PPGCC - Doutorado em Ciências Climáticas
URI Permanente para esta coleçãohttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/11914
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Tese Aerossóis atmosféricos no Bioma Caatinga: distribuição, higroscopicidade e formação de novas partículas(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2025-02-07) Franklin, Levi Mendes; Costa, Gabriel Brito; Silva, Jonathan Mota da; https://orcid.org/0000-0001-9995-8451; http://lattes.cnpq.br/3379521354576211; http://lattes.cnpq.br/6444479594142731; Oliveira, Cristiano Prestrelo de; Leal Júnior, João Bosco Verçosa; Hoelzemann, Judith Johanna; Rodrigues, Thiago RangelO aerossol interfere no clima de diferentes formas por meio de suas interações com a radiação e com as nuvens, e ao absorver e espalhar radiação solar. O efeito geral destas interações modifica o albedo planetário e, por conseguinte o balanço radiativo terrestre que resulta em um aquecimento conforme o albedo aumenta absorvendo mais radiação. Este trabalho visa reduzir as incertezas acerca da população de aerossóis, da concentração de carbono negro, dos núcleos de condensação de nuvens e formação de novas partículas, medida na região de Caatinga no interior de Estado do Ceará, no qual existem poucos trabalhos voltados ao estudo dos aerossóis neste bioma. No entanto este trabalho traz contribuições inéditas quanto a concentração de aerossóis bem como a definição da higroscopicidade e formação de novas partículas. O objetivo deste estudo será avaliar os aerossóis quanto à concentração de carbono negro (BC), núcleo de condensação de nuvem (CNN), higroscopicidade (κ) e a formação de novas partículas (NPF): as campanhas foram realizadas no bioma caatinga e em meio urbano, respectivamente. A primeira etapa desse trabalho foi composta com a realização das medidas dos aerossóis. Neste sentido já foram realizadas três campanhas de campo (~ 10 dias cada) para a coleta de aerossóis, na caatinga e no meio urbano, com uso de um espectrômetro de tamanho de partículas de varredura móvel, um monitor de carbono negro multiespectral (BC 1054) e um contador de núcleos de condensação de nuvens (CCNC). As análises realizadas na caatinga e no meio urbano foram sobre as concentrações por tamanho dos aerossóis, em especial o carbono negro e a sua higroscopicidade (κ). De maneira geral, a concentração dos aerossóis na caatinga e no meio urbano são distintos, com bem superiores no meio urbano. Por outro lado, a higroscopicidade (κ) para caatinga e para o meio urbano foi a mesma, com κ igual a 0,19. Esses aerossóis são menos higroscópicos do que os aerossóis continentais observados na Europa (κ = 0,36) e do que a média global continental (κ = 0,27). em relação a formação de novas partículas, foram identificados 45% dos dias analisados, foram avaliados os eventos de formações de novas partículas e foi concluído que 70% dos dias analisados houve NPF seja de classe I ou classe II.Tese Modeling precipitation occurrence in Northeast Brazil using a hidden Markov model: understanding the dynamic connections of rainy seasons(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2025-01-29) Silva, Isamara de Mendonça; Mendes, David; Medeiros, Deusdedit Monteiro; https://orcid.org/0000-0003-3221-679X; http://lattes.cnpq.br/2725714861694839; https://orcid.org/0000-0003-1418-5109; http://lattes.cnpq.br/4411895644401494; https://orcid.org/0000-0002-8474-7333; http://lattes.cnpq.br/7451132975780829; Presa, Luís Gimeno; Mesquita, Michel dos Santos; Ambrizzi, Tercio; Gonçalves, Weber AndradeAs chuvas sobre o Nordeste do Brasil (NEB) apresentam grande variabilidade climática e são altamente sazonais e intrinsecamente condicionadas a mudanças na circulação atmosférica em grande escala. Este trabalho tem como objetivo empregar o modelo oculto de Markov (HMM) para descrever a ocorrência diária de precipitação no NEB para o verão e outono. Utilizamos um banco de dados de precipitação para estimar os parâmetros do modelo durante o período de 1980 a 2015. O Critério de Informação Bayesiano (BIC) é aplicado para avaliar o ajuste do modelo e então gerar a sequência de Viterbi. Caracterizamos a circulação atmosférica em larga escala dos estados ocultos. Posteriormente, são descritos variabilidade intrasazonal e interanual dos estados ocultos para as chuvas de verão no NEB. Considerando que a variabilidade interanual dos estados ocultos são avaliados para as chuvas de outono e seus potenciais preditores. Os resultados para o verão apresentam um HMM com quatro estados, estados 1 (SS1), 2 (SS2), 3 (SS3) e 4 (SS4). O SS1 e SS3 correspondem às condições úmidas versus secas associadas à interação entre a Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) e o Sistema de Monções Sul-Americano (SAMS). As SS2 e SS4 apresentam uma gangorra sudoeste-noroeste de ocorrência de precipitação, associada a condições antissimétricas entre a ZCIT e a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). A Oscilação Madden Julian (MJO) parece afetar o desenvolvimento da ZCAS em SS3 e SS4. No SS4, o MJO influenciou a convecção no noroeste do NEB durante as fases 8-1-2. Durante a oscilação Quase Bienal de leste (EQBO), a atividade convectiva nas regiões ZCAS é intensificada em SS3 e SS4 durante a fase 1 do MJO e enfraquecida em SS4 durante as fases 1, 3 e 4. SS1 (SS3) é pré-condicionado por um Dipolo do Oceano Atlântico Sul (SAOD) positivo (negativo). SS2 (SS4) é modulado por um El NiñoOscilação Sul (ENSO) positivo (negativo). Os resultados para o outono apresentam um HMM de quatro estados, estados 1 (AS1), 2 (AS2), 3 (AS3) e 4 (AS4). A sequência de estados AS3 → AS2 → AS4 ↔ AS1 descreve os padrões de precipitação de outono no NEB. O ZCIT e o SAMS fundem-se (separam-se) em AS2 (AS1) numa extensão maior (menor) do que a climatologia e o NEB tornam-se largamente húmido (seco). AS3 é caracterizado por eventos de ZCAS, enquanto AS4 está associado a um evento anômalo de Distúrbio Ondulatórios de Leste (EWD). AS3 (AS4) também sofre a influência de uma mudança para sudeste (noroeste) da Alta Subtropical do Atlântico Sul (SASH). Os quatro estados são impulsionados pelo ENSO, que pode atuar em co-ocorrência com os modais atlânticos em AS1, AS2 e AS3 e com o modo indiano em AS1 e AS4. Os modos atmosféricos extratropicais em resposta ao ENSO também impactam as frequências de AS1, AS3 e AS4. AS1 e AS2 apresentam elevado potencial de previsibilidade tendo os índices do Atlântico e do Pacífico como seus preditores. Para AS3 (AS4), os índices do Pacífico (Atlântico) são os melhores preditores. O HMM categoriza efetivamente as características espaço-temporais das chuvas e sua associação com a circulação atmosférica e modos de variabilidade em grande escala. Estas descobertas melhoram a compreensão dos processos dinâmicos das chuvas no NEB e sua associação com teleconexões potencialmente previsíveis em escalas de tempo sazonais.Tese Estudo numérico do impacto da expansão urbana nas ilhas de calor em cidades do nordeste brasileiro(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-12-13) Santos, Ana Teena Bulcão dos; Hoelzemann, Judith Johanna; Gonçalves, Weber Andrade; http://lattes.cnpq.br/3901367142857642; http://lattes.cnpq.br/6590472437235971; http://lattes.cnpq.br/5993403560727190; Oliveira, Cristiano Prestrelo de; Freitas, Edmilson Dias de; Gomes, Helber Barros; Leal Júnior, João Bosco VerçosaO crescimento da população urbana contribui diretamente para o aumento das cidades em número e expansão territorial. À medida que ocorre a expansão do perímetro urbano nas últimas décadas, uma série de problemas ambientais surgem ou se intensificam no clima urbano, sendo um deles a ilha de calor urbana. O Nordeste Brasileiro é influenciado pelos ventos Alísios e sua região costeira possui a influência da circulação de brisa marítima e terrestre, sendo necessário investigar sobre a interação entre a ilha de calor urbana (ICU) e a circulação de brisas. O objetivo deste trabalho é utilizar um modelo atmosférico para caracterizar a ilha de calor urbana para as cidades litorâneas de Fortaleza e Natal, e o impacto do aumento da urbanização nas áreas urbanas e seu efeito na circulação local utilizando o modelo atmosférico WRF e o método de downscaling dinâmico. Foram utilizados os dados de condições iniciais e de contorno do ERA-5 fornecidos pelo European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) e o período simulado sendo 01 a 10 de novembro de 2019. Inicialmente, foi observado a ocorrência de ilha de calor urbana noturna nas cidades estudadas, com pico de aquecimento de 3.5 °C durante a madrugada, o mesmo comportamento é válido para a análise da modelagem com WRF. Realizando uma análise espacial da simulação, foi observado que para o caso de Fortaleza a ICU se resume à extensão da cidade e que essa diferença de temperatura positiva no período noturno afeta no mecanismo da circulação de brisa terrestre devido ao oceano estar em temperatura similar à região urbana. Para a cidade de Natal, apesar do ponto de maior intensidade se concentrar na região central da cidade, a brisa terrestre é sobreposta devido a intensidades dos alísios de sudeste na porção leste do nordeste brasileiro. Na análise do campo de vento e da velocidade vertical a 850 hPa, foi possível identificar várias regiões de movimentos ascendentes e descendentes dentro da cidade de Fortaleza, o que pode estar relacionado com uma circulação de brisa urbana. Para a cidade de Natal, foi observado corrente ascendente sob a região do rio Potengi e correntes descendentes na sua vizinhança, indicando a ocorrência de brisa de rio que pode colaborar no conforto térmico da região. Em relação ao estudo sobre a expansão da área urbana das cidades de Fortaleza e Natal, observou-se que conforme há o aumento da urbanização, maior será a intensidade da ilha de calor urbana e por consequência maior área de aquecimento. Para a cidade de Fortaleza, a urbanização pode afetar a circulação da brisa terrestre, em que foi observado maior impacto no aquecimento na superfície continental em comparação ao oceano. Para a cidade de Natal, foi observado que há impacto no clima local, onde durante a noite e início da manhã sendo mais quente. Em relação aos ventos locais, não foi observado mudança no padrão de circulação, porém se o processo de urbanização for mais intenso, este trará mais impactos no clima local.Tese Estimativa da produção de hidrogênio verde por meio da análise da energia eólica usando variáveis atmosféricas. Estudo de caso: região nordeste do Brasil(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-08-29) Sampaio, Amanda Ferreira; Lúcio, Paulo Sérgio; Leal Júnior, João Bosco Verçosa; http://lattes.cnpq.br/5291232352923880; http://lattes.cnpq.br/7252622619493075; Gonçalves, Weber Andrade; Rodrigues, Daniele Tôrres; Alves, José Maria Brabo; Lima, Lutero Carmo deNo Brasil em especial na região do Nordeste, produzir energia por fontes alternativas como a eólica, tornou-se adequado devido às características favoráveis da região. A análise da energia eólica, apresenta uma significativa importância em relação à estimativa de produção de eletricidade. Auxiliará as empresas que pretendem investir nessa alternativa de energia, a escolherem o local mais adequado para o melhor aproveitamento deste tipo de recurso energético. Além disso, a energia elétrica provinda dessas turbinas eólicas de grande porte, pode ser utilizada para produção de hidrogênio. Especificamente, o hidrogênio verde que é visto com uma alternativa para acelerar a transição energética e potenciar um futuro sustentável. Esse hidrogênio gerado pode ser utilizado para abastecer veículos, produção de fertilizantes nitrogenados á base de amônia e diminuir a quantidade de emissões de gases com efeito estufa. O estudo visa a análise de dados atmosféricos, que vai desde do tratamento dos dados até a modelagem, testes de acurácia ,cálculos de potência e energia produzida, tanto de eletricidade quanto da produção de hidrogênio verde. As variáveis atmosféricas usadas nesse estudo são velocidade do vento, temperatura, pressão atmosférica e umidade relativa do ar com séries temporais mensais. Os dados utilizados são provenientes de cinco estações meteorológicas do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), que utiliza um anemômetro com altura de 10 metros. Essas estações estão localizadas no Nordeste brasileiro: Fortaleza, Natal, São Luís, Recife e Aracaju. Foram utilizadas séries mensais com dois períodos distintos, o primeiro 1961- 1990 e o segundo 1991-2020. A análise, modelagem, simulação e estimativa de produção de eletricidade com as variáveis atmosféricas fazem parte do estudo do potencial energético, pois permite uma melhor compreensão da natureza da variabilidade dos dados, incluindo sazonalidade, tendência e aleatoriedade, e pode detectar pequenas variações. Para a análise dos dados climatológicos, a série cronológica completa sem intervalo de tempo é frequentemente utilizada. Isto implica que, independentemente do tamanho da série, não é apropriado ter dados ausentes e é necessário usar a técnica de imputação de dados. Os resultados encontrados nesse estudo mostraram um bom ajuste congruente com o que foi proposto, como visto nos gráficos apresentados e a análise estatistíca foi considerada adequada para o estudo devido a pequenos erros. Com destaque para Fortaleza com a maior potência máxima gerada com 5.98 MW/mês. Em relação a produção de hidrogênio verde em Fortaleza apresentou 125.60 kg e São Luís apresentou uma produção de 84.63 kg. Além disso, esse estudo visa contribuir no setor eólico com a disponibilização de uma ferramenta que auxilia os investidores dessa área a escolherem o local mais apropriado para o melhor aproveitamento deste tipo de recurso energético.Tese Extremos climáticos de precipitação e suas projeções sobre o Brasil utilizando as gerações de modelos do CMIP(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-08-28) Medeiros, Felipe Jeferson de; Oliveira, Cristiano Prestrelo de; https://orcid.org/0000-0003-2871-1595; http://lattes.cnpq.br/2461244145338043; http://lattes.cnpq.br/2451224020373508; Silva, Cláudio Moisés Santos e; Diaz, Álvaro Javier Avila; Silva, Maria Leidinice da; Silva, Wanderson LuizA ocorrência de eventos climáticos extremos de precipitação normalmente ocasionam enormes prejuízos econômicos e sociais, especialmente em localidades vulneráveis e com medidas de adaptação ainda incipientes, como é o caso do Brasil. É nesta perspectiva que o presente estudo surge, apresentando como objetivo principal investigar o padrão e as tendências dos extremos climáticos de precipitação sobre o Brasil e suas mudanças futuras ao longo do século XXI através das projeções com o conjunto de modelos do Coupled Model Intercomparison Project (CMIP). Dentro deste escopo, vários modelos de circulação geral oriundos das diversas gerações do CMIP foram utilizados. Com os dados diários desses modelos, foram calculados condições climáticas extremas de precipitação, como número de dias secos e com chuvas intensas, e diversos indíces climáticos extremos sugeridos pelo Expert Team on Climate Change Detection and Indices (ETCCDI) para o período histórico (1981-2005) e suas projeções até o final do século XXI considerando cenários distintos de emissões. Métricas estatísticas como erro médio (BEM), enviesamento percentual (PBIAS), razão da raiz quadrática média pelo desvio padrão da observação (RSR), índice refinado de concordância (dr) e coeficiente de correlação de Pearson (CORR) foram utilizados para analisar o desempenho dos modelos. Além disso, foi aplicado a métrica da classificação de modelos (Mr rank) para sintetizar se a evolução dos modelos do CMIP resultou em melhor simulação dos extremos climáticos. Os resultados indicaram que o número de dias secos deverão aumentar em todo o NEB, especialmente durante DJF e MAM, e mais pronunciadamente na costa leste, com projeções que estas condições sejam mais severas no cenário SSP5-8.5. O número de dias secos poderá aumentar até 15%. Com relação aos dias com chuvas intensas, embora os resultados sugiram que esta condição será mais frequente no futuro (o aumento pode exceder 140%), as projeções mostraram que, nos cenários de SSP2-4.5 e SSP3-7.0, o número de dias com chuvas intensas poderá ser mais elevado do que no cenário mais pessimista (SSP5-8.5). Com relação ao desempenho dos índices climáticos extremos de precipitação, os resultados revelaram que o CDD foi o índice mais difícil de ser simulado, enquanto os melhores foram PRCPTOT e R20mm. O desempenho do modelo mostrou que a geração de modelos do CMIP3 teve melhor habilidade sobre o Nordeste do Brasil, o CMIP5 para o Centro-Oeste, e o CMIP6 para as regiões Norte, Sudeste e Sul. Portanto, pelo menos para o Brasil, a evolução dos ESMs do CMIP não refletiu uma melhoria substancial na representação dos extremos climáticos de precipitação em todas as regiões brasileiras. Além disso, todos os modelos das gerações do CMIP apresentaram dificuldade em simular as tendências observadas. Isso evidencia que ainda são necessárias melhorias nos modelos do CMIP. Apesar do relativo baixo desempenho no clima histórico, as projeções climáticas indicaram sinal de consenso entre a maioria dos extremos climáticos de precipitação e as gerações do CMIP, o que aumenta sua confiabilidade. No geral, os eventos extremos de precipitação são projetados para serem mais severos, frequentes e duradouros em todas as regiões brasileiras, com as mudanças mais pronunciadas sendo esperadas nas chuvas fortes e secas severas na porção centro-norte do Brasil e no setor sul.Tese Controles biofísicos e ambientais da evapotranspiração em pastagens tropicais sob condições de sequeiro(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-05-24) Silva, Israel Walter Hilário da; Bezerra, Bergson Guedes; Costa, Gabriel Brito; https://orcid.org/0000-0002-5254-489X; http://lattes.cnpq.br/0980355943575182; https://orcid.org/0000-0002-1566-3304; http://lattes.cnpq.br/1901216516407999; https://orcid.org/0000-0002-9654-5261; http://lattes.cnpq.br/5659345555242426; Silva, Claudio Moisés Santos e; Lima, José Romualdo de Sousa; Rodrigues, Thiago RangelAs pastagens cobrem cerca de 25% da área global, sendo maior do que qualquer outro uso da terra. No Brasil equivale a 32% da área total usada pela agricultura, e, predominantemente para produção de pecuária de ruminantes. Ao mesmo tempo que contribui para a intensificação das mudanças climáticas, a pecuária de ruminantes se apresenta como um setor estratégico na garantia da segurança alimentar que está seriamente ameaçada pelas próprias mudanças climáticas. Para vencer esse desafio de garantir segurança alimentar diante de mudanças climáticas será necessária a adoção de sistemas de produção dotados de práticas que maximizem a eficiência e promovam o uso sustentável dos recursos naturais. Sabe-se que a evapotranspiração (ET) é o principal impulsionador da partição do balanço energético e influencia os ciclos hidrológicos e de carbono em escalas globais, regionais e locais. Além disso, é o principal requisito para o desenvolvimento de estratégias para melhorar o uso da água na agricultura. Sendo assim, existe uma estreita relação entre ET e chuvas, principalmente em ambientes tropicais. Portanto, o objetivo do presente estudo é avaliar como a ET de uma pastagem tropical sob condições de pastejo respondem à variabilidade sazonal e interanual das forçantes meteorológicas. Os dados foram oriundos de uma campanha experimental em uma área (Brachiaria brizantha) pastejada por ovinos na Escola Agrícola de Jundiaí (EAJ). Foram coletados dados do balanço de energia e ET utilizando o método do eddy covariance (EC) e analisados com base em dados de dois anos agrícolas (2015-2016 e 2016-2017). Os resultados apontam anomalia na precipitação negativa (-59 mm) e positiva (356 mm), respectivamente. A ET apresentou sazonalidade pronunciada, estreitamente alinhada com a sazonalidade das chuvas. Médias diárias mais baixas foram observadas durante a estação seca em ambos os anos agrícolas (1,01 ± 0,60 e 0,89 ± 0,44 mm, respectivamente). Por outro lado, maiores médias diárias foram observadas no período chuvoso (2,44 ± 0,75 e 4,83 ± 0,96 mm, respectivamente). Os padrões Gs e a correlação significativa entre Gs, Ω e α (p < 0,01) indicam que o controle superficial prevalece sobre o controle atmosférico em escala anual. Esta relação é provavelmente induzida por um mecanismo de controle vegetativo estomático, que protege a vegetação contra a perda excessiva de água durante períodos de altas temperaturas e baixos níveis de umidade.Tese Densidade de potência eólica a partir de ensembles de modelos climáticos regionais no Nordeste do Brasil para o passado recente e futuro(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-02-26) Gurgel, Augusto de Rubim Costa; Lima, Kellen Carla; http://lattes.cnpq.br/4524628383146981; https://orcid.org/0000-0002-0581-9475; http://lattes.cnpq.br/0169161961991874; Nascimento, Diego Silveira Costa; Sales, Domingo Cassain; Ribeiro, Marcos Samuel Matias; Coutinho, Maytê Duarte LealO aumento significativo no consumo de energia elétrica e consequente, o aumento da emissão de gases de efeito estufa fez com que fontes de energia limpa passassem a ser mais exploradas em todo o mundo. No Brasil, em especial, observou-se o desenvolvimento das energias eólica e solar, principalmente, na região do Nordeste do Brasil (NEB). Dessa forma, o objetivo geral desta tese é realizar ensembles de alta resolução pertencentes ao projeto CORDEX por meio de técnicas estatísticas simples e robustas e por aprendizado de máquina a fim de projetar a velocidade do vento e a densidade de potência eólica para diferentes áreas do NEB sob dois cenários climáticos para um futuro próximo (2041-2060) e distante (2081-2099) e comparálas com o passado recente (1986-2005). A tese está organizada no formato de artigos. No primeiro artigo, avaliou-se como a velocidade do vento se relacionava com outras variáveis climáticas. Para tanto, utilizou-se a Análise de Componentes Principais (ACP) para correlacionar a velocidade do vento com a temperatura do ar, a umidade relativa do ar e a precipitação a partir do Modelo Climático Regional (MCR) RegCM4.7_HadGEM2-ES para o Rio Grande do Norte, no passado recente de 1986 a 2005. Como resultado, utilizou-se apenas a CP1 pois apresentou 75,74% da variabilidade dos dados e autovalor acima de 1. A velocidade do vento teve forte correlação negativa com a precipitação e umidade relativa do ar, -0,91 e -0,94, respectivamente. No segundo artigo, foi calculada a densidade de potência eólica para áreas do NEB no passado recente de 1986 a 2005. Diante disso, primeiramente, validou-se a reanálise ECMWF-ERA5 com os dados observados de forma espacial. Em seguida, os MCR RegCM4.7, RCA4 e Remo2009 foram validados com a reanálise, e observou-se valores de superestimação acima de 1m/s em diversas áreas do NEB no período seco (julho a dezembro). Quatro áreas no NEB foram escolhidas para estudo com base na quantidade de parques eólicos e nos diferentes aspectos climáticos: o norte do Ceará (N-CE), o norte do Rio Grande do Norte (N-RN), o Planalto da Borborema (Borborema) e o centro da Bahia (C-BA). Os MCR com melhores índices estatísticos em cada área foram escolhidos para realizar o cálculo da densidade de potência eólica. O N-RN e o N-CE foram as áreas que apresentaram maior densidade de potência eólica no passado recente. Por fim, no terceiro artigo, foram aplicadas técnicas de média aritmética e outras técnicas robustas para realizar ensembles nas mesmas áreas escolhidas no artigo anterior e mesmo período (passado recente). As técnicas de média aritmética e combinação convexa apresentaram alta subestimação da velocidade do vento para o primeiro semestre, exceto a área da C-BA, e alta superestimação para o segundo semestre. As demais técnicas conseguiram representar bem (medianas próximas) a reanálise ECMWF-ERA5 em todas as áreas estudadas no NEB. A partir da análise do Diagrama de Taylor e dos índices estatísticos de concordância de Willmott e a razão dos desvio-padrão, a técnica que melhor representou a reanálise em todas as áreas de estudo do NEB, foi a PCR. Assim, a partir dessa técnica foi realizada o cálculo da densidade de potência eólica, tanto para o passado recente como para o futuro próximo e futuro distante, mediantes os RCP 2.6 e 8.5. Considerou-se, que há uma estabilidade nos valores da densidade de potência eólica para o futuro próximo e distante. Portanto, a área do N-RN apresentou a maior densidade de potência eólica do NEB, seguido do N-CE, Borborema e C-BA, tanto para o passado recente quanto para os futuros próximo e distante.Tese Explorando as tendências climáticas da velocidade do vento no Brasil (1961-2020) e propondo um modelo híbrido para previsões(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-02-21) Lima, Gizelly Cardoso; Rodrigues, Daniele Tôrres; Silva, Cláudio Moisés Santos e; https://orcid.org/0000-0002-2251-7348; http://lattes.cnpq.br/1394248306018449; https://orcid.org/0009-0001-9535-6426; http://lattes.cnpq.br/9715355859578834; Costa, Gabriel Brito; https://orcid.org/0000-0002-5254-489X; http://lattes.cnpq.br/0980355943575182; Cabral Júnior, Jorio Bezerra; Lucio, Paulo Sérgio; Emiliavaca, Samira de Azevedo SantosEsse estudo teve como objetivo principal analisar os dados diários de velocidade do vento no Brasil, coletados no período de 1961 a 2020, a fim de avaliar mudanças em duas normais climatológicas de 30 anos, designadas como períodos P1 e P2. A análise foi conduzida por meio de 54 estações meteorológicas gerenciadas pelo INMET, utilizando dados faltantes preenchidos pelo algoritmo de maximização de expectativa bootstrap. O estudo incluiu a aplicação de testes estatísticos, como o teste de Mann-Kendall para detectar tendências lineares e o teste de inclinação Sen para quantificar a intensidade das tendências. Além disso, foram utilizadas duas bases de dados, onshore e offshore, para avaliar o potencial eólico. A base onshore consistiu em informações horárias de velocidade do vento coletadas em estações automáticas em 2019, localizadas próximas a parques eólicos. A base offshore foi obtida a partir do registro de uma bóia offshore, Fortaleza, localizada no litoral do Ceará, próxima a uma usina eólica offshore projetada pela empresa Totalenergies Petróleo & Gás Brasil. O método de Monte Carlo foi utilizado para construir intervalos de confiança da previsão. Durante o período P2, foram observadas tendências positivas na bacia amazônica e na região semiárida, enquanto tendências negativas foram destacadas ao longo da costa e na região Sudeste. As velocidades médias do vento durante o P1 foram superiores às do P2, revelando variações ao longo dos anos. A comparação entre as normais climatológicas P1 e P2 revelou tendências positivas significativas em algumas regiões durante o P2, com um aumento na variação média mensal de até 0,85 m/s. As inclinações médias das tendências foram de -1 e 1 ms-1 década-1 para todos os períodos analisados. Esses resultados indicaram magnitudes elevadas de vento, com Densidade de Potência (PD) máxima de 778,08Wm-2 para a região Nordeste Brasileira (NEB), 170,90Wm-2 para a região Sudeste do Brasil (SUB) e 401,67Wm-2 para a Sul do Brasil (SUB). Essas descobertas têm o potencial de aprimorar a otimização da geração de energia eólica renovável no Brasil. A abordagem híbrida (SARIMA+GRU) mostrou-se superior aos algoritmos individuais na geração de previsões de velocidade do vento e potencial eólico offshore. A porcentagem de ganho de previsão chegou a até 95% em comparação com os modelos individuais. A região estudada apresenta um potencial técnico total estimado em 2766 GW, e a análise revelou que um único parque no litoral do NEB com 200 turbinas pode suprir toda a região do NEB, equivalendo a 229% a mais do que a demanda da região. Esses resultados destacam o significativo potencial eólico na região, contribuindo para futuros projetos de energia renovável. A imputação de 10% dos dados foi identificada como a mais confiável, apresentando baixos valores de RMSE, valores próximos de 1 para DP e r superior a 0,93, indicando que esse método foi eficaz na reconstrução de dados históricos de velocidade do vento no Brasil.Tese Caracterização dos relâmpagos ocorridos na região Nordeste do Brasil, por meio de sensoriamento remoto(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-08-31) Abreu, Lizandro Pereira de; Gonçalves, Weber Andrade; Mattos, Enrique Vieira; http://lattes.cnpq.br/3901367142857642; https://orcid.org/0000-0001-6427-3356; http://lattes.cnpq.br/2192289338587795; Bezerra, Bergson Guedes; Alcântara, Clênia Rodrigues; Rodrigues, Daniele Tôrres; Farias, Wendell Rondinelli GomesDevido às suas características agressivas e devastadoras, os relâmpagos se constituíram na história da humanidade como o ponto central das observações de diversas comunidades científicas ao redor do mundo, fazendo com que o conhecimento científico em relação ao fenômeno evoluísse significativamente. Entretanto a nossa capacidade de representar sua variabilidade espacial e temporal, bem como sua relação com as demais características ambientais permanecem como um desafio-chave. Estima-se que cerca de 60-75 milhões de relâmpagos ocorram anualmente, sendo esses responsáveis pela morte de aproximadamente 132 pessoas todos os anos no Brasil. A região Nordeste do Brasil (NEB) concentra 18 % da totalidade de óbitos ocorrida em todo o território nacional, e se considerarmos a população das diferentes regiões, o estado do Piauí apresentou a maior taxa de mortalidade da região (1,8 mortes por milhão); sendo esse valor bastante superior à taxa nacional (0,8) e do próprio NEB (0,5). Nesse sentido, o presente trabalho buscou avaliar a ocorrência de relâmpagos na região Nordeste do Brasil, caracterizando a sua relação com a microfísica de nuvens e desastres naturais. Dentro deste escopo foram utilizados dados de duas plataformas orbitais distintas: i) a partir do satélite Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) foram utilizados os dados dos sensores Lightning Imaging Sensor (LIS), TRMM Microwave Imager (TMI) e Precipitation Radar (PR), onde o primeiro fornece dados sobre a ocorrência de relâmpagos em toda a faixa tropical do planeta e os dois últimos oferecem informações sobre as características microfísicas das nuvens e estimativa da taxa de precipitação; ii) a partir do satélite Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES-16) foram utilizados dados dos sensores Geostationary Lightning Mapper (GLM), sobre ocorrência e localização de relâmpagos e Advanced Baseline Imager (ABI) um sensor de 16 canais, sendo 2 no visível, 4 no infravermelho próximo e 10 no infravermelho. Primeiramente, os dados do TRMM foram analisados a fim de buscar estabelecer uma relação entre a ocorrência de relâmpagos e as características microfísicas das nuvens (conteúdo integrado de gelo, conteúdo integrado de água de chuva, altura do nível de congelamento, precipitação convectiva e precipitação em superfície), comparando-os em função de classes de ocorrência de relâmpagos, localização espacial e perfis atmosféricos. Posteriormente, foi realizada uma distribuição dos relâmpagos aferidos pelo GLM, para entender sua variabilidade espacial e temporal. Finalmente, buscouse também avaliar a relação entre as variáveis dos relâmpagos e a ocorrência de desastres naturais no NEB. Os estados do Maranhão, Piauí e Bahia concentram as regiões com maior densidade de relâmpagos. Uma maior ocorrência de relâmpagos está associada a valores mais altos de conteúdo gelo (>38,9 kg.m−2), conteúdo de água de chuva (>2 kg.m−2), precipitação convectiva (>5 mm.h−1) e precipitação na superfície (>7 mm.h−1), além de valores de altura do nível de congelamento ligeiramente mais altos. As regiões com alta densidade de relâmpagos (>20 relâmpagos.km-2 .ano-1 ), em média, não possuem relâmpagos de grande área (>1000 km²), energia (>1500 fJ) e duração (>400 ms). Quanto aos sistemas, a Zona de Convergência Intertropical, além de ser importante para precipitação, também um sistema gerador de uma quantidade significativa de relâmpagos, sendo comumente relacionada a desastres naturais em sua área de atuação. É esperado que, com o estabelecimento dos locais e períodos de maiores ocorrências e as características dos relâmpagos, bem como a definição da participação de cada variável microfísica estudada na ocorrência de relâmpagos, o entendimento em relação ao fenômeno possa aumentar, além da diminuição das fatalidades associadas a ele.Tese Aspectos dinâmicos e climatológicos dos ciclones bombas no Hemisfério Sul(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-11-30) Reis, Jean Souza dos; Gonçalves, Weber Andrade; Mendes, David; http://lattes.cnpq.br/4411895644401494; http://lattes.cnpq.br/3901367142857642; https://orcid.org/0000-0002-1674-7518; http://lattes.cnpq.br/0801184027360772; Bezerra, Bergson Guedes; Silva, Claudio Moisés Santos e; Souza, Diego Oliveira de; Emiliavaca, Samira de Azevedo SantosUm Ciclone Bomba (CB) é um Ciclone Extratropical (CE) que apresenta rápido decaimento da pressão no centro do sistema na ordem de 1 hPa por hora durante 24 horas. Esse sistema ganhou popularidade nos últimos anos por impor sérias ameaças à segurança do transporte marítimo, pesca, operações marítimas e outras atividades nas regiões costeiras e os recentes impactos sobre a população. Portanto, o propósito deste estudo é analisar as características físicas, dinâmicas e fase dos CB no Hemisfério Sul (HS) através de uma robusta climatologia de 1979 a 2020. Além disso, a existência de tendência no número de CB ao longos do tempo e a influência de Sistemas Frontais (SF) em Desastres Naturais (DN) no Sul do Brasil. Espera-se que os resultados possam servir de base para melhoria de serviços como simulações numéricas e serem usados como prognósticos para auxiliar na gestão de riscos com um conjunto de ações preventivas e mitigadoras a fim de minimizar o impacto desses sistemas sofridos pela população. Foram utilizados dados reanalisados do conjunto ERA5 oriundos do Europe Center for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), de resolução espacial de 0.125°x0.125° e 2.5°x2.5° e temporal de 6 horas no período de 1979 a 2019, dados de desastres naturais gentilmente cedidos pelo Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais (Cemaden) de 2016 a 2020, dados de precipitação acumulada diária, estimadas do algoritmo Integrated Multisatellite Retrievals for GPM (IMERG) (versão 5) da missão do Global Precipitation Measurement (GPM) 0.25°x0.25° de 2016 a 2020 e cartas sinóticas de superfície do Centro de Previsão do Tempo de Estudos Climáticos/Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (CPTEC/INPE) nos quatro horários sinóticos principais (00, 06, 12 e 18 UTC) de 2016 a 2020. Para a detecção e rastreamento dos CB, foi utilizado um esquema de rastreamento de ciclones em campos de nível de pressão ao nível médio do mar a cada seis horas. Para avaliar a estrutura tridimensional dos ciclones foi utilizado o Diagrama de Fase do Ciclone (CPS). Os testes estatísticos teste-t de Student, Shapiro-Wilk, MannKendall, Pettit e estimativa de Sen foram utilizadas para determinar a existência, magnitude e ponto de quebra da tendência na série temporal dos CB. O número total de CB foi 587, com maior ocorrência (44,2%) no inverno e a menor (6,1%) no verão. A densidade espacial dos CB no HS mostrou boa concordância com o visto na literatura, vista principalmente ao redor da Antártida, em uma espécie de espiral em todo seu em torno, na área ciclogenética da AS à sudeste do Uruguai sobre o Oceano Atlântico Sul, no Sudeste do continente Australiano e no Mar da Tasmânia. As características físicas e dinâmicas como: velocidade, tempo de vida, gradiente de pressão e taxa de aprofundamento, mostraram boa concordância com outros trabalhos na literatura. Foi constatado a existência de tendência no número de CB ao longo dos anos com evidências estatísticas. Há aumento de um CB a cada 4 anos desde 1999. Foram identificadas fortes evidências que mais de 35% de CB que se formam no HS seguem o modelo teórico de ciclone conhecido como Shapiro-Keyser. Na avaliação de DN ocasionados pela passagem de um SF sobre o Sul do Brasil, foram observadas que as regiões mais afetadas são o litoral catarinense e a região centro-leste do Rio Grande do Sul. Além disso, foi constatado que os sistemas frontais que geram desastres naturais são diferentes dos demais sistemas frontais que afetam o Sul do Brasil. As principais diferenças notadas foram: um padrão de aumento e acúmulo de energia potencial convectiva disponível a oeste do Sul do Brasil antes do DN, especialmente na primavera; um aumento considerável da umidade específica em níveis baixos associados ao escoamento a leste dos Andes; e uma circulação anticiclônica em níveis elevados semelhantes à alta boliviana. A análise do comportamento da chuva indica que ela é mais alta nos dois dias anteriores ao desastre. Os valores médios de precipitação identificados, juntamente com o comportamento atmosférico observado, permitem identificar a potencial ocorrência de um desastre nas cidades do Sul do Brasil na passagem de um sistema frontal.Tese Avaliação do impacto das mudanças climáticas na América do Sul Tropical usando downscaling dinâmico: histórico e futuro(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-06-24) Silva, Maria Leidinice da; Oliveira, Cristiano Prestrelo de; Silva, Cláudio Moisés Santos e; https://orcid.org/0000-0002-2251-7348; http://lattes.cnpq.br/1394248306018449; http://lattes.cnpq.br/2461244145338043; https://orcid.org/0000-0002-9495-3974; http://lattes.cnpq.br/8364369192283433; Gonçalves, Weber Andrade; Freitas, Ana Carolina Vasques; Ambrizzi, TercioVários estudos têm apontado a América do Sul (AS) como uma das regiões continentais com maior grau de vulnerabilidade face às mudanças climáticas. Diante disso, simulações regionalizadas com o Regional Climate Modeling system versão 4.7 (RegCM4.7) acoplado ao Community Land Model versão 4.5 (CLM4.5) sob os cenários de baixa (RCP2.6) e alta (RCP8.5) emissões que interagem com o Fifth Assessment Report do Intergovernmental Panel on Climate Change (AR5-IPCC) foram realizadas sobre a AS tropical (AST). O objetivo é avaliar o Added Value (AV) da modelagem regional por meio do downscaling dinâmico durante o período histórico (1986–2005), bem como analisar os aspectos regionais projetados pelo modelo em reportar as mudanças climáticas no futuro distante (2080–2099). Diante disto, esta pesquisa constituiu de três etapas principais: i) inicialmente, o método Technique for Order Performance by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) – entre outras análises – foi usado para avaliar e ranquear os General Circulation Models (GCM) integrantes do Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5) ao reproduzir variáveis de superfície sobre sub-regiões da AST; ii) além de demonstrar uma metodologia de seleção que evita os modelos de entrada menos realísticos, após a seleção do GCM foi realizado o downscaling dinâmico sobre o domínio da AST e, consequentemente a validação das simulações; iii) por fim, os extremos climáticos foram avaliados. O clima sobre o domínio de interesse foi caracterizado com base nas variáveis de precipitação e temperatura do ar próximo à superfície. O clima médio do período histórico foi confrontado com o conjunto de dados mensais do Climate Research Unit versão ts4.02 (CRU). Por sua vez, o conjunto de dados diários do Climate Prediction Center (CPC) foi utilizado para validar os extremos climáticos. Os resultados do método TOPSIS apontam os GCMs BNU-ESM, CSIROACESS1.0, HadGEM-ES, INMCM4, NorESM-ME e MME, como um dos melhores para representar precipitação e/o temperatura sobre sub-regiões da AST. Levando em consideração as limitações computacionais, apenas o HadGEM-ES foi selecionado para dirigir o RegCM4.7 e gerar as simulações e projeções climáticas necessárias para as etapas seguintes deste estudo. Com relação ao downscaling dinâmico, o RegCM4.7 apresenta AV na representação espacial da precipitação e temperatura sobre a região Nordeste do Brasil e parte da Cordilheira dos Andes, principalmente no inverno. No entanto, não representa adequadamente a precipitação sobre a bacia Amazônica, principalmente no verão. As projeções do clima médio indicam que a simulação mais refinada do RegCM4.7 melhora significativamente os padrões espaciais projetados da simulação de resolução mais grosseira do HadGEM2-ES e até modifica o sinal de precipitação em alguns casos, e.g., no outono. Com relação à temperatura, ambos os modelos projetam aumento com maior magnitude para RCP8.5. Com relação aos extremos climáticos, o RegCM4.7 projeta mudanças mais significativas nos índices de precipitação e temperatura do que o HadGEM2-ES de condução, indicando maior sensibilidade às mudanças nos extremos. Embora ainda persistam algumas diferenças e vieses, o RegCM4.7 configurado adequadamente é uma ferramenta viável para estudos climáticos.Tese Estudo climatológico e análise da frequência de "dry spell" para o semiárido brasileiro(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-02-18) Medeiros, Biancca Correia de; Lucio, Paulo Sérgio; Silva, Cláudio Moises Santos e; https://orcid.org/0000-0002-2251-7348; http://lattes.cnpq.br/1394248306018449; http://lattes.cnpq.br/5291232352923880; http://lattes.cnpq.br/4983973591513391; Bezerra, Bergson Guedes; Rodrigues, Daniele Tôrres; Duarte, Ediclê de Souza Fernandes; https://orcid.org/0000-0002-2785-6648; http://lattes.cnpq.br/2515363116114247; Reis, Layara Campelo dosAs variações climáticas influenciam diretamente na economia de uma região. Este cenário no semiárido brasileiro pode ser ainda mais impactante, afetando consideravelmente a agricultura e os recursos hídricos. Assim, o objetivo geral deste estudo foi analisar possíveis mudanças climáticas existente para quatro sub-regiões do Semiárido Brasileiro dos parâmetros meteorológicos como a precipitação, temperatura mínima e máxima, umidade e insolação durante o período de 1962 a 2019. Foram utilizados dados diários de precipitação, temperatura mínima e máxima, umidade e insolação do Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa (BDMEP) do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) de 72 estações localizadas no Semiárido brasileiro. Dentre os métodos estatísticos utilizaram-se o teste de Mann-Kendall para verificar possíveis tendências, crescentes ou decrescentes ao nível de significância de 5%, a técnica estatística de análise de variância multivariada (MANOVA) para realizar uma análise espaço-temporal, comparando as médias dos parâmetros entre os períodos, e duas distribuições para dados de contagem, , a Poisson Inflada de Zeros – ZIP e a Binomial Negativa Inflada de Zeros – ZINB para analisar a frequência de “dry spell”, e fazer uma comparação em relação a qualidade dos ajustes através de dois critérios, AIC e BIC. Os resultados da análise de tendências indicaram uma tendência decrescente para a precipitação em todas as regiões durante o período 1962-2019. Observou-se uma tendência de aumento da temperatura máxima para quase todas as regiões, exceto a região R2 e diminuição da temperatura mínima em todas as regiões. A insolação teve uma variação diferente por região, R1 e R4 apresentaram insolação crescente enquanto R2 e R3 diminuíram. Os resultados da análise multivariada (MANOVA) indicaram mudanças significativas (p-valor < 0,05) em todas as variáveis. Em média, os valores de precipitação e umidade entre os períodos (1962–1990 e 1991–2019) diminuíram, enquanto os valores de temperaturas máximas, mínimas e insolação aumentaram. Na comparação dos ajustes dos dois modelos, o modelo de Poisson Inflada de Zeros (ZIP) teve o melhor ajuste aos dados. Os resultados deste estudo permitem a avaliação da possível mudança climática sobre a região do Semiárido brasileiro entre os dois períodos analisados, contribuindo também, em estudos futuros sobre a vulnerabilidade dessa região, bem como na elaboração de tomadas de decisão com foco em mitigar os efeitos dessas mudanças climáticas. Com o ajuste do modelo será possível prever a ocorrência do dry spell para o semiárido Brasileiro e dessa forma poder diminuir os impactos desse fenômeno na produtividade agrícola.Tese Análise do albedo em áreas de caatinga preservada e substituída por pastagem(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-03-07) Souza, Alcindo Mariano de; Silva, Claudio Moisés Santos e; Bezerra, Bergson Guedes; https://orcid.org/0000-0002-2251-7348; http://lattes.cnpq.br/1394248306018449; http://lattes.cnpq.br/4798473329850773; Mutti, Pedro Rodrigues; Ferreira, Rosaria Rodrigues; Marques, Thiago ValentimA caatinga é um dos biomas endêmicos mais vulneráveis com relação às mudanças climáticas. Estudos das consequências na alteração em fatores biofísicos, dentre eles o albedo de superfície, são relevantes para o entendimento do papel desse bioma no clima da Região Nordeste do Brasil. Compreender os processos que levam às mudanças de albedo por meio de análises em áreas de caatinga pode ajudar na preservação e no uso mais adequado de seus recursos. Nessa perspectiva, uma análise comparativa entre o albedo de uma área de caatinga preservada e de outra antropizada em pastagem com manejo do pastejo traz informações importantes para a percepção de possíveis consequências no uso do solo e auxiliem na compreensão da degradação e contribuam para a preservação do bioma. Também são importantes as informações sobre o potencial uso do albedo em pastagem como estratégia de mitigação das mudanças climáticas por meio do Solar Radiation Management (SEM). Dessa forma, o estudo foi conduzido a partir de observações das componentes do balanço de radiação à superfície em dois ambientes: Estação Ecológica do Seridó considerada como caatinga preservada (Caatinga), localizada no município de Serra Negra do Norte e; Escola Agrícola de Jundiaí considerada caatinga substituída por pastagem com manejo (Pastagem), em Macaíba, ambos no estado do Rio Grande do Norte. Os dados de albedo compuseram um ciclo anual de chuvas, dentro de quatro períodos: a estação seca, transição entre seca e chuvosa, chuvosa e transição entre chuvosa e seca tanto na Caatinga como na Pastagem. As médias de albedo foram maiores na Pastagem em todas as estações, com valor de 0,18 no ciclo anual, apresentando pouca variabilidade sazonal. Na Caatinga, o albedo médio foi de 0,15, sendo a estação de transição chuvosa para a seca aquela com maior valor igual a 0,16. A maior diferença no albedo médio entre a Pastagem e a Caatinga aconteceu na estação seca e a menor na estação chuvosa e na de transição entre seca e chuvosa. Embora a precipitação no período tenha sido maior na Pastagem com 992,7 mm, ainda assim apresentou um maior albedo médio em comparação à Caatinga que teve chuvas de 507,6 mm acumuladas no período. A elevação solar média também foi maior na Pastagem, o que influenciaria para redução da diferença entre os albedos médios com relação à Caatinga. Entretanto o albedo com base nos valores médios diários não sofreu influência estatisticamente significativa da elevação solar. Já com relação ao albedo médio em cada horário do dia, houve uma forte correlação negativa para todas as estações na Pastagem, mostrando também uma maior amplitude na variação do albedo no decorrer do dia em relação à Caatinga. Para ambos os sítios experimentais, as maiores dispersões nas frequências dos valores médios horários de albedo ocorreram no início da manhã e final da tarde, tendo maior regularidade em horários próximos ao meio dia. Algumas das consequências desse estudo são: a confirmação de que uma área de caatinga substituída por pastagem adquire características biofísicas que implicam em uma redução na radiação líquida em relação à caatinga com mata nativa, mesmo em pastagem com manejo do pastejo e forrageiras selecionadas e; que em uma região que haja o manejo de pastagem diminui a variabilidade do albedo, principalmente na comparação entre as suas estações seca e chuvosa, o manejo no pastejo evita que haja uma redução excessiva da cobertura vegetal e essas forrageiras não permitem um incremento muito maior do albedo, principalmente na estação seca. Essa menor variabilidade sazonal quando comparada à Caatinga, mesmo sendo muito próximas, a depender da área de cobertura pode ser mais relevante para a radiação líquida e para o clima da região. A resposta mais significativa do albedo médio horário em relação à elevação solar e o seu maior valor médio na Pastagem, mesmo com maior precipitação, apontam para o potencial uso do albedo no gerenciamento da radiação solar refletida, contudo investigações posteriores poderão indicar a possibilidade de seu uso na redução da temperatura local, principalmente em períodos mais quentes durante a estação seca.Tese O clima e o planejamento energético no Nordeste do Brasil(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-11-29) Santos, Nicorray de Queiroz; Lima, Kellen Carla; Spyrides, Maria Helena Constantino; http://lattes.cnpq.br/5023632543506327; http://lattes.cnpq.br/4524628383146981; http://lattes.cnpq.br/8858263131681301; Silva, Allan Rodrigues; Gomes, Ana Carla dos Santos; Ribeiro, Marcos Samuel MatiasA escassez hídrica e abundância do recurso eólico no Nordeste do Brasil constitui um tópico relevante para o estudo focado no planejamento energético. Atualmente, a energia elétrica é tratada como insumo sensível na cadeia produtiva e, portanto, apesar da considerável tradição no uso desta matriz, a energia elétrica apresenta no cenário interno consideráveis restrições, devido às limitações da disponibilidade do recurso hídrico. Sua relação intrínseca com o clima precede a necessidade de novas matrizes surgirem como suspiro de complementariedade. Dessa forma, o objetivo geral da pesquisa foi identificar a influência do clima na geração de energia elétrica no Nordeste do Brasil. A tese de doutorado está dividida em dois artigos. No primeiro, identificaram-se as variáveis climáticas relevantes que influenciam a geração hidroelétrica. Os dados mensais utilizados foram a vazão (período de 1964 a 2017), volume útil do Reservatório (Sobradinho), Dipolo do Atlântico Tropical, anomalias de temperatura da superfície do mar no Pacífico Equatorial, precipitação, geração, carga e importação de energia elétrica entre os anos de 2000 a 2017. A metodologia foi embasada na inferência estatística, componentes principais e modelo de regressão dinâmica. Os resultados mostraram redução de 30% na vazão a montante do reservatório de Sobradinho passando de 2.027 m3 .s−1 para 1.428 m3 .s−1 . Utilizando os escores das componentes principais no modelo de regressão dinâmica, houve redução na geração pela fonte hídrica em até 40%. O segundo artigo objetivou analisar o comportamento dos ventos no interior do Nordeste do Brasil, relacionado aos índices oceânicos e do clima e seu impacto na densidade de potência no período de 2013 a 2020. Para tanto, ajustaram-se os modelos estocásticos de Weibull e modelo de regressão dinâmica com dados de velocidade do vento mensal observados de torres anemométricas a 80 metros e 10 metros de altura em uma região de terreno complexo para o período de 2013 a 2020. Verificou-se, particularmente, no ano de 2016 e 2020, significativa influência negativa na densidade de potência com o El Niño e Dipolo do Atlântico, respectivamente. Confirmaram-se tendências decrescentes das séries temporais de vento a 80 e 10 metros e também do Dipolo do Atlântico. Além do efeito da sazonalidade incorporada ao modelo de regressão observou-se que a intensidade do vento depende da pressão atmosférica, umidade do ar e temperatura ambiente. Dessa forma, conclui-se que o clima é parte integrada do processo de planejamento energético e deve ser obrigatoriamente utilizado em análises relacionadas às fontes de geração de energia elétrica que dependam exclusivamente de recursos naturais como vazão, precipitação, vento, pressão atmosférica, umidade relativa do ar, temperatura e densidades do ar e da água, especialmente para matriz hídrica e eólica, tema central desse trabalho, contribuindo assim, para uma transição energética adequada.Tese Modelagem da cobertura de gelo marinho nos mares Antárticos de Weddell, Bellingshausen e Amundsen com uso de redes neurais artificiais(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-08-26) Tenório, Ricardo Bruno de Araújo; Fernandez, José Henrique; Mendes, David; 43298990272; http://lattes.cnpq.br/4411895644401494; http://lattes.cnpq.br/4207470264780724; http://lattes.cnpq.br/8047544090659412; Lentini, Carlos Alessandre Domingos; http://lattes.cnpq.br/5969005066506687; Villavicencio, Lourdes Milagros Mendoza; http://lattes.cnpq.br/5830476484733013; Cintra, Marcio Machado; http://lattes.cnpq.br/9348402509955995O gelo marinho, cobrindo aproximadamente 7% da superfície dos oceanos da Terra, é um componente climático fundamental para se estudar o clima nas regiões polares, principalmente, por funcionar como uma barreira natural na interface oceano-atmosfera que restringe as trocas de calor, massa e momentum entre o mar e o ar, além de refletir grande parte da radiação solar incidente. Observações por satélites, desde os anos 1970, indicam um Ártico com gelo marinho cada vez mais fino e mais jovem, acompanhado por um declínio em sua extensão. Enquanto que algumas áreas da Antártica (e.g Mar de Ross e Mar de Weddell) têm apresentado um ligeiro aumento na extensão desta componente climática para o mesmo período. Nesse contexto, este estudo teve como principal objetivo avaliar o potencial de previsibilidade de cobertura de gelo marinho com a aplicação de técnicas de Redes Neurais Artificiais (RNAs), a saber, MLP (Multi-Layer Perceptron), LSTM (Long-Short Term Memory) e CNN-LSTM (Convolutional Neural Network - LSTM ), em 3 mares Antárticos: Weddell, Bellingshausen e Amundsen. Os dados utilizados foram as reanálises mensais do Era-5, para o período de 1979 a 2019. Modelos SARIMAX serviram como valores de referência para aferição da precisão das previsões com as RNAs. Analisando os erros (RMSE e MAE) de Concentração de Gelo Marinho (CGM), para todos os mares estudados, observou-se que a CNN-LSTM foi superada somente nos meses com valores inferiores a ±25%, sendo que as diferenças máximas entre os erros nestes eventos não atingiram valores acima de 5%, como o que ocorreu nos meses de julho, setembro e outubro no mar de Weddell. Com estes resultados foi possível inferir que o modelo CNN-LSTM foi o que previu com maior precisão os períodos com as maiores diferenças (> 0.15) de CGM. Com as análises das distribuições espaciais das diferenças de CGM pode-se afirmar que as delimitações dos campos com diferenças superiores a 0.15 também foram melhor estimadas com o acoplamento das arquiteturas CNN e LSTM, como ocorreu com a anomalia negativa de junho no mar de Weddell (MAE < 0,15) e a positiva, em setembro, no mar de Amundsen (MAE < 0,10).Tese Perfis climáticos do Brasil e os diferenciais de mortalidade por doenças sensíveis ao clima(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-08-30) Silveira, Kalline Fabiana; Andrade, Lara de Melo Barbosa; Spyrides, Maria Helena Constantino; 79203183434; http://lattes.cnpq.br/5023632543506327; http://lattes.cnpq.br/0327817672623352; http://lattes.cnpq.br/5557029191935135; Rodrigues, Daniele Tôrres; http://lattes.cnpq.br/4682555268827167; Gomes, Ana Carla dos Santos; http://lattes.cnpq.br/7570030284513470; Amorim, Ana Cleide Bezerra; http://lattes.cnpq.br/5655130014417392Este trabalho objetiva a construir uma tipologia climática para as microrregiões brasileiras e investigar a mortalidade por doenças sensíveis ao clima na população residente nestas regiões homoclimáticas. Para tanto, compreende dois artigos: o primeiro tratou da tipologia climática das microrregiões brasileiras; e o segundo da associação entre as doenças sensíveis ao clima e a característica climática da região estudada. No primeiro artigo, construiu-se uma classificação climática pela aplicação do Método Grade of Membership (GoM) na qual identificaram-se áreas homogêneas levando em consideração as variáveis meteorológicas: precipitação, umidade relativa do ar, temperatura máxima e mínima e velocidade do vento. Estas variáveis foram categorizadas como baixo, moderado e alto. Os perfis climáticos indicaram a existência de três perfis predominantes distintos, quais sejam: Perfil 1 –localizado entre as regiões Sul e Sudeste do País, categorizado como moderado para todas as variáveis climáticas analisadas. Foi o de maior aderência das microrregiões, tendo representado 27,1%; Perfil 2 – destacou a região semiárida do Nordeste brasileiro e concentrou 18,2%. Caracterizado por baixa precipitação, temperaturas mistas moderada e alta, velocidade do vento alta e umidade relativa do ar baixa; e o Perfil 3 - com alta precipitação, temperaturas mistas entre baixa e alta, velocidade do vento baixa e alta umidade relativa do ar, cuja predominância é a menor, 14,7%. Agregou-se a região Norte e algumas microrregiões localizadas na região Sul do Brasil, sendo subdividido em P3-Norte (altas temperaturas) e P3-Sul (baixas temperaturas). Os perfis mistos definidos no modelo localizam-se nas zonas de transição de um padrão climático para outro. Dando seguimento ao estudo proposto, o segundo artigo fez uso dessa tipologia climática, para investigar a relação existente entre as taxas de mortalidade por doenças sensíveis ao clima com as características socioeconômicas das microrregiões brasileiras baseadas no IFDM – Indicador de desenvolvimento municipal da Federação da Indústria do Rio de Janeiro, em suas três dimensões: Saúde, Educação e Emprego & Renda. Com aplicação do teste de Kruskal-Wallis e Nemenyi foi possível identificar diferenças entre os perfis quanto às Taxas de Mortalidade e as condições socioeconômicas dos perfis. Num segundo momento, aplicou-se o modelo de regressão logística para estimar as razões de chances e avaliar a associação entre as taxas de mortalidade, com as variáveis climáticas e o IFDM. As doenças do aparelho circulatório são influenciadas por altas temperaturas, baixa precipitação, alta velocidade do vento e umidade relativa do ar. Nas condições socioeconômicas, constatou-se que IDFM geral e de Saúde classificados como baixo a regular também influenciam no aumento das taxas de mortalidade. As doenças infecciosas e parasitárias apresentaram maiores chances de ocorrência nos perfis com temperatura máxima e velocidade do vento categorizadas como altas e baixa umidade relativa do ar. As taxas de mortalidade por doenças do aparelho respiratório apresentaram chances mais elevadas em perfis com baixa temperatura máxima, associado à precipitação moderada e em condições socioeconômicas regulares de IDFM geral e saúde. Esse estudo pretende contribuir na visibilidade das questões climáticas e de saúde pública com dados que possibilitem intervenções assertivas de políticas públicas, com vistas à melhoria da qualidade de vida e saúde da população.Tese Aspectos ambientais de superfície no bioma Caatinga sob perspectiva observacional e de modelagem regional(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-05-21) Ferreira, Rosaria Rodrigues; Silva, Cláudio Moisés Santos e; Bezerra, Bergson Guedes; ; http://lattes.cnpq.br/1901216516407999; ; http://lattes.cnpq.br/1394248306018449; ; http://lattes.cnpq.br/9103954192801091; Rodrigues, Daniele Tôrres; ; http://lattes.cnpq.br/4682555268827167; Moreira, Demerval Soares; ; http://lattes.cnpq.br/0648767431075703; Menezes, Rômulo Simões Cezar; ; http://lattes.cnpq.br/7765730420070015Na região tropical, o bioma Caatinga tem um papel fundamental na manutenção do balanço de energia superficial e de dióxido de carbono (CO2). Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar como os fluxos dos componentes do balanço de energia e das variáveis que representam o balanço de CO2 se comportam no bioma Caatinga, através do uso de dados medidos in situ e com a utilização de um modelo dinâmico regional. Buscou-se avaliar a destreza e habilidade de simulações com o modelo dinâmico Brazilian Developments on the Regional Atmospheric Modelling System (BRAMS) versão 5.3 que esteve acoplado ao módulo de superfície Joint UK Land Environment Simulator (JULES) versão 3.0. Além disso, foi realizada uma avaliação sobre a dinâmica do CO2 através da produtividade primária bruta (GPP). Os dados de GPP foram obtidos do produto de sensoriamento remoto MOD17A2H estimados a partir do sensor orbital Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). Os dados observacionais utilizados como parâmetro de validação do modelo BRAMS, foram oriundos de uma campanha experimental que proveu informações sobre a Caatinga, através do método de covariância de vórtices turbulentos (Eddy Covariance). Os resultados mostraram que o modelo BRAMS representou satisfatoriamente o regime de chuvas quando comparado às demais bases de dados. Quanto aos parâmetros medidos de superfície, o modelo BRAMS apresentou melhor habilidade no mês seco para as variáveis temperatura do ar (Tar), umidade relativa do ar (UR), fluxo de calor sensível (H), fluxo de calor no solo (G) e balanço de energia (Rn) e uma habilidade ruim para o fluxo de calor latente (LE). Também foi visto que para o mês seco, com exceção do fluxo LE (correlação r = 0,59), as demais variáveis simuladas apresentaram correlação acima de 0,80. No mês chuvoso o Tar, LE e Rn tiveram r > 0,90. Além disso, observouse que o G apresentou o maior desvio e superestimação em relação à observação, mesmo tendo uma alta correlação (r > 0,80) nas duas estações. De modo geral, após avaliar a habilidade de simulações com o BRAMS no bioma Caatinga, sugere-se que este modelo pode ser utilizado como ferramenta de estudo para a região. Porém, é necessário que haja melhorias, principalmente em relação à parametrização de SoloVegetação-Atmosfera associada ao JULES. A respeito da avaliação do CO2 através da GPP, este estudo mostrou que o produto MOD17A2H representou a variabilidade mensal da GPP na Caatinga com correlação r = 0,65 e R2 = 0,43, no entanto, embora o produto possa descrever o comportamento anual do GPP na Caatinga, são necessárias melhorias para representar com mais qualidade a GPP medida pelo sistema Eddy Covariance.Tese Influência dos extremos climáticos e do balanço hídrico na produtividade agrícola(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-04-30) Vale, Tásia Moura Cardoso do; Andrade, Lara de Melo Barbosa; Bezerra, Bergson Guedes; ; ; ; Linhares, Edna Lúcia da Rocha; ; Rodrigues, Daniele Tôrres; ; Cabral Júnior, Jorio Bezerra; ; Spyrides, Maria Helena Constantino;Em cenário de mudanças climáticas, os atuais níveis de produtividade, sob amplas condições ambientais, a produção por área colhida está intrinsecamente ligada a questões de disponibilidade hídrica no solo. A compreensão da influência climática e do balanço hídrico sobre produtividade agrícola pode auxiliar no desempenho de práticas no campo e políticas para reduzir a vulnerabilidade relacionada ao clima. Nesta perspectiva objetivo desta tese é analisar o comportamento da produtividade das culturas: mandioca, milho e feijão face à variabilidade climática e balaço hídrico na Região Nordeste do Brasil (NEB). Desenvolveram-se dois artigos: o primeiro identifica padrões espaço-temporais da precipitação diária, verificando associações com as produtividades das culturas no estado do Rio Grande do Norte, 1980 a 2013; o segundo, analisa o Balanço Hídrico Normal climatológico e sequencial e sua relação com a produtividade das culturas na região NEB, 1990 a 2019. Utilizaram-se dados diários e climáticos disponibilizados por Xavier et al. (2015), no período de 1980 a 2013 e dados do Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications version 2 (MERRA-2) da Global Modeling and Assimilation Of ice (GMAO) com o apoio do programa de modelagem da National Aeronautics and Space Administration (NASA), para o período de 1990 a 2019. Fez-se uso de vários métodos estatísticos: análise de correlação, teste de tendência Mann Kendall, análise de Cluster, teste de Tukey, Análise Fatorial, entre outros. O primeiro estudo observou de moderada a forte correlações positivas e significativas dos indicadores de precipitação com a produtividade de culturas agrícolas de subsistência, suas tendências, regiões de maior aptidão agrícola e melhores períodos indicados para início do plantio, segundo a climatologia de cada região do estado do Rio Grande do Norte. O segundo estudo avaliou com base na classificação climática Thornthwaite dos Índice de Umidade seis tipologias: Árido (28 municípios); Semiárido (746 municípios); Subúmido Seco (536 municípios); Subúmido Úmido (389 municípios), Úmido B1 (73 municípios) e Úmido B2 (20 municípios). Os resultados apontaram aumento da radiação, temperatura e evapotranspiração principalmente nas regiões mais úmidas do NEB. Verificou-se, também, aumento de deficiência hídrica no trimestre em set-out-nov e, consequentemente, redução no armazenamento em todas as regiões no período de dez-jan-fev. Constatou-se que nas duas regiões mais úmidas, a evapotranspiração e a temperatura correlacionaram-se positivamente com as produtividades de feijão e milho, enquanto que nas menos úmidas o armazenamento e o excedente hídrico tiveram maiores associações positivas com a produtividades agrícolas. Segundo o balanço hídrico climatológico mensal os períodos de maior aptidão hídrica para as regiões foram distintas entre janeiro e abril. Conclui-se portanto, que o entendimento do comportamento das variáveis do balanço hídrico e sua relação com as produtividades agrícolas auxiliam em estratégias para o manejo associados às variações/tendências climáticas, especialmente para fins de planejamento agrícola e hidrológico e para projetos de irrigação para agricultores e gestores locais do NEB.Tese Desastres naturais no Nordeste do Brasil: aspectos meteorológicos, sociossanitários e populacionais(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-04-23) Ribeiro, Marcos Samuel Matias; Andrade, Lara de Melo Barbosa; Lima, Kellen Carla; ; http://lattes.cnpq.br/4524628383146981; ; http://lattes.cnpq.br/0327817672623352; ; http://lattes.cnpq.br/2448455825508406; Lara, Idemauro Antônio Rodrigues de; ; http://lattes.cnpq.br/2458007865506934; Cabral Júnior, Jorio Bezerra; ; http://lattes.cnpq.br/7439808091974845; Spyrides, Maria Helena Constantino; ; http://lattes.cnpq.br/5023632543506327; Amaro, Venerando Eustaquio; ; http://lattes.cnpq.br/4215328958233942Ao longo dos anos, a variabilidade climática na região Nordeste do Brasil (NEB) vêm tornando mais frequentes as ocorrências de eventos climáticos extremos, com períodos de excesso e déficit de precipitação, causando grandes impactos na sociedade e sendo um dos fatores que potencializa os registros de Desastres Naturais. As estiagens e secas, enxurradas e inundações vêm ocasionando grandes prejuízos para a população. O objetivo deste estudo foi analisar as ocorrências de desastres naturais no NEB, identificando os potenciais fatores meteorológicos, sociais, sanitários e ambientais associados, além de estimar as respectivas probabilidades de risco aos eventos registrados. No primeiro artigo objetivou-se identificar a distribuição espaço temporal dos registros de desastres naturais no período de 1991 a 2013, caracterizando as ocorrências dos desastres nas mesorregiões a partir dos aspectos meteorológicos e sociosanitários. Utilizou-se da metodologia Grade of Membership baseada na lógica fuzzy, para se definir os perfis na região. No segundo artigo utilizaram-se os Modelos Aditivos Generalizados de Posição, Escala e Forma, a fim de estimar a relação entre os eventos de desastres naturais frente às condições de extremos climáticos, condições sociosanitárias e populacionais, considerando-se os eventos de maior frequência para a Região, como as estiagens/secas, enxurradas e inundações. Por fim, o terceiro artigo culminou com um estudo de caso com o intuito de analisar as condições atmosféricas associadas ao evento de precipitação intensa ocasionada por um Distúrbio Ondulatório de Leste (DOL), bem como as condições ambientais relacionadas ao movimento de massa ocorrido entre os dias 14 e 15 de junho de 2014, no bairro de Mãe Luiza, Natal/RN. Os resultados do artigo 1 apontaram para a caracterização de três perfis com características distintas. O Perfil 1 apresentou mesorregiões favoráveis aos indicadores de excesso de precipitação, com eventos de enxurradas e seca, além de melhores condições sociosanitárias e maior percentual de urbanização, localizando-se na parte leste do NEB. O Perfil 2 agregou as unidades que são desfavorecidas pela irregularidade das chuvas, maiores ocorrências de seca, condições moderadas para os aspectos sociais, sanitárias e de urbanização, abrangendo parte das delimitações do Semiárido Brasileiro. O Perfil 3 caracterizou-se por condições propícias aos indicadores de excesso de precipitação, com maior frequência das inundações, de baixa urbanização e desfavorecido de condições sociosanitárias. O artigo 2 revelou a predominância dos desastres de seca no NEB, representando 81,1% dos decretos. Os resultados mostraram que as componentes de excesso de chuva e das condições de clima úmido associam-se positivamente com as enxurradas e inundações e negativamente com a seca. Porém, o número de dias consecutivos secos contribuiu de forma inversa com as enxurradas e inundações, como seria esperado. Nos aspectos ambientais, os serviços inadequados de saneamento e coleta de lixo contribuíram significativamente com o aumento de desastres de secas e de enxurradas. A precariedade no abastecimento de água também foi um fator de aumento nos desastres de seca. No terceiro artigo, constatou-se, com base na análise das condições geológicas, geomorfológicas, pedologicas, coeficiente de deflúvio, cobertura vegetal e uso e cobertura do solo, uma área expressiva classificada como de alta e muito alta vulnerabilidade aos movimentos de massa que, potencializados pelas precipitações intensas provenientes do DOL, ocasionou o desastre no bairro de Mãe Luiza. O conhecimento acerca do comportamento das ocorrências de desastres naturais ao longo dos anos e suas relações com os fatores sociosanitários e populacionais podem subsidiar na gestão de ações e políticas públicas eficazes para a mitigação aos desastres naturais.Tese Modelo empírico das componentes dos ventos neutros termosféricos no setor americano baseado em dados do satélite UARS-WINDII para períodos geomagneticamente calmos(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2020-04-30) Asevedo Júnior, Wivaldo Dantas de; Fernandez, José Henrique; Brum, Christiano Garnett Marques; ; http://lattes.cnpq.br/6401872461730331; ; http://lattes.cnpq.br/4207470264780724; ; http://lattes.cnpq.br/0348321304425939; Menezes Júnior, Francisco Carlos de; ; Santos, Pedrina Terra dos; ; http://lattes.cnpq.br/8809832716381239; Mendes, David; ; http://lattes.cnpq.br/4411895644401494; Borba, Gilvan Luiz; ; http://lattes.cnpq.br/0043059721601657Os ventos neutros termosféricos (VNT) desempenham um papel fundamental na dinâmica da ionosfera. Atuam diretamente na deriva do plasma, sendo o principal mecanismo de manutenção da ionosfera noturna, além de influenciar o comportamento da anomalia de Appleton. Frequentemente, medidas das componentes de VNT são obtidas por equipamentos como interferômetro de FabryPérot (FPI, sigla para Fabry-Pérot interferometer), radar de espalhamento incoerente (ISR sigla para Incoherent Scatter Radar), e equipamentos a bordo de foguetes de sondagem. No entanto, são medidas localizadas e de baixa cobertura espacial. Com o advento de observações realizadas a partir de satélites foi possível obter medidas das componentes de VNT com maior cobertura espacial e temporal. Os modelos de VNT têm se tornado uma ferramenta importante para a compreensão do comportamento da dinâmica da atmosfera neutra e ionizada acima da mesopausa. Contudo, alguns modelos apresentam discordâncias relacionadas ao comportamento na termosfera, especialmente no hemisfério Sul devido a pouca disponibilidade de medidas in situ para calibração. Neste trabalho é apresentado o modelo empírico de VNT denominado Empirical Averaged Thermospheric Wind Model (EArTh Wind), baseado em um estudo estatístico dos registros obtidos pelo satélite Upper Atmosphere Research Satellite (UARS) usando o equipamento embarcado Wind Imaging Interferometer (WINDII) entre 1992 e 1997. O EArTh Wind representa a média longitudinal das componentes do VNT em 250 km de altitude entre ±50o de latitude geográfica, para condições de atividade solar e geomagnética de Φ10,7m = 87,83 SFU e kpm ~ 2- (1,58), respectivamente, e descreve suas variações sazonais (dia do ano) e hora local, moduladas por séries de Fourier. O comportamento das simulações produzidas pelo modelo EArTh Wind mostram boa concordância com a climatologia das componentes de VNT observadas pelo satélite UARS em distintos períodos do ano. Os parâmetros estatísticos utilizados para avaliar o modelo em relação aos dados observados exibiram bons resultados, especialmente no equinócio em ambas as componentes do VNT. Particularmente, melhores resultados foram obtidos para a componente zonal, em todos os períodos do ano. Os testes estatísticos também indicaram que o EArTh Wind se assemelha à versão 2014 do Horizontal Wind Model (HWM14), principalmente para a componente meridional. Uma comparação localizada entre o EArTh Wind e dados obtidos utilizando FPI em Arecibo (18,35o N e 66,75o O), mostrou uma boa concordância da componente meridional, também confirmada pelos parâmetros estatísticos comparativos obtidos.