Orientador: Eugenio Spano Rosa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-07T21:12:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_JasonAlves_M.pdf: 1693632 bytes, checksum: 9c8933692155bfbbb91d774a1f849391 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O presente trabalho investiga os mecanismos de separação sólido-líquido em separadores tubo-ciclônicos. O trabalho é desenvolvido a partir de testes experimentais e simulação numérica. A etapa experimental investiga a influência do aumento de viscosidade sobre a eficiência do separador. Através de uma análise dimensional, os dados experimentais são reduzidos em grupos adimensionais. Obtem-se uma correlação entre a eficiência de separação e os grupos adimensionais. Ela revela como a eficiência depende dos parâmetros geométricos e operacionais do separador. A correlação obtida possibilita dimensionar estes separadores para cenários com elevada viscosidade. As simulações numéricas são realizadas utilizando um método de volumes finitos. O processo de separação é estudado através do adimensional Stokes. São introduzidos os conceitos de superfície de captura e tempo de residência de partículas. Define -se um importante parâmetro do escoamento, o comprimento de decaimento. Propõe-se um modelo unidimensional para o separador. Realiza-se com base neste modelo uma análise comparativa entre dois separadores. Os resultados são coerentes com dados experimentais e indicam quais características geométricas melhoram a eficiência do separador / Abstract: This work investigates the solid-liquid separation mechanisms in swirl tubes through experimental and numerical analysis. In the experimental phase, it is analyzed the impact of the viscosity increase on the separation efficiency of swirl tubes. The experimental data are reduced using dimensional analysis. A functional relationship between the separation efficiency and the dimensionless groups is obtained, allowing to calculate the separation efficiency dependency on the liquid viscosity, flow rate, particle size, and other geometrical parameters of the separator. This relationship helps to design these desander devices to scenarios with high viscosity. Numerical simulations are carried out in a structured grid using a finite volume method. Separation process is studied through the Stokes number. The concepts of capture surface and residence time of particles are introduced and an important flow field parameter, the length of decay is defined. A one-dimensional model is proposed for the swirl tube. A comparative analysis between two separators is done based on the one-dimensional model. The results are in agreement with experimental data and indicate which geometrical features help to improve the separator efficiency / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

O sistema atmosfera-gelo marinho é complexo e fortemente acoplado. Em uma região de transição entre a cobertura de gelo marinho e o mar aberto a interação entre esse sistema é particularmente intensa, sendo significativa o suficiente para influenciar a circulação atmosférica de grande escala e a distribuição de gelo marinho. Assim, o objetivo principal deste trabalho foi analisar as interações entre os ciclones extratropicais e a variabilidade extrema do gelo marinho nos setores dos mares de Bellingshausen-Amundsen (MBA) e do mar de Weddell (MW), no período de verão e inverno austral entre 1989 e 2007. Foram utilizados dados de extensão de gelo marinho do NSIDC/NASA; campos atmosféricos da superfície até os altos níveis da troposfera das reanálises do ERA-Interim (ECMWF); composição de imagens de satélite do canal infravermelho do SSEC; Índice de Niño Oceânico do CPC/NOAA. As anomalias de alta frequência (período de 2-10 dias) e interanual (período maior que 370 dias) foram obtidas aplicando-se a transformada rápida de Fourier nas séries temporais (1989-2007). Os extremos de gelo marinho foram obtidos através do primeiro e terceiro quartil da distribuição dos dados. As características da circulação atmosférica de alta frequência e interanual associadas aos eventos extremos negativos (ENGM) e positivos (EPGM) de gelo marinho, na mesma escala de tempo, foram obtidas através de composições defasadas das anomalias dos campos atmosféricos. Para evidenciar e exemplificar os padrões encontrados nas composições de alta frequência apresenta-se uma análise sinótica de estudo de casos para o setor dos MBA durante o inverno austral, em eventos ENGM e EPGM, separando os casos em fases distintas do fenômeno tropical El Niño. Foi utilizada a estatística de ciclones do Automatic Cyclone Tracking, da Universidade de Melbourne, para analisar a ocorrência de ciclones associados aos períodos de mínima e máxima extensão de gelo marinho na escala interanual. Os resultados mostram que no verão e inverno austral, os eventos ENGM de alta frequência no setor dos MBA e do MW estão associados com as anomalias dos campos atmosféricos, na mesma escala temporal, que se assemelham a um trem de ondas ocorrido a partir de três dias anteriores ao evento extremo. A anomalia ciclônica no oeste e a anomalia anticiclônica no leste do setor resultam em uma anomalia de ventos de norte e, consequentemente, a anomalias positivas de temperatura do ar. Essa configuração anômala contribui para os eventos ENGM através do derretimento do gelo marinho e do seu próprio transporte em direção às latitudes maiores pelos ventos de norte anômalos. As anomalias de alta frequência dos campos atmosféricos em todos os casos (composições defasadas) de eventos EPGM apresentam fases opostas em relação aos eventos ENGM. Portanto, fases distintas do trem de ondas induzem na modulação de extremos de gelo marinho opostos. Em relação às análises sinóticas dos eventos ENGM e EPGM em fases distintas do fenômeno El Niño, verificou-se que em períodos de El Niño há uma intensificação do jato subtropical e um enfraquecimento do jato polar no Pacífico Sul. Há uma menor atuação dos ciclones extratropicais, predominando o sistema de cristas e cavados. Na fase de La Niña há um reforço do jato polar e uma intensa atividade ciclônica sobre os MBA. No evento ENGM (EPGM) há uma associação entre os ventos de norte (de sul) com a vanguarda (retaguarda) dos sistemas ciclônicos em superfície. Na fase Neutra verificou-se uma intensificação do jato polar e uma atuação do sistema de cristas/cavados e de sistemas ciclônicos em superfície. Na análise da influência da circulação atmosférica interanual na variabilidade extrema do gelo marinho, na mesma escala de tempo, observou-se que a fase quente (fria) do ENSO provavelmente está associada com eventos ENGM (EPGM) nos MBA e com eventos EPGM (ENGM) no MW. Sobre a influência da variabilidade interanual da extensão do gelo marinho na atividade ciclônica, nas composições de anomalias interanuais de PNMM em relação aos eventos ENGM nos MBA (lag = 0) no verão, há um predomínio de anomalias positivas de pressão ao nível médio do mar (PNMM) sobre grande parte do Oceano Austral, o que contribuiria para uma menor profundidade e raio dos sistemas em superfície. Já em relação aos eventos ENGM no MW, verifica-se que no lag = 0 há um predomínio de anomalias negativas de PNMM no Oceano Austral, o que contribuiria para um aumento da profundidade e raio dos ciclones. / The sea ice-atmosphere system is complex and tightly coupled. In a transition region between the coverage of sea ice and open ocean the interaction between this system is particularly intense, being significant enough to influence large-scale atmospheric circulation and sea ice distribution. Thus, the main objective of this study was to analyze the interactions between extratropical cyclones and extreme variability of sea ice in the sectors of the Bellingshausen-Amundsen Seas (BAS) and the Weddell Sea (WS), in the period of austral summer and winter between 1989 and 2007. We used sea ice extent data from NSIDC/NASA; atmospheric fields (surface to higher tropospheric levels) from ERA-Interim reanalysis; SSEC IR satellite image composition; and the Oceanic Niño Index CPC/NOAA. Anomalies of high-frequency (2-10 days) and interannual (longer than 370 days) were obtained by applying a fast Fourier transform in the time series (1989-2007). The extremes of sea ice were obtained from the first and third quartile of the data distribution. The characteristics of high-frequency atmospheric circulation and interannual associated with negative (NESI) and positive (PESI) extreme events of sea ice at the same time scale, were obtained from the lagged composites of the anomalies of atmospheric fields. To highlight and illustrate the patterns found in the composites of high frequency presents a synoptic analysis of case studies for the sector of the BAS during the austral winter at NESI and PESI events, separating the cases in different stages of the tropical El Niño phenomenon. Was used a statistical cyclone of Automatic Cyclone Tracking, from University of Melbourne, to analyze the occurrence of cyclones associated with periods of minimum and maximum extent of sea ice in the interannual scale. The results show that in the austral summer and winter, the NESI events of high frequency in the sector of the BAS and the WS are associated with the anomalies of atmospheric fields in the same timescale that resemble a wave train occurring from three days before the extreme event. The cyclonic anomaly in the west and anticyclonic anomaly in the east sector result in an anomaly of north winds and, consequently, the positive anomalies of air temperature. This anomalous configuration contributes for events NESI by sea ice melting and its own transport to higher latitudes by anomalous north winds. Synoptic atmospheric fields anomalies, in all PESI event cases are in opposite phases to NESI events. Therefore, different phases of the circumpolar wave train induce modulation of concurrent sea ice extremes. Regarding the synoptic analysis of events NESI and PESI in different phases of El Niño, it was found that during periods of El Niño it has a strengthening of the subtropical jet and a weakening of the polar jet in the South Pacific. There is less activity of extratropical cyclones, and the predominant system of ridge and troughs. In the La Niña case studies, has a strengthening of the polar jet and an intense cyclonic activity over the BAS. In the NESI (PESI) event there is an association between the north (south) winds at the vanguard (rear) of the cyclone systems at surface. In the Neutral phase case studies, there is an intensification of the polar jet and performance of the system of ridge/troughs and cyclonic systems at surface. In the analysis of the influence of interannual atmospheric circulation on extreme variability of sea ice, at the same time scale, it was observed that the warm (cold) phase of ENSO are probably associated with NESI (PESI) events at BAS and with PESI (NESI) events in the WS. On the influence of interannual variability of sea ice extent in the cyclonic activity, in the composites of interannual anomalies of mean sea level pressure (MSLP) in relation to NESI events in the BAS (lag = 0) in the summer, there is a predominance of positive anomalies of MSLP over much of the Southern Ocean, which would contribute to a lower depth and radius of the surface systems. In relation to NESI events in WS, it appears that in the lag = 0 there is a predominance of negative anomalies of MSLP in the Southern Ocean, which would contribute to an increase in depth and radius cyclones.

Cyclones distribution and intensities impact directly on human activities, mainly due to their associated intense precipitation and winds. The main aim of this thesis is to understand changes in the cyclones originated in the South Atlantic focusing on their genesis and intensifying mechanisms. Cyclones are identified and tracked based on the relative vorticity field at 850 hPa computed from the winds. The characteristics of the cyclones are obtained by diagnostic variables sampled within a radial distance from each cyclone center and to produce a spatial distribution of the cyclone properties at the time of genesis. Also, cyclone centered composites are used to analyze the cyclone structure and the evolution of cyclones during their genesis. The climatology of cyclones was done using NCEP-CFSR and shows four main cyclogenesis regions in the South Atlantic Ocean: on the Southern Brazilian coast (SE-BR, 30°S), over the continent near the La Plata river discharge region (LA PLATA, 35°S), on the southeastern coast of Argentina (ARG, 40°S-55°S) and on the Southeastern Atlantic (SE-SAO, centered at 55°S and 10°W). To access changes in cyclone development, we used the CMIP5 HadGEM2-ES historical experiment (1980-2005) and RCP8.5 future projection (2074-2099). The HadGEM2-ES can represent the main South Atlantic characteristics of cyclones according to NCEP-CFSR climatology. However, there is an underestimation in cyclone frequency in the equatorward side of the storm track, particularly in the LA PLATA region. The HadGEM2-ES RCP8.5 future projection shows a general decrease of approximately 10% of cyclogenesis in the South Atlantic domain, which is mainly related to the poleward shift of the storm track. However, LA PLATA region presents a slight increase in its cyclogenetic activity (6.1 and 3.6%), in the summer and winter, respectively). The increase in genesis at 30°S over the continent is associated with the strengthening of the upper-level jet and the increase of warm and moisture advections at the same location. The enhance in the moisture transport from the tropics is also related to the intensification of the cyclone in the domain, mainly northward of 35°S. Finally, a downscaling using WRF was performed in an attempt to improve the climate model resolution. However the downscaling produces less and weaker cyclones in the NCEP-CFSR and HadGEM2-ES runs. The only region that presented an improvement was LA PLATA, due to the better representation of local features related to orography and moisture processes. The downscaled HadGEM2-ES RCP8.5 also shows an increase in cyclogenesis in the LA PLATA region and other locations. The HadGEM2-ES RCP8.5 projection and its downscaling shows that the cyclogenesis in some locations of South America is increasing, mainly due to the increase in the low-level moisture content and the strengthening of the equatorward flank of the upper-level jet. The cyclones in this locations will be slightly intense (between 20°S and 30°S) and will affect a narrow area close to the South American coast. / A distribuição e intensidade dos ciclones afeta diretamente as atividades humanas devido a precipitação e fortes ventos associados a esses sistemas. O objetivo principal deste trabalho é entender as mudanças nos ciclones gerados no Atlântico Sul devido às mudanças climáticas, focando em seus mecanismos geradores e intensificadores. Os ciclones foram identificados e rastreados utilizando a vorticidade relativa em 850hPa, calculada a partir do campo de ventos horizontal. Também foram usadas composições centradas para a análise da estrutura e evolução dos ciclones durante seu desenvolvimento. A climatologia de ciclones feita com o NCEP-CFSR mostra quatro regiões ciclogenéticas principais no Oceano Atlântico Sul: na costa sul do Brasil (SE-BR, 30°S), sobre o continente próximo da desembocadura do Rio da Prata (LA PLATA, 35°S), na costa sudeste da Argentina (ARG, 40°S-55°S) e no Sudeste do Atlântico (SE-SAO, centrada em 55°S, 10°W). Para analisar as mudanças no desenvolvimento dos ciclones, nós utilizamos os experimentos histórico (1980-2005) e RCP8.5 (2074-2099) do HadGEM2-ES (CMIP5). O HadGEM2-ES é capaz de reapresentar as principais características dos ciclones do Atlântico Sul, quando comparado à climatologia. No entanto, existe uma subestimativa do número de ciclones no lado equatorial da região de máxima atividade ciclônica, principalmente na região LA PLATA. A projeção futura HadGEM2-ES no cenário RCP8.5 mostra uma redução de aproximadamente 10% na ciclogêneses no domínio do Atlântico Sul, principalmente associada ao deslocamento em direção ao polo da região de máxima atividade ciclônica. Porém, a região LA PLATA apresenta um pequeno aumento em sua atividade ciclogenética (6.1 e 3.6%), no verão e inverno, respectivamente). O aumento na ciclogênese em 30°S está associada ao fortalecimento do jato de altos níveis e ao aumento da advecção quente e de umidade nessa localidade. O aumento do transporte de umidade dos trópicos está associado também à intensificação dos ciclones observada na projeção futura, principalmente ao norte de 35°S. Por fim, uma regionalização com o modelo WRF foi usada para melhorar a resolução do modelo climático. Porém, as simulações regionais subestimaram os ciclones em número e intensidade. A única região que em as regionalizações apresentaram melhor desempenho foi a LA PLATA, devido a uma melhor representação de feições locais associadas a orografia e processos úmidos. A regionalização do cenário futuro RCP8.5 também apresentou aumento da ciclogênese do LA PLATA, mas para o inverno. Tanto a projeção RCP8.5 do HadGEM2-ES quanto sua regionalização mostram que a ciclogênese em algumas regiões da América do Sul está aumentando, principalmente devido ao aumento de umidade em baixos níveis da atmosfera e fortalecimento do lado ramo equatorial do jato de altos níveis. Os ciclones nessas localidades serão intensos (entre 20°S e 30°S) e tendem a afetar uma região mais próxima à costa.

Cyclones distribution and intensities impact directly on human activities, mainly due to their associated intense precipitation and winds. The main aim of this thesis is to understand changes in the cyclones originated in the South Atlantic focusing on their genesis and intensifying mechanisms. Cyclones are identified and tracked based on the relative vorticity field at 850 hPa computed from the winds. The characteristics of the cyclones are obtained by diagnostic variables sampled within a radial distance from each cyclone center and to produce a spatial distribution of the cyclone properties at the time of genesis. Also, cyclone centered composites are used to analyze the cyclone structure and the evolution of cyclones during their genesis. The climatology of cyclones was done using NCEP-CFSR and shows four main cyclogenesis regions in the South Atlantic Ocean: on the Southern Brazilian coast (SE-BR, 30°S), over the continent near the La Plata river discharge region (LA PLATA, 35°S), on the southeastern coast of Argentina (ARG, 40°S-55°S) and on the Southeastern Atlantic (SE-SAO, centered at 55°S and 10°W). To access changes in cyclone development, we used the CMIP5 HadGEM2-ES historical experiment (1980-2005) and RCP8.5 future projection (2074-2099). The HadGEM2-ES can represent the main South Atlantic characteristics of cyclones according to NCEP-CFSR climatology. However, there is an underestimation in cyclone frequency in the equatorward side of the storm track, particularly in the LA PLATA region. The HadGEM2-ES RCP8.5 future projection shows a general decrease of approximately 10% of cyclogenesis in the South Atlantic domain, which is mainly related to the poleward shift of the storm track. However, LA PLATA region presents a slight increase in its cyclogenetic activity (6.1 and 3.6%), in the summer and winter, respectively). The increase in genesis at 30°S over the continent is associated with the strengthening of the upper-level jet and the increase of warm and moisture advections at the same location. The enhance in the moisture transport from the tropics is also related to the intensification of the cyclone in the domain, mainly northward of 35°S. Finally, a downscaling using WRF was performed in an attempt to improve the climate model resolution. However the downscaling produces less and weaker cyclones in the NCEP-CFSR and HadGEM2-ES runs. The only region that presented an improvement was LA PLATA, due to the better representation of local features related to orography and moisture processes. The downscaled HadGEM2-ES RCP8.5 also shows an increase in cyclogenesis in the LA PLATA region and other locations. The HadGEM2-ES RCP8.5 projection and its downscaling shows that the cyclogenesis in some locations of South America is increasing, mainly due to the increase in the low-level moisture content and the strengthening of the equatorward flank of the upper-level jet. The cyclones in this locations will be slightly intense (between 20°S and 30°S) and will affect a narrow area close to the South American coast. / A distribuição e intensidade dos ciclones afeta diretamente as atividades humanas devido a precipitação e fortes ventos associados a esses sistemas. O objetivo principal deste trabalho é entender as mudanças nos ciclones gerados no Atlântico Sul devido às mudanças climáticas, focando em seus mecanismos geradores e intensificadores. Os ciclones foram identificados e rastreados utilizando a vorticidade relativa em 850hPa, calculada a partir do campo de ventos horizontal. Também foram usadas composições centradas para a análise da estrutura e evolução dos ciclones durante seu desenvolvimento. A climatologia de ciclones feita com o NCEP-CFSR mostra quatro regiões ciclogenéticas principais no Oceano Atlântico Sul: na costa sul do Brasil (SE-BR, 30°S), sobre o continente próximo da desembocadura do Rio da Prata (LA PLATA, 35°S), na costa sudeste da Argentina (ARG, 40°S-55°S) e no Sudeste do Atlântico (SE-SAO, centrada em 55°S, 10°W). Para analisar as mudanças no desenvolvimento dos ciclones, nós utilizamos os experimentos histórico (1980-2005) e RCP8.5 (2074-2099) do HadGEM2-ES (CMIP5). O HadGEM2-ES é capaz de reapresentar as principais características dos ciclones do Atlântico Sul, quando comparado à climatologia. No entanto, existe uma subestimativa do número de ciclones no lado equatorial da região de máxima atividade ciclônica, principalmente na região LA PLATA. A projeção futura HadGEM2-ES no cenário RCP8.5 mostra uma redução de aproximadamente 10% na ciclogêneses no domínio do Atlântico Sul, principalmente associada ao deslocamento em direção ao polo da região de máxima atividade ciclônica. Porém, a região LA PLATA apresenta um pequeno aumento em sua atividade ciclogenética (6.1 e 3.6%), no verão e inverno, respectivamente). O aumento na ciclogênese em 30°S está associada ao fortalecimento do jato de altos níveis e ao aumento da advecção quente e de umidade nessa localidade. O aumento do transporte de umidade dos trópicos está associado também à intensificação dos ciclones observada na projeção futura, principalmente ao norte de 35°S. Por fim, uma regionalização com o modelo WRF foi usada para melhorar a resolução do modelo climático. Porém, as simulações regionais subestimaram os ciclones em número e intensidade. A única região que em as regionalizações apresentaram melhor desempenho foi a LA PLATA, devido a uma melhor representação de feições locais associadas a orografia e processos úmidos. A regionalização do cenário futuro RCP8.5 também apresentou aumento da ciclogênese do LA PLATA, mas para o inverno. Tanto a projeção RCP8.5 do HadGEM2-ES quanto sua regionalização mostram que a ciclogênese em algumas regiões da América do Sul está aumentando, principalmente devido ao aumento de umidade em baixos níveis da atmosfera e fortalecimento do lado ramo equatorial do jato de altos níveis. Os ciclones nessas localidades serão intensos (entre 20°S e 30°S) e tendem a afetar uma região mais próxima à costa.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The Weather Research and Forecasting (WRF) model is used in the simulation of 26 cases of cyclogenesis in southeastern South America, on the cyclogenetic region near the La Plata River mouth. The simulations comprised 26 cases of cyclogenesis in which rainfall was observed over the region, especially on the state of Rio Grande do Sul. Given the important role of convective parameterization in the production of precipitation into a numerical weather prediction model, this study aims to evaluate the precipitation produced in the simulations of cases of cyclogenesis using three different convection parameterization schemes: Betts-Miller-Janjic (BMJ), Grell-Dévényi (GD) e Kain-Fritsch (KF), keeping the other physical options, to isolate the impact of using different parameterizations for convection. For the evaluation of simulated rainfall, verification skill scores were used in order to make an objective assessment of simulated rain field from the observed data set (TRMM and MERGE), also allowing a comparison between simulations with different schemes. The results of the skill scores showed that, in general, the WRF best represents the rain of lower thresholds, with indexes based positioning (ETS, POD and RAF) with values closer to the ideal. The BIAS score indicated that the area of light rain is usually overestimated, while moderate and heavy rain showed greater differences between simulations with KF and BMJ schemes and verified with the two sets of observed data. Differences in the verification scores showed that the way how the convective flows are treated by schemes exert great influence on the precipitation produced, with the largest differences being observed between the BMJ and KF schemes. The simulations with the BMJ, wich is a convective adjustment based scheme, produced clearly smaller areal coverage and rainfall volume, especially if compared to the simulations with the KF scheme. Along with lower production of precipitation, the simulations with the BMJ showed, on average, smaller partition of convective rainfall compared to others. The sea level pressure field showed no significant differences, with the WRF simulating consistently with the GFS-FNL analysis, the position and central pressure of the cyclones. / O modelo Weather Research and Forecasting (WRF) é utilizado na simulação de 26 casos de ciclogênese no sudeste da América do Sul, na região ciclogenética próxima da foz do Rio da Prata. As simulações compreenderam 26 casos de ciclogênese nos quais foi observada precipitação sobre a região, especialmente sobre o estado do Rio Grande do Sul. Tendo em vista o importante papel das parametrizações convectivas na produção de precipitação em um modelo numérico de previsão de tempo, este estudo visa avaliar a precipitação produzida nas simulações dos casos de ciclogênese utilizando três diferentes esquemas de parametrização da convecção: Betts-Miller-Janjic (BMJ), Grell-Dévényi (GD) e Kain-Fritsch (KF), mantendo as outras opções físicas constantes, de modo a isolar o impacto do uso das diferentes parametrizações para a convecção. Para a avaliação da precipitação simulada foram utilizados índices estatísticos, com o objetivo de avaliar objetivamente o campo de chuva simulado a partir do conjunto de dados observados (TRMM e MERGE), possibilitando também uma comparação entre as simulações com os diferentes esquemas. Os resultados dos índices mostraram que em geral, o WRF representa melhor a chuva dos limiares mais fracos, com índices baseados no posicionamento (ETS, POD e RAF) tendo valores mais próximos dos ideais. O índice BIAS indicou que a área de chuva fraca é, em geral, superestimada enquanto que a de chuva moderada a forte apresentou diferenças maiores entre as simulações com os esquemas KF e BMJ e na verificação com os dois conjuntos de dados observados. As diferenças nos índices mostraram que a forma como os fluxos convectivos são tratados pelos esquemas exerce grande influência na precipitação produzida, com as maiores diferenças sendo observadas entre os esquemas KF e BMJ. As simulações com o esquema BMJ, que é baseado no ajuste convectivo dos perfis, claramente produziram menor área e volume de chuva, principalmente se comparadas às simulações com o KF. Juntamente com menor produção de precipitação, as simulações com o BMJ apresentaram, em média, menor partição de precipitação convectiva se comparada às outras. O campo de pressão ao nível do mar não apresentou diferenças muito significativas, com o WRF simulando de forma consistente com as análises FNL-GFS, o posicionamento e pressão central do ciclone.

O sistema atmosfera-gelo marinho é complexo e fortemente acoplado. Em uma região de transição entre a cobertura de gelo marinho e o mar aberto a interação entre esse sistema é particularmente intensa, sendo significativa o suficiente para influenciar a circulação atmosférica de grande escala e a distribuição de gelo marinho. Assim, o objetivo principal deste trabalho foi analisar as interações entre os ciclones extratropicais e a variabilidade extrema do gelo marinho nos setores dos mares de Bellingshausen-Amundsen (MBA) e do mar de Weddell (MW), no período de verão e inverno austral entre 1989 e 2007. Foram utilizados dados de extensão de gelo marinho do NSIDC/NASA; campos atmosféricos da superfície até os altos níveis da troposfera das reanálises do ERA-Interim (ECMWF); composição de imagens de satélite do canal infravermelho do SSEC; Índice de Niño Oceânico do CPC/NOAA. As anomalias de alta frequência (período de 2-10 dias) e interanual (período maior que 370 dias) foram obtidas aplicando-se a transformada rápida de Fourier nas séries temporais (1989-2007). Os extremos de gelo marinho foram obtidos através do primeiro e terceiro quartil da distribuição dos dados. As características da circulação atmosférica de alta frequência e interanual associadas aos eventos extremos negativos (ENGM) e positivos (EPGM) de gelo marinho, na mesma escala de tempo, foram obtidas através de composições defasadas das anomalias dos campos atmosféricos. Para evidenciar e exemplificar os padrões encontrados nas composições de alta frequência apresenta-se uma análise sinótica de estudo de casos para o setor dos MBA durante o inverno austral, em eventos ENGM e EPGM, separando os casos em fases distintas do fenômeno tropical El Niño. Foi utilizada a estatística de ciclones do Automatic Cyclone Tracking, da Universidade de Melbourne, para analisar a ocorrência de ciclones associados aos períodos de mínima e máxima extensão de gelo marinho na escala interanual. Os resultados mostram que no verão e inverno austral, os eventos ENGM de alta frequência no setor dos MBA e do MW estão associados com as anomalias dos campos atmosféricos, na mesma escala temporal, que se assemelham a um trem de ondas ocorrido a partir de três dias anteriores ao evento extremo. A anomalia ciclônica no oeste e a anomalia anticiclônica no leste do setor resultam em uma anomalia de ventos de norte e, consequentemente, a anomalias positivas de temperatura do ar. Essa configuração anômala contribui para os eventos ENGM através do derretimento do gelo marinho e do seu próprio transporte em direção às latitudes maiores pelos ventos de norte anômalos. As anomalias de alta frequência dos campos atmosféricos em todos os casos (composições defasadas) de eventos EPGM apresentam fases opostas em relação aos eventos ENGM. Portanto, fases distintas do trem de ondas induzem na modulação de extremos de gelo marinho opostos. Em relação às análises sinóticas dos eventos ENGM e EPGM em fases distintas do fenômeno El Niño, verificou-se que em períodos de El Niño há uma intensificação do jato subtropical e um enfraquecimento do jato polar no Pacífico Sul. Há uma menor atuação dos ciclones extratropicais, predominando o sistema de cristas e cavados. Na fase de La Niña há um reforço do jato polar e uma intensa atividade ciclônica sobre os MBA. No evento ENGM (EPGM) há uma associação entre os ventos de norte (de sul) com a vanguarda (retaguarda) dos sistemas ciclônicos em superfície. Na fase Neutra verificou-se uma intensificação do jato polar e uma atuação do sistema de cristas/cavados e de sistemas ciclônicos em superfície. Na análise da influência da circulação atmosférica interanual na variabilidade extrema do gelo marinho, na mesma escala de tempo, observou-se que a fase quente (fria) do ENSO provavelmente está associada com eventos ENGM (EPGM) nos MBA e com eventos EPGM (ENGM) no MW. Sobre a influência da variabilidade interanual da extensão do gelo marinho na atividade ciclônica, nas composições de anomalias interanuais de PNMM em relação aos eventos ENGM nos MBA (lag = 0) no verão, há um predomínio de anomalias positivas de pressão ao nível médio do mar (PNMM) sobre grande parte do Oceano Austral, o que contribuiria para uma menor profundidade e raio dos sistemas em superfície. Já em relação aos eventos ENGM no MW, verifica-se que no lag = 0 há um predomínio de anomalias negativas de PNMM no Oceano Austral, o que contribuiria para um aumento da profundidade e raio dos ciclones. / The sea ice-atmosphere system is complex and tightly coupled. In a transition region between the coverage of sea ice and open ocean the interaction between this system is particularly intense, being significant enough to influence large-scale atmospheric circulation and sea ice distribution. Thus, the main objective of this study was to analyze the interactions between extratropical cyclones and extreme variability of sea ice in the sectors of the Bellingshausen-Amundsen Seas (BAS) and the Weddell Sea (WS), in the period of austral summer and winter between 1989 and 2007. We used sea ice extent data from NSIDC/NASA; atmospheric fields (surface to higher tropospheric levels) from ERA-Interim reanalysis; SSEC IR satellite image composition; and the Oceanic Niño Index CPC/NOAA. Anomalies of high-frequency (2-10 days) and interannual (longer than 370 days) were obtained by applying a fast Fourier transform in the time series (1989-2007). The extremes of sea ice were obtained from the first and third quartile of the data distribution. The characteristics of high-frequency atmospheric circulation and interannual associated with negative (NESI) and positive (PESI) extreme events of sea ice at the same time scale, were obtained from the lagged composites of the anomalies of atmospheric fields. To highlight and illustrate the patterns found in the composites of high frequency presents a synoptic analysis of case studies for the sector of the BAS during the austral winter at NESI and PESI events, separating the cases in different stages of the tropical El Niño phenomenon. Was used a statistical cyclone of Automatic Cyclone Tracking, from University of Melbourne, to analyze the occurrence of cyclones associated with periods of minimum and maximum extent of sea ice in the interannual scale. The results show that in the austral summer and winter, the NESI events of high frequency in the sector of the BAS and the WS are associated with the anomalies of atmospheric fields in the same timescale that resemble a wave train occurring from three days before the extreme event. The cyclonic anomaly in the west and anticyclonic anomaly in the east sector result in an anomaly of north winds and, consequently, the positive anomalies of air temperature. This anomalous configuration contributes for events NESI by sea ice melting and its own transport to higher latitudes by anomalous north winds. Synoptic atmospheric fields anomalies, in all PESI event cases are in opposite phases to NESI events. Therefore, different phases of the circumpolar wave train induce modulation of concurrent sea ice extremes. Regarding the synoptic analysis of events NESI and PESI in different phases of El Niño, it was found that during periods of El Niño it has a strengthening of the subtropical jet and a weakening of the polar jet in the South Pacific. There is less activity of extratropical cyclones, and the predominant system of ridge and troughs. In the La Niña case studies, has a strengthening of the polar jet and an intense cyclonic activity over the BAS. In the NESI (PESI) event there is an association between the north (south) winds at the vanguard (rear) of the cyclone systems at surface. In the Neutral phase case studies, there is an intensification of the polar jet and performance of the system of ridge/troughs and cyclonic systems at surface. In the analysis of the influence of interannual atmospheric circulation on extreme variability of sea ice, at the same time scale, it was observed that the warm (cold) phase of ENSO are probably associated with NESI (PESI) events at BAS and with PESI (NESI) events in the WS. On the influence of interannual variability of sea ice extent in the cyclonic activity, in the composites of interannual anomalies of mean sea level pressure (MSLP) in relation to NESI events in the BAS (lag = 0) in the summer, there is a predominance of positive anomalies of MSLP over much of the Southern Ocean, which would contribute to a lower depth and radius of the surface systems. In relation to NESI events in WS, it appears that in the lag = 0 there is a predominance of negative anomalies of MSLP in the Southern Ocean, which would contribute to an increase in depth and radius cyclones.

Orientador: Araí Augusta Bernárdez Pécora / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T20:25:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elias_RicardoBoulos_M.pdf: 5900917 bytes, checksum: c0cfa8f4c7647862360c4b9fbf2b8f05 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este trabalho reporta os resultados obtidos na avaliação experimental de um ciclone de formato americano que foi modificado e adaptado para realizar a climatização de ambientes, através da técnica do resfriamento evaporativo. Para tal, o equipamento foi munido de bocais atomizadores, que realizam a injeção de líquido transversalmente à corrente de gás. Os ensaios consistiram de um planejamento fatorial completo para duas variáveis independentes com a adição de pontos centrais no espaço experimental, cujo fim foi o de verificar os efeitos do diâmetro dos orifícios da pastilha do atomizador (d = 2,8 e 3,6 mm) e da razão entre as vazões de líquido e de gás (L/G = 0,65 e 0,76 L/m³), sobre as propriedades do gás, tornando-o apto a adequar a temperatura e a umidade do ar. Através da Metodologia da Superfície de Respostas (MSR) foram analisadas a Eficiência de Saturação (Es), o Número de Unidades de Transferência do Gás (NtG) e a Perda de Carga no Sistema ('delta'Psis), respostas indicadoras de desempenho amplamente destacadas na literatura pesquisada. Foram obtidas Eficiências de Saturação entre 45,9 e 62,2%, Número de Unidades de Transferência do Gás entre 0,67 e 1,48 e Perdas de Carga de 1.664 a 1.735 Pa. O emprego de técnicas estatísticas permitiu a proposição de correlações empíricas para previsão do comportamento do sistema para a faixa de operação estudada. Os resultados obtidos mostram que o equipamento dispõe de potencial para se tornar uma alternativa viável de condicionamento do ar para os padrões humanos / Abstract: This work reports the results obtained in the experimental evaluation of an American cyclone type which has been modified and adapted to perform air conditioning of environments, using the technique of evaporative cooling. To this end, the equipment was fitted with atomizers nozzles, which perform the injection of liquid transversely to the gas stream. The experiments consisted of a full factorial design for two independent variables with the addition of central points in the experimental space, whose purpose was to examine the effects of the diameter of the holes of the atomizer insert (d = 2.8 and 3.6 mm) and liquid and air flow ratio (L/G = 0.65 and 0.76 L/m³) on the properties of the gas, making it able to suit the temperature and humidity. Responses of performance widely highlighted in the literature, Efficiency Saturation (Es), the Number of Gas Transfer Units (Nto) and the System Loss Pressure ('delta'Psjs), were analyzed through the Response Surface Methodology (RSM). Saturation efficiencies between 45.9 and 62.2%, Number of Gas Transfer Units from 0.67 to 1.48 and Pressure Losses from 1,664 to 1,735 Pa were obtained. The use of statistical techniques allowed the proposition of empirical correlations to predict the behavior of the system for the operating range studied. The results show that the equipment has the potential to become a viable alternative to air conditioning for human standards / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

[pt] Nesse artigo, fornecemos evidências de que as informações sobre a infraestrutura de mitigação de riscos nos Estados Unidos (EUA) durante uma exposição indireta a ciclones tropicais e a própria exposição indireta a ciclones tropicais geram anomalias nos retornos após considerar os 5 fatores FamaFrench e momentum. Formulamos duas hipóteses possíveis para explicar essas anomalias: hipótese do investidor local e hipótese do investor geral. Ambas as hipóteses assumem que os investimentos em mitigação de riscos são inferiores ao ideal. Sua diferença é baseada em como os investidores interpretam os programas de mitigação de riscos. Na hipótese do investidor local, Nós nos concentramos nas percepções dos investidores locais sobre os programas. Investimentos mais significativos nesses programas significam que mais investidores locais irão reconhecê-los e conhecer suas falhas. Por outro lado, na hipótese do investor geral, nos concentramos nas associações que os investidores gerais fazem entre o nível de investimento em mitigação de perigos e o risco de desastres. No final, damos algumas evidências da hipótese dos investidores locais, mas não podemos garantir que essa seja a única explicação possível. A questão toda depende de quanto os investidores sabem sobre os programas de mitigação de riscos. Além disso, evidenciamos que um canal de informação é o provável caminho pelo qual as anomalias são geradas. Assim, nesta dissertação, lançamos alguma luz sobre a incerteza gerada pelos desastres naturais que precificam os ativos, um tema que recebe mais atenção em um mundo em aquecimento. / [en] In this paper, we provide evidence that information about hazard mitigation infrastructure in the United States (U.S.) during an indirect exposure to tropical cyclones and the indirect exposure to tropical cyclones per se generate anomalies in returns after considering the 5 Fama-French factors and momentum. We formulate two possible hypotheses to explain these anomalies: local investor and general market hypotheses. Both hypotheses assume that hazard mitigation investments are lower than the ideal. Their difference is based on how investors interpret the hazard mitigation programs. We focus on local investors perceptions about them in the local investor hypothesis. More significant investments in these programs mean more local investors will acknowledge them and their flaws. On the other hand, we focus on general investors associations between hazard mitigation investment level and disaster risk in the general market hypothesis. In the end, we give some evidence of the local investors hypothesis, but we cannot guarantee that this is the only possible explanation. The whole point depends on how much investors know about hazard mitigation programs. Beyond that, we give evidence that an information channel is the probable path in which the anomalies are generated. Thus, in this dissertation, we shed some light on the uncertainty generated by natural disasters that prices assets, a topic that gets more attention in a warming world.

Neste trabalho foi investigado o impacto da evolução dos eventos El Niño (EN) de acordo com as fases distintas da Oscilação Decadal do Pacífico (positiva, ODP(+) e negativa, ODP(-)) nas mudanças no transporte de umidade sobre o Sudeste da América do Sul (SEAS) durante o verão austral de 1950-1999. A resposta da variabilidade do Jato de Baixos Níveis a leste do Andes (JBN) e de algumas propriedades dos ciclones extratropicais sobre o cone sul do continente as modificações na circulação associadas aos eventos mencionados acima foi analisada. Foi mostrado que existem poucas mudanças significativas no regime de precipitação sobre a América do Sul ao se considerar a influência dos anos neutros do Pacífico Equatorial durante a ODP(+) quando comparado com os anos da ODP(- ). Entretanto, os eventos EN da ODP(+) indicam diferenças no padrão de anômalo de ondas em altos níveis em resposta as diferentes anomalias de Temperatura de Superfície do Mar (TSM) dos oceanos Pacífico e Atlântico Equatorial quando comparado com os eventos da ODP(-). Como conseqüência foram observadas anomalias positivas de precipitação no SEAS associadas à intensificação do fluxo convergente de umidade em baixos níveis oriundo do Atlântico Equatorial e região Amazônica para esta região durante os eventos EN da ODP(+). Todavia, os eventos da ODP(-) apresentaram anomalias positivas de precipitação apenas ao sul do SEAS e negativas ao norte desta como resposta ao movimento descendente e divergência anômala sobre o centro-leste do Brasil seguido de enfraquecimento do fluxo de umidade transportado pelos ventos alísios em direção aos subtrópicos. Os experimentos numéricos com Community Atmosphere Model versão 3.0 serviram para ajudar na interpretação das análises observacionais onde foi sugerido que o fenômeno EN é mais importante para forçar as anomalias climáticas de verão do continente do que o modo de ODP. A maior freqüência de casos de JBN detectados com o critério 1 de Bonner durante anos de EN da ODP(+) em relação a ODP(-) foi proporcional à quantidade de eventos selecionados em cada categoria. Em geral, os casos de JBN anômalo se deslocaram desde a Amazônia até o Sul do Brasil e Nordeste da Argentina, mas foi na ODP(-) que o sistema foi mais intenso apesar de apresentar menor potencial para o transporte de umidade para o SEAS quando comparado com os casos da ODP(+). Através do esquema numérico de Murray e Simmonds foi observado que, coerentemente com a intensificação do fluxo convergente de ar quente e úmido dos trópicos para o SEAS, os eventos EN da ODP(+) apresentaram ciclones extratropicais mais freqüentes e com pressões centrais mais baixas sobre o extremo Sul do Brasil, Uruguai, Nordeste da Argentina e vizinhanças do Atlântico Sudoeste em comparação com os eventos da ODP(-). / This work investigates the impact of the El Niño (EN) events and their evolution according to the PDO phases (warm, PDO(+) and cold, PDO(-)) focusing on the moisture transport exchanges from the north to the Southeast of the South America (SESA) during the austral summer period of 1950-1999. The variability of the Low Level Jet east of the Andes (LLJ) and some properties of extratropical cyclones over the southern cone of the continent in response to the modifications in the atmosphere circulation due to above mentioned events is analyzed. It is shown that on the South America continent there are not any significant changes in precipitation distribution during the neutral years in the Equatorial Pacific for PDO(+) when compared to the years of PDO(-). However, the EN events during PDO(+) indicate some differences in the anomalous wave pattern at high levels due to the variability of the Sea Surface Temperature (SST) anomalies on the Equatorial Pacific and Atlantic oceans when compared with the events for PDO(-). This implies in positive precipitation anomalies over the SESA which is associated to the enhancement of convergent moisture flux in this region. However, the events for PDO(-) showed positive precipitation anomalies only over the southern part of the SEAS and negative to the north which is associated to the downward motion and anomalous divergence over the centraleastern Brazil. This pattern may have contributed for weakening the moisture flux transported by the trade winds towards the subtropics. Numerical experiments with the Community Atmosphere Model version 3.0 also helped on the interpretation of the observational analysis where was suggested that EN events are more important to force the climate anomalies in the summer season over the continent than the PDO mode. The frequency of LLJ cases detected with the Bonner criterion 1 during the years of EN for PDO(+) is bigger than for PDO(-). The spatial position pattern for both categories of the anomalous LLJ is from the Amazon to Southern Brazil and Northeastern Argentina. During the PDO(-) the jet is more intense, however it seems to transport less moisture towards the SEAS region when compared to the PDO(+) cases. The extratropical cyclones tracked through a numerical scheme showed higher frequency and lower central pressures on the extreme of Southern Brazil, Uruguay, Northeastern Argentina and around the Southwest Atlantic during the EN events of PDO(+) when compared to the events of PDO(-). This is in agreement with the largest flux convergence of warm and humid air from the tropics to these areas.

Neste trabalho foi investigado o impacto da evolução dos eventos El Niño (EN) de acordo com as fases distintas da Oscilação Decadal do Pacífico (positiva, ODP(+) e negativa, ODP(-)) nas mudanças no transporte de umidade sobre o Sudeste da América do Sul (SEAS) durante o verão austral de 1950-1999. A resposta da variabilidade do Jato de Baixos Níveis a leste do Andes (JBN) e de algumas propriedades dos ciclones extratropicais sobre o cone sul do continente as modificações na circulação associadas aos eventos mencionados acima foi analisada. Foi mostrado que existem poucas mudanças significativas no regime de precipitação sobre a América do Sul ao se considerar a influência dos anos neutros do Pacífico Equatorial durante a ODP(+) quando comparado com os anos da ODP(- ). Entretanto, os eventos EN da ODP(+) indicam diferenças no padrão de anômalo de ondas em altos níveis em resposta as diferentes anomalias de Temperatura de Superfície do Mar (TSM) dos oceanos Pacífico e Atlântico Equatorial quando comparado com os eventos da ODP(-). Como conseqüência foram observadas anomalias positivas de precipitação no SEAS associadas à intensificação do fluxo convergente de umidade em baixos níveis oriundo do Atlântico Equatorial e região Amazônica para esta região durante os eventos EN da ODP(+). Todavia, os eventos da ODP(-) apresentaram anomalias positivas de precipitação apenas ao sul do SEAS e negativas ao norte desta como resposta ao movimento descendente e divergência anômala sobre o centro-leste do Brasil seguido de enfraquecimento do fluxo de umidade transportado pelos ventos alísios em direção aos subtrópicos. Os experimentos numéricos com Community Atmosphere Model versão 3.0 serviram para ajudar na interpretação das análises observacionais onde foi sugerido que o fenômeno EN é mais importante para forçar as anomalias climáticas de verão do continente do que o modo de ODP. A maior freqüência de casos de JBN detectados com o critério 1 de Bonner durante anos de EN da ODP(+) em relação a ODP(-) foi proporcional à quantidade de eventos selecionados em cada categoria. Em geral, os casos de JBN anômalo se deslocaram desde a Amazônia até o Sul do Brasil e Nordeste da Argentina, mas foi na ODP(-) que o sistema foi mais intenso apesar de apresentar menor potencial para o transporte de umidade para o SEAS quando comparado com os casos da ODP(+). Através do esquema numérico de Murray e Simmonds foi observado que, coerentemente com a intensificação do fluxo convergente de ar quente e úmido dos trópicos para o SEAS, os eventos EN da ODP(+) apresentaram ciclones extratropicais mais freqüentes e com pressões centrais mais baixas sobre o extremo Sul do Brasil, Uruguai, Nordeste da Argentina e vizinhanças do Atlântico Sudoeste em comparação com os eventos da ODP(-). / This work investigates the impact of the El Niño (EN) events and their evolution according to the PDO phases (warm, PDO(+) and cold, PDO(-)) focusing on the moisture transport exchanges from the north to the Southeast of the South America (SESA) during the austral summer period of 1950-1999. The variability of the Low Level Jet east of the Andes (LLJ) and some properties of extratropical cyclones over the southern cone of the continent in response to the modifications in the atmosphere circulation due to above mentioned events is analyzed. It is shown that on the South America continent there are not any significant changes in precipitation distribution during the neutral years in the Equatorial Pacific for PDO(+) when compared to the years of PDO(-). However, the EN events during PDO(+) indicate some differences in the anomalous wave pattern at high levels due to the variability of the Sea Surface Temperature (SST) anomalies on the Equatorial Pacific and Atlantic oceans when compared with the events for PDO(-). This implies in positive precipitation anomalies over the SESA which is associated to the enhancement of convergent moisture flux in this region. However, the events for PDO(-) showed positive precipitation anomalies only over the southern part of the SEAS and negative to the north which is associated to the downward motion and anomalous divergence over the centraleastern Brazil. This pattern may have contributed for weakening the moisture flux transported by the trade winds towards the subtropics. Numerical experiments with the Community Atmosphere Model version 3.0 also helped on the interpretation of the observational analysis where was suggested that EN events are more important to force the climate anomalies in the summer season over the continent than the PDO mode. The frequency of LLJ cases detected with the Bonner criterion 1 during the years of EN for PDO(+) is bigger than for PDO(-). The spatial position pattern for both categories of the anomalous LLJ is from the Amazon to Southern Brazil and Northeastern Argentina. During the PDO(-) the jet is more intense, however it seems to transport less moisture towards the SEAS region when compared to the PDO(+) cases. The extratropical cyclones tracked through a numerical scheme showed higher frequency and lower central pressures on the extreme of Southern Brazil, Uruguay, Northeastern Argentina and around the Southwest Atlantic during the EN events of PDO(+) when compared to the events of PDO(-). This is in agreement with the largest flux convergence of warm and humid air from the tropics to these areas.