico de cómo manipular las grandes volúmenes de información generados hasta la mejora de los algoritmos existentes para su caracterización. La presente tesis trata de ahondar en el estudio y análisis de los aerosoles mediante el uso de herramientas informáticas avanzadas. Se presenta el desarrollo de CÆLIS, herramienta de gestión que permite a la red liderada por la universidad de Valladolid el control y mantenimiento de la instrumentación así como el estudio de los datos recibidos y su procesado. Esta herramienta es de gran ayuda la hora de mejorar la calidad de las medidas obtenidas por la red así como para procesar los datos con algoritmos avanzados y estudiar sus resultados. Como ejemplo de aplicación de estas técnicas se desarrolla un estudio comparativo de las estaciones de Izaña y Mauna Loa. Más de 20 años de datos de las redes AERONET y PFR-GAW en estas estaciones han sido analizados con el objetivo de comprender mejor la calidad de las estaciones y la precisión de la calibración por el método de Langley de los instrumentos de referencia. Las climatologías muestran que el AOD (500nm) promedio en Mauna Loa es de 0.016 y en Izaña es de 0.054. El análisis establece el número de días aptos para este tipo de calibraciones a lo largo del año en ambas estaciones, siguiendo los estrictos protocolos establecidos por ambas redes. Por último, este trabajo desarrolla una aplicación específica del algoritmo GRASP: el desarrollo de una inversión para medidas de espesor óptico de aerosoles. Los resultados muestran que se pueden separar los modos fino y grueso dentro de un error menor del 1% del valor de la medida de espesor óptico. La modelización del modo fino es más precisa si se aporta información del índice de refracción real. El modo grueso es menos estable pero mejora si se aporta información extra, como el índice de refracción complejo.