Submitted by Nathalya Silva (nathyjf033@gmail.com) on 2017-04-24T20:04:12Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ModeloGerenciamentoAgua.pdf: 11144827 bytes, checksum: 1729da6214c18fcd59e89f3ba710e78e (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-04-26T13:22:34Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ModeloGerenciamentoAgua.pdf: 11144827 bytes, checksum: 1729da6214c18fcd59e89f3ba710e78e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-26T13:22:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_ModeloGerenciamentoAgua.pdf: 11144827 bytes, checksum: 1729da6214c18fcd59e89f3ba710e78e (MD5) Previous issue date: 2016-02 / Este trabalho trata de um modelo para gerenciamento de usos múltiplos da água, visando minimizar conflitos de uso, relacionados com a operação de sistemas de reservatórios em aproveitamentos hidrelétricos de bacias hidrográficas. O modelo SOUMA – “Sistema de Otimização de Usos Múltiplos da Água”, que consiste em um modelo estocástico de otimização baseado em programação não linear, foi desenvolvido e estruturado em GAMS (General Algebraic Modeling System) com o emprego do solver MINOS. O SOUMA compõe-se de dois módulos auxiliares. O primeiro é um módulo de previsão de níveis de água, que consiste em um modelo estocástico do tipo ARIMA (Auto Regressive Integrated Moving Average). O segundo é um módulo de previsão de vazões, que é um modelo estocástico chuva-vazão, do tipo RNA. O modelo ARIMA na calibração e na validação apresentou R² médio acima de 0,93 e RMSE abaixo de 0,08, capturando de forma satisfatória o comportamento das séries níveis d’água. O modelo chuva-vazão que foi empregado na composição da vazão afluente ao reservatório, com a utilização de arquitetura RNA, apresentou R² médio de 0,954 e RMSE médio de 0,098. O modelo SOUMA foi aplicado à bacia do rio Tapajós para o futuro Aproveitamento Hidro Energético – AHE São Luiz do Tapajós, Itaituba, PA. Foram criados seis cenários que serviram de parâmetros na otimização e minoração dos conflitos. Vazões afluentes ao reservatório foram obtidas e simuladas, para os cenários hidrológicos seco, médio e úmido e para os cenários climáticos El Niño, Neutro e La Niña. Para geração de energia e profundidade de navegação, considerando as afluências dos cenários hidrológicos seco, médio e úmido, o SOUMA evidenciou, em relação aos níveis de referência dos cenários de navegação baixo, médio e alto, a ocorrência de profundidades abaixo da mínima, para gerações médias abaixo de 2.411 MW, 2.939 MW e 3.586 MW, respectivamente. Para geração de energia e capacidade de carga transportada, considerando as afluências dos cenários hidrológicos seco, médio e úmido, o SOUMA demonstrou, em relação aos níveis de referência dos cenários de navegação baixo, médio e alto, que gerações médias acima de 2.869 MW, 3.508 MW e 4.740 MW, respectivamente, não geram ganhos de capacidade de carga transportada e que gerações médias abaixo de 1.344 MW, 1.622 MW 2.056 MW, respectivamente, inviabilizam o transporte de carga. Para geração de energia e cota de inundação, considerando as afluências dos cenários hidrológicos seco, médio e úmido, o SOUMA mostrou, em relação aos níveis de referência dos cenários de controle de inundação baixo, médio e alto, a ocorrência de inundações a jusante, para gerações médias acima de 4.978 MW, 6.057 MW e 7.390 MW, respectivamente. Retiradas consuntivas são significativas apenas no período de junho a outubro. Considerando a média das demandas consuntivas mensais (145 m³/s), para afluências do cenário hidrológico seco, médio e úmido, o SOUMA evidenciou uma perda mensal na geração de energia elétrica de 50 MW, 47 MW e 44 MW, respectivamente. Os resultados aferidos evidenciam que os modelos desenvolvidos são ferramentas de fundamental importância à otimização operacional de sistemas de reservatórios com usos múltiplos, permitindo a otimização de gerações e de defluências em AHE, em períodos de cheia e de estiagem e de grandes demandas energéticas, com a manutenção de condições de navegabilidade em trechos a jusante de barramentos, através de simulações operacionais sustentáveis que minoram conflitos de uso. / This work deals with a model for management of multiple uses of water, for the mitigation of conflicts of use related to the operation of reservoir systems in hydroelectric power plant of water catchment area. The model SOUMA – "system optimization of multiple uses of water", which consists of a stochastic optimization model based on nonlinear programming, was developed and structured in GAMS (General Algebraic Modeling System) with the use of solver MINOS. The SOUMA is composed of two modules. The first is a module for forecasting of water levels, which consists of a stochastic model of type ARIMA (Auto Regressive Integrated Moving Average). The second is a module for forecasting of streamflow, which is a stochastic model of rainfall-streamflow the RNA type. The ARIMA model calibration and validation presented average R² above 0.93 and RMSE below 0.08, capturing in a satisfactory manner the behavior of water levels. The rain-flow model that was used in the composition of influent flow to the reservoir, with the use of RNA architecture, presented average R² 0.954 and of 0.098 RMSE. The SOUMA model was applied to Tapajós River basin for the future hydroelectric power plant of São Luiz do Tapajós, Itaituba, PA. Six scenarios were created to be used as parameters in optimizing and mitigation of conflicts. The reservoir tributaries streamflow were obtained and simulated for dry, medium and moist hydrological scenarios and for El Niño, La Niña and Neutral climatic scenarios. For the power generation and navigation depth uses, considering the tributaries streamflow of the dry, medium and moist hydrological scenarios, the SOUMA showed, in relation to the reference levels of the low, medium and high navigation scenarios, the occurrence of depths below the minimum, for generations averages below 2,411 MW, 2,939 MW and 3,586 MW, respectively. For power generation and cargo capacity, considering the tributaries streamflow of the dry, medium and moist hydrological scenarios, the SOUMA showed, in relation to the low, medium and high reference levels of the navigation scenarios, that generations averages above 2,869 MW, 3,508 MW and 4,740 MW, respectively, do not generate earnings of cargo capacity and that medium generations below 1,344 MW, 2,056 MW and 1,622 MW, respectively, make the river transport of cargo infeasible. For power generation and flood dimension, considering the tributaries streamflow of the dry, medium and moist hydrological scenarios, the SOUMA showed, in relation the reference levels low, medium and high of the flood control, the occurrence of floods downstream to generations above average 4,978 MW, 6,057 MW and 7,390 MW, respectively. Consumptive withdrawals are meaningful only in the period from June to October. Considering the monthly average consumptive demands (145 m ³/s), to tributaries streamflow of the dry, medium and moist hydrological scenarios, the SOUMA showed a monthly loss in power generation of 50 MW, 47 MW and 44 MW, respectively. The measured results show that the models developed are important tools to operational optimization of reservoir systems with multiple uses, allowing the optimization of generations and defluente flow in the hydroelectric power plant of water catchment area, in periods of flood and drought and large energy demands, with maintenance of navigation conditions downstream from dams, through sustainable operational simulations that minimize usage conflicts.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-08-14T10:58:52Z No. of bitstreams: 1 EWERTON CLEUDSON DE SOUSA MELO - TESE (PPGMet) 2016.pdf: 4714414 bytes, checksum: 399def91bcd71b3e8a00a6b001dcfd4b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-14T10:58:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EWERTON CLEUDSON DE SOUSA MELO - TESE (PPGMet) 2016.pdf: 4714414 bytes, checksum: 399def91bcd71b3e8a00a6b001dcfd4b (MD5) Previous issue date: 2011-06-30 / CNPq / Neste trabalho a versão 6.0 do modelo numérico RAMS (Regional Atmospheric Modeling System) é usada com o objetivo principal de simular a influência da expansão agrícola nas trocas de água e energia em áreas de Caatinga, e quantificar os efeitos das mudanças na cobertura e uso da terra na geração de circulações termicamente induzidas e na atividade convectiva. Os cenários de uso da terra investigados neste estudo foram construídos para representar condições ambientais nativas (sem influências antrópicas), e com alterações decorrentes da construção da represa de Sobradinho, e da expansão de atividades agrícolas e irrigação em região de clima semiárido. O ambiente atmosférico de grande escala é caracterizado pela estrutura dinâmica e termodinâmica típica da área central de um vórtice ciclônico de altos níveis (VCAN). A escolha do período de estudo teve como objetivo garantir condições ambientais com ampla diversidade agrícola em áreas de Caatinga (culturas de sequeiro e agricultura irrigada), e pouca nebulosidade. A evolução temporal da precipitação convectiva acumulada nas simulações da expansão agrícola mostra diferenças marcantes nos efeitos da agricultura de sequeiro e vegetação irrigada. O aumento na taxa da evapotranspiração nas áreas irrigadas eleva consideravelmente o teor de umidade nos baixos níveis da troposfera, reduz a temperatura do ar e diminui a precipitação convectiva. A descontinuidade na umidade e tipo de cobertura vegetal modifica a intensidade e distribuição dos fluxos turbulentos que são importantes na formação dos gradientes de pressão que geram circulações de brisa (brisa lacustre e de vegetação), de forma que o domínio nos transportes verticais de calor e água passa a ser da mesoescala. Verificou-se que as principais forçantes locais na determinação da distribuição espacial dos fluxos turbulentos e da chuva convectiva foram a topografia e a descontinuidade no teor de umidade do solo. Com relação a estabilidade atmosférica percebeu-se a existência de uma relação quase linear entre a Energia Potencial Convectiva Disponível (CAPE) e a temperatura potencial equivalente. / In this work the version 6.0 of the numerical model RAMS (Regional Atmospheric Modeling System) is used with the main objective of simulating the influence of agricultural expansion on the water and energy exchange in Caatinga vegetation areas, and to quantify the effects that changes on soil use and coverage have on the generation of thermally induced circulations and convective activity. The scenarios of soil use investigated are designed to represent native environmental conditions (without anthropogenic influences) and with alterations due to the implementation of the Sobradinho reservoir, and the expansion of agricultural activities and irrigation in a semiarid climate area. The large scale atmospheric ambient is characterized by the dynamic and thermodynamic structure typical of the central area of an upper level cyclonic vortex. The period of study was chosen aiming at environmental conditions with largely diversified agricultural use in Caatinga vegetation areas (agriculture with and without irrigation), and almost cloudless skies. The temporal evolution of the accumulated convective precipitation in the numerical simulations of the agricultural expansion shows large differences in the effects of agriculture with and without irrigation. The irrigated areas higher evapotranspiration rate causes a substantial increase in the moisture content in the lower troposphere, and lower the air temperature and convective precipitation.

Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul / It was identified Stratosphere-Troposphere Exchange (STE) events on Southern South America and their effects in the Ozone Total Column (OTC) above Central Region of Rio Grande do Sul (CRRS), Brazil, in the period between 2005 and 2014. To this end, it was developed a methodology able to verify the tropopause height and the descend mass flux in this region, using reanalysis 2 data provided by NCEP/DOE. Furthermore, these cases must have wind cores above 40m/s (Upper-level Jet Stream - ULJS) acting between 30 and 80°W and 20 and 50°S. The arrival confirmation of air parcels from the STE at the CRRS was made through HYSPLIT trajectory analysis model from NOAA. For cases that acted at the CRRS, it was computed the OTC variation in relation to five days prior to the STE effects, through daily OTC data obtained from the OMI instrument for Santa Maria city (29.72°S; 53.72°W). This methodology proved to be effective in identifying 755 STE events on Southern South America, from which 103 came to act on CRRS, with 65% of cases increasing and 35% reducing the OTC in this region. Seasonal analysis showed that most cases happens in winter, followed by spring and in less quantity in summer and fall. Averaged fields of the vertical wind profile, mass flux, temperature and potential vorticity, showed that STE events occur more often in post-frontal situations at the Bacia do Prata region. Moreover, it was analyzed the convergence role in relation to jet streak s vertical transversal circulations, demonstrating that, in STE cases, these circulations increase even more the stratospheric air intake into the troposphere by strong convergence in the ULJS level. In short, it was verified that STE events on Southern South America act as a stratospheric ozone-rich air source to the CRRS, having as an allied the ULJS, which increase the phenomena. / Foram identificados eventos de Troca Estratosfera-Troposfera (TET) sobre o Sul da América do Sul e seus efeitos na variação da Coluna Total de Ozônio (CTO) Região Central do Rio Grande do Sul (RCRS), Brasil, no período entre 2005 e 2014. Para este fim, desenvolveu-se uma metodologia capaz de verificar a altura da tropopausa e o fluxo de massa descendente nesta região, utilizando dados de reanálise 2 fornecidos pelo NCEP/DOE. Além disso, os casos deveriam possuir núcleos de vento acima de 40 m/s (Corrente de Jato em Altos Níveis - CJAN) atuando entre 30 e 80°O e 20 e 50°S. A confirmação da chegada das parcelas de ar provenientes da TET na RCRS deu-se através da análise das trajetórias do modelo Hysplit da NOAA. Para os casos que atuaram na RCRS, calculou-se a variação da CTO em relação aos cinco dias anteriores aos efeitos da TET, através de dados diários da CTO obtidos do instrumento OMI para a cidade de Santa Maria (29.72°S; 53.72°O). Esta metodologia mostrou-se eficaz na identificação de 755 eventos de TET sobre o Sul da América do Sul, dos quais 103 vieram a atuar na RCRS, com 65% dos casos aumentando e com 35% reduzindo a CTO nesta região. A análise sazonal mostrou que a maioria dos casos acontece no inverno, seguido da primavera e em menor quantidade no verão e outono. Campos médios do perfil vertical de vento, fluxo de massa, temperatura e vorticidade potencial, mostraram que os eventos de TET ocorrem com mais frequência em uma situação pós-frontal na região da Bacia do Prata. Além disso, analisou-se o papel da convergência relacionada às circulações verticais transversais do núcleo da CJAN, mostrando que, em casos de TET, estas circulações intensificam ainda mais a entrada de ar estratosférico para dentro da troposfera por intermédio da forte convergência no nível da CJAN. Em suma, verificou-se que os eventos de TET sobre o Sul da América do Sul atuam como uma fonte de ar estratosférico rico em Ozônio para a RCRS, tendo como um de seus aliados a CJAN, a qual intensifica o fenômeno.

Orientadores: Peter A. B. Schulz, John T. Chalker / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-06T19:00:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_AnaLuizaCardoso_D.pdf: 2880300 bytes, checksum: ffd133973b4bc6e23c91694bc47d8794 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Esse trabalho é dedicado ao estudo de dois problemas de interesse atual em sistemas quânticos de baixa dimensionalidade. Ambos são relacionados ao processo de localização eletrônica no regime Hall quântico. O primeiro problema diz respeito ao destino dos estados estendidos no limite de baixos campos magnéticos ou forte desordem, onde ocorre a transição de líquido de Hall para o isolante de Hall. O problema é abordado através de simulações numéricas, com um modelo de rede bidimensional tratado por um Hamiltoniano tight-binding, considerando-se tanto desordem tipo ruído branco quanto desordem correlacionada com perfil Gaussiano. Nós observamos que à medida que o campo magnético tende a zero ou a desordem é suficientemente aumentada no sistema, os estados estendidos sofrem um deslocamento em relação ao centro das bandas de Landau, indo em direção às mais altas energias e, eventualmente, ultrapassando a energia de Fermi. Esse mecanismo é chamado na literatura de levitação de estados estendidos. Nossos resultados permitem uma análise quantitativa. Identificamos os seguintes parâmetros como sendo os relevantes para mapear a levitação: (i) a razão entre escalas de energia ¿ entre a energia de separação dos níveis de Landau e o alargamento do nível devido à desordem; e (ii) a razão entre escalas de comprimento ¿ entre o comprimento magnético e o comprimento de correlação da desordem. Analisando uma vasta gama de parâmetros, uma expressão de escala descrevendo a levitação de estados estendidos é estabelecida neste trabalho. O segundo problema abordado nesta tese é relacionado ao processo de blindagem do potencial de desordem e ao mecanismo de formação dos estados localizados em sistemas Hall quânticos. O trabalho analítico apresentado aqui é motivado por recentes resultados experimentais, que mostram imagens de microscopia com medidas locais do potencial eletrostático e da compressibilidade desses sistemas, evidenciando como se dá o processo de carga de estados localizados por cargas inteiras ou fracionárias (quase-partículas). Em um regime onde o comportamento é dominado por interações Coulombianas, estabelecemos um modelo eletrostático que descreve o estado localizado como sendo uma região compressível (quantum dot ou antidot) envolta por um plano incompressível, usando a aproximação de Thomas-Fermi para tratar as interações. O potencial eletrostático nas vizinhanças da região compressível é calculado, fornecendo o tamanho dos saltos que ocorrem no potencial à medida que cada carga é adicionada ou removida do estado localizado. Além de mostrar como estes saltos se tornam menores com o aumento do índice de Landau, nossos resultados mostram a dependência deles com a altura de observação do potencial (ou seja, a altura da ponta de prova em relação ao gás de elétrons). O modelo apresentado pode ser usado para tratar estados localizados observados nos platôs do efeito Hall quântico inteiro ou fracionário / Abstract: This work is devoted to the study of two problems of current interest in low dimensional quantum systems. Both are related to the process of electron localization in the quantum Hall regime. The first problem refers to the fate of extended states in the limit of low magnetic fields or strong disorder, where the transition from quantum Hall liquid to Hall insulator takes place. A numerical approach to the problem is used, with a 2D lattice model treated in a tight-binding framework, considering both white-noise and Gaussian correlated disorder. We observe that as the magnetic field vanishes or the disorder is sufficiently increased in the system, the extended states are shifted from the Landau band centers, going to higher energies and, eventually, rising above the Fermi energy. This mechanism is referred in the literature as levitation of extended states. Our results allow a quantitative analysis. We identify the following parameters as the relevant ones to map the levitation: (i) the energy scales ratio - between the energy separation of consecutive Landau levels and the level broadening due to disorder; and (ii) the length scales ratio - between the magnetic length and the disorder correlation length. Analyzing a wide range of parameters, a scaling expression describing the levitation of extended states is established. The second problem considered in this thesis is related to the screening of the disorder potential and to the mechanism of formation of localized states in quantum Hall systems. The analytical work we present here is motivated by recent imaging experiments, which probe locally the electrostatic potential and the compressibility of these systems, showing the charging of individual localized states by integer or fractional charges (quasiparticles). For a regime where the behavior is dominated by Coulomb interactions, we set out an electrostatic model describing the localized state as a compressible region (quantum dot or antidot) embebed in an incompressible background, using the Thomas-Fermi approximation to treat the interactions. The electrostatic potential in the vicinity of the compressible region is calculated, providing the size of potential steps as each charge is added or removed from the localized state. Besides from showing how the potential steps get smaller for higher Landau levels, our results show the dependence of these steps with the height of observation (i.e., the distance from the scanning probe to the electron gas). The proposed model can be used to treat localized states observed on integer or fractional quantum Hall plateaus / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências