Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-03-01T13:47:02Z No. of bitstreams: 1 2015_LeonardoZandonadiMoura.pdf: 11972172 bytes, checksum: 6c257195d29f41ab841d61d0e2f9594e (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2016-03-23T12:34:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_LeonardoZandonadiMoura.pdf: 11972172 bytes, checksum: 6c257195d29f41ab841d61d0e2f9594e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-23T12:34:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_LeonardoZandonadiMoura.pdf: 11972172 bytes, checksum: 6c257195d29f41ab841d61d0e2f9594e (MD5) / A compreensão da fase atmosférica do ciclo hidrológico é necessária para aumentar a capacidade de prever secas e cheias em bacias hidrográficas, e os impactos de mudanças do clima nos recursos hídricos. O objeto deste estudo é o transporte atmosférico de umidade para a bacia do Rio Paraná até Itaipu: suas regiões de fonte e sumidouro; sazonalidade; variabilidade interanual; relação com o ENSO; correlação com as vazões em Itaipu e; comportamento em secas e cheias. Aplicou-se o modelo lagrangeano de dispersão HYSPLIT, com dados da reanálise NCEP/NCAR, para rastrear as trajetórias de massas de ar (traçadores numéricos de vapor d’água) no período de 1970 a 2010 (41 anos). O Atlântico Sul tropical é a principal fonte de umidade para a bacia do Paraná, enviando na estação chuvosa uma média de 175 [mm /mês]. Partes dessa região possuem correlação de Spearman entre 0,5 e 0,6 com as vazões em Itaipu. A contribuição do Atlântico Norte também se destaca no verão, em fevereiro (média 38,5 [mm /mês]), com correlações de até 0,44 com as vazões em Itaipu. Contribuições maiores do Atlântico Sul subtropical na primavera coincidem com menores vazões. Foram encontradas maiores correlações entre as vazões em Itaipu e a contribuição do Atlântico Norte e Sul subtropical, e mais relações significativas entre essas variáveis na análise de compósitos. Isso indica que, apesar de não serem as maiores fontes de umidade, o transporte a partir dessas regiões é importante para a previsão das vazões. As fontes continentais são mais relevantes durante a estação seca (maio a outubro). A contribuição média da fonte amazônica triplica da estação chuvosa para a seca, chegando a 44,6 [mm /mês], e a da região do Chaco/Pantanal/Cerrado duplica, passando a 99,3[mm /mês]. Elas apresentam correlações com as vazões em Itaipu na segunda metade da estação seca, durante a qual a bacia deixa de ser um sumidouro no balanço hídrico mensal, para tornar-se uma fonte de umidade para a atmosfera, destacando o papel da reciclagem. Em três das quatro secas sazonais analisadas, ocorreram anomalias negativas de quatro meses a um ano da contribuição do Atlântico Sul tropical. Já a de 2007-2009 ocorreu mediante redução da contribuição da Amazônia por um ano, e do Chaco/Pantanal por seis meses. Aumentos das perdas de umidade na estação chuvosa, a nordeste da bacia, e redução da precipitação sobre ela possivelmente são ligadas ao posicionamento da ZCAS e também se relacionam com secas. Nos anos de cheias, observa-se um maior transporte de umidade a partir do Atlântico Sul tropical. / The comprehension of the atmospheric phase of the hydrological cycle is necessary to enhance the capacity to predict droughts and floods in watersheds, as well as the impacts of climate change in water resources. This is a study on the atmospheric transport of moisture to the Paraná watershed, down to Itaipu dam: its sources and sinks, seasonality, interannual variability, relationship with ENSO; correlation to the flowrates at Itaipu and; behavior in droughts and floods. The HYSPLIT lagrangian dispersion model was applied, with data from NCEP/NCAR reanalysis, to track the air masses trajectories (numeric water vapor tracers) for the period from 1970 to 2010 (41 years). The tropical South Atlantic is the main moisture source for the Paraná watershed, sending an average of 175 [mm/month] in the rainy season. Parts of that region have Spearman correlations with the flowrate in Itaipu between 0.5 and 0.6. The North Atlantic contribution is also relevant in the summer on February (average 38.5 [mm/month]), presenting correlations of up to 0.44 with Itaipu flows. Larger contributions from the subtropical South Atlantic in the spring happen concurrently with less river flow. Larger correlations were found between the flowrates at Itaipu and the contributions from the North and subtropical South Atlantic regions, as well as more significant relations between these variables in a composite analysis. This indicates that the transport from these regions is important for the prediction of flows. The continental sources are more relevant during the dry season, from May to October. The average contribution from the Amazon triples from the rainy season to the dry season, going up to 44.6 [mm/month], and the Chaco/Pantanal/Cerrado doubles, passing to 99.3 [mm/month]. They show correlation to Itaipu flowrates on the second half of the dry season, during which the basin ceases to be a sink in the monthly water balance to become a source of moisture to the atmosphere, highlighting the role of recycling. In three of the four seasonal droughts analyzed, negative anomalies lasting four months up to one year occur with the tropical south Atlantic contributions. Yet the one in 2007-2009 occurred under reductions in the Amazon contribution for one year, and from the Chaco/Pantanal for six months. Increases on the wet season moisture losses northeast of the basin are possibly connected to the position of the SACZ, and related to droughts. On floods, a larger transport from the tropical south Atlantic also seems to be the main explaining factor.

Este trabalho trata do estudo do transporte atmosférico de emissões de queimadas na região Amazônica e Centro-Oeste do Brasil. Em consequência da queima de biomasa, gases (CO IND.2, CO, CH IND.4, etc.) e partículas são emitidas para a atmosfera, os quais podem provocar mudanças no equilíbrio climático e biogeo químico do planeta Terra, em várias escalas. O estudo é realizado por meio de simulação numérica dos movimentos da atmosfera utilizando o modelo atmosférico RAMS (Regional Atmospheric Modeling System). São utilizados os métodos Lagrangiano e Euleriano. No método Langrangiano o transporte é estudado por meio do cálculo de trajetórias cinemáticas 3d de massas de ar, utilizando o campo de vento simulado, na escala resolvida. A posição inicial das massas de ar é obtida a partir de mapas de queimadas detectadas por sensores a bordo de satélites como o AVHRR da série NOAA. Uma metodologia simples que contabiliza os efeitos de processos convectivos úmidos da escala sub-grade na velocidade vertical da parcela de ar para modelo atmosféricos de baixa resolução, é introduzida no modelo de trajetórias. No método Euleriano, é resolvida a equação de conservação de massa dos principais elementos emitidos. Para tanto é introduzido um modelo de fontes emissoras de gases/partículas associadas à queimadas em floresta tropical e cerrado da América do Sul, distribuídas espacial e temporalmente através da assimilação diária de mapas de posição de queimadas produzidos por sensoriamento remoto. Os termos de advecção na escala resolvida e o transporte turbulento na escala sub-grade são resolvidos utilizando as parametrizações próprias do modelo RAMS. É introduzida uma parametrização do transporte sub-grade associado às circulações úmidas e profundas não resolvidas explicitamente pelo modelo, devido a baixa resolução espacial. Termos sumidouros associados a processos genéricos de remoção/transformação de gases/partículas são ) também parametrizadas e inseridos na equação de conservação de massa. A metodologia é aplicada a um estudo de caso ocorrido no mês de julho de 1993. São modelados o transporte turbulento na camada limite planetária, os efeitos transientes associados à entrada de frentes frias vindo do sul do continente e à convecção na bacia Amazônica no transporte convectivo de poluentes, bem como o transporte associado aos sistemas de larga escala. São observados padrões de exportação continental de poluentes, com saídas ocorrendo a noroeste da América do Sul em direção ao oceano Pacífico, e a sudeste em direção ao oceano Atlântico. / A study about the atmospheric transport f biomass burning emissions in the Amazon and the Central of Brazil is presented. Gases (CO IND.2, CO, CH IND.4, etc.) and particles emitted to the atmosphere due the biomass burning are responsible for the climatic and biogeochemical budget changes in the Earth planet, in many scales. This study is carried out through a numerical simulation of the atmospheric motions using the atmospheric models RAMS (Regional Atmospheric Modeling System). Lagragian and Eulerian methods are used. In the Lagrangian method the transport is studied through 3D kinematic air mass trajectories calculation, using simulated wind fields, in a resolved scale. The initial position of the air masses is obtained from biomass burning spots maps, derived from satellite sensors (AVHRR from NOAA series). A simple methodology to take into account the sub-grid effects of wet convective process in the vertical velocity of the air parcels, for low resolution atmospheric models is introduced in the trajectory model. In the Eulerian method the mass conservation equation is resolved for the main elements emitted. A model of gases and particles sources emissions is introduced associated with biomass burning in South America tropical forest and savanna, spatially and temporally distributed and daily assimilated, according to the biomass burning spots defined by remote sensing. The advection in a resolved scale and turbulent transport, in a sub-grid parameterization associated to wet and deep circulation not explicitly resolved by the model due its low spatial resolution is introduced. Sinks associated with generic process of removal/transformation of gases/particles are parameterized and introduced in the mass conservation equation. The methodology is applied to a case study on July 1993. The turbulent transport in the planetary boundary layer the transient effects in the convective transport of pollutants associated with cold fronts from the south and convection in the Amazon basin and the transport associated with the large scale systems are modeled. Patterns of pollutant exportation are observed with a corridor to the Pacific Ocean in the South America Northwest and another in the Southeast to the Atlantic Ocean.

Este trabalho trata do estudo do transporte atmosférico de emissões de queimadas na região Amazônica e Centro-Oeste do Brasil. Em consequência da queima de biomasa, gases (CO IND.2, CO, CH IND.4, etc.) e partículas são emitidas para a atmosfera, os quais podem provocar mudanças no equilíbrio climático e biogeo químico do planeta Terra, em várias escalas. O estudo é realizado por meio de simulação numérica dos movimentos da atmosfera utilizando o modelo atmosférico RAMS (Regional Atmospheric Modeling System). São utilizados os métodos Lagrangiano e Euleriano. No método Langrangiano o transporte é estudado por meio do cálculo de trajetórias cinemáticas 3d de massas de ar, utilizando o campo de vento simulado, na escala resolvida. A posição inicial das massas de ar é obtida a partir de mapas de queimadas detectadas por sensores a bordo de satélites como o AVHRR da série NOAA. Uma metodologia simples que contabiliza os efeitos de processos convectivos úmidos da escala sub-grade na velocidade vertical da parcela de ar para modelo atmosféricos de baixa resolução, é introduzida no modelo de trajetórias. No método Euleriano, é resolvida a equação de conservação de massa dos principais elementos emitidos. Para tanto é introduzido um modelo de fontes emissoras de gases/partículas associadas à queimadas em floresta tropical e cerrado da América do Sul, distribuídas espacial e temporalmente através da assimilação diária de mapas de posição de queimadas produzidos por sensoriamento remoto. Os termos de advecção na escala resolvida e o transporte turbulento na escala sub-grade são resolvidos utilizando as parametrizações próprias do modelo RAMS. É introduzida uma parametrização do transporte sub-grade associado às circulações úmidas e profundas não resolvidas explicitamente pelo modelo, devido a baixa resolução espacial. Termos sumidouros associados a processos genéricos de remoção/transformação de gases/partículas são ) também parametrizadas e inseridos na equação de conservação de massa. A metodologia é aplicada a um estudo de caso ocorrido no mês de julho de 1993. São modelados o transporte turbulento na camada limite planetária, os efeitos transientes associados à entrada de frentes frias vindo do sul do continente e à convecção na bacia Amazônica no transporte convectivo de poluentes, bem como o transporte associado aos sistemas de larga escala. São observados padrões de exportação continental de poluentes, com saídas ocorrendo a noroeste da América do Sul em direção ao oceano Pacífico, e a sudeste em direção ao oceano Atlântico. / A study about the atmospheric transport f biomass burning emissions in the Amazon and the Central of Brazil is presented. Gases (CO IND.2, CO, CH IND.4, etc.) and particles emitted to the atmosphere due the biomass burning are responsible for the climatic and biogeochemical budget changes in the Earth planet, in many scales. This study is carried out through a numerical simulation of the atmospheric motions using the atmospheric models RAMS (Regional Atmospheric Modeling System). Lagragian and Eulerian methods are used. In the Lagrangian method the transport is studied through 3D kinematic air mass trajectories calculation, using simulated wind fields, in a resolved scale. The initial position of the air masses is obtained from biomass burning spots maps, derived from satellite sensors (AVHRR from NOAA series). A simple methodology to take into account the sub-grid effects of wet convective process in the vertical velocity of the air parcels, for low resolution atmospheric models is introduced in the trajectory model. In the Eulerian method the mass conservation equation is resolved for the main elements emitted. A model of gases and particles sources emissions is introduced associated with biomass burning in South America tropical forest and savanna, spatially and temporally distributed and daily assimilated, according to the biomass burning spots defined by remote sensing. The advection in a resolved scale and turbulent transport, in a sub-grid parameterization associated to wet and deep circulation not explicitly resolved by the model due its low spatial resolution is introduced. Sinks associated with generic process of removal/transformation of gases/particles are parameterized and introduced in the mass conservation equation. The methodology is applied to a case study on July 1993. The turbulent transport in the planetary boundary layer the transient effects in the convective transport of pollutants associated with cold fronts from the south and convection in the Amazon basin and the transport associated with the large scale systems are modeled. Patterns of pollutant exportation are observed with a corridor to the Pacific Ocean in the South America Northwest and another in the Southeast to the Atlantic Ocean.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O manto polar antártico retêm informação paleoclimatologica por entres suas camadas de neve e gelo. O gelo antártico tem revelado a base de dados paleoclimática de maior resolução para os últimos 800 mil anos. Os padrões de transporte atmosférico refletem a composição e a fonte do particulado encontrado na neve e no gelo do continente Antártico. Estando relacionado a processos climáticos, as características desse transporte alteram em quantidade e qualidade as espécies químicas que se depositam sobre o manto de gelo. Dessa forma, o estudo dos depósitos de particulado ao longo das camadas de neve/gelo na Antártica pode sugerir mudanças nos padrões de transporte atmosférico. Atualmente a comunidade científica discute as diferenças de padrões climáticos entre o leste e o oeste antártico. Enquanto de forma geral observa-se instabilidade no setor oeste, o clima da antártica oriental demonstra relativa estabilidade climática. Neste estudo, analisamos dois testemunhos de gelo recente de duas regiões com características climáticas diferentes do continente Antártico. No Platô Detroit situado na Península Antártica (6410′S/0600′O), analisamos a variabilidade de Black Carbon (BC) ao longo de 20 metros de neve. O BC encontrado na Península Antártica apresentou baixas concentrações comparáveis as encontradas no gelo do Artico período pré-industrial. Nossos resultados sugerem que sua variabiliade corresponde à sazonalidade dos períodos de queimada nos continentes do Hemisfério Sul. No interior do continente Antártico, analisamos o particulado em geral por um processo de microanálise ao longo de um testemunho de 40 metros extraído em Mont Johns (79o55′S/09423′O). Encontramos uma tendência negativa na deposição de poeira mineral (AlSi) entre 1967 e 2007. Nossos resultados sugerem que esta tendência seja resultado de um crescente isolamento atmosférico da região central do continente antártico pelo aumento da intensidade dos ventos ao redor da Antártica. Este aumento na intensidade dos ventos reflete por sua vez o resfriamento da alta atmosfera no centro antártico causado pela depleção da camada de ozônio na região. Adicionalmente, amostras de diferentes microambientes de Patriot Hills (8018′S/08121′O) foram coletadas de maneira asséptica para análise microbiológica. As amostras foram cultivadas em meio R2 e paralelamente o DNA total extraído foi sequenciado pela técnica de pirosequenciamento. Os resultados preliminares desta analise mostram grande riqueza de espécies dos mais variados grupos. Os resultados deste trabalho caracterizam três diferentes parâmetros relacionados a deposição atmosférica em duas áreas pouco exploradas e de grande interesse científico do continente antártico. / The antarctic ice cap stores paleoclimatological information within layers of snow and ice. Antarctic ice has revealed the higher resolution paleoclimactic database for the last 800 kyr. Atmospheric transport plays a fundamental role on the composition and sources of particulate matter found in the Antarctic ice. It has been related to several climatic processes that changes the quantity and quality of exogenous aerosols reaching Antarctica. Therefore, studies of the particulate matter deposits along the snow/ice layers may suggest changes on atmospheric transport patterns. This work, analyze two recent ice cores from two climatic distinct regions of the Antarctic continent. One retrieved from Detroit Plateau/Antarctic Peninsula (6410′S/0600′W), in which we have analyze Black Carbon (BC) deposition and variability along 20 meters of snow. BC found in the Antarctic Peninsula showed low concentrations (varing between 0,014 and 3,733ppb), comparable to the concentrations found on Arctic ice dated from before the industrial revolution period. Our results suggest that peaks of BC detected correspond, mostly, to biomass burning seasons in the South Hemisphere, not speficically from South America. The second one, of 40 m, was retrieved from Central-West Antarctica, Mont Johns (79o55′S/094 23′W), in which we analyzed the mineral dust abundance thought M.E.V. E.D.X. technique. In this study we found negative trends in mineral dust (inferred from Fe, Ti and AlSi) deposition between 1967 and 2007, in contrast to similar works in Sub-antarctic regions. We demonstrate that this trend is a consequence of the persistent atmospheric isolation that encloses the Central and East Antarctic regions due to the increasing winds around Antarctica within this period. It has been documented that westerlies intensification reflect the upper atmosphere cooling above Central Antarctica caused by the stratospherical ozone layer depletion. As part of the polar site characterization, we additionally have performed sampling for microbiological purpose from distinct microenvironments at Patriot Hills (8018′S/08121′W). Samples were cultivated on R2 media and at the same time total DNA on samples was extracted and sent to a pyrosequencing analysis. Preliminary results show richness and diversity of bacterial species distributed on five phyla.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O manto polar antártico retêm informação paleoclimatologica por entres suas camadas de neve e gelo. O gelo antártico tem revelado a base de dados paleoclimática de maior resolução para os últimos 800 mil anos. Os padrões de transporte atmosférico refletem a composição e a fonte do particulado encontrado na neve e no gelo do continente Antártico. Estando relacionado a processos climáticos, as características desse transporte alteram em quantidade e qualidade as espécies químicas que se depositam sobre o manto de gelo. Dessa forma, o estudo dos depósitos de particulado ao longo das camadas de neve/gelo na Antártica pode sugerir mudanças nos padrões de transporte atmosférico. Atualmente a comunidade científica discute as diferenças de padrões climáticos entre o leste e o oeste antártico. Enquanto de forma geral observa-se instabilidade no setor oeste, o clima da antártica oriental demonstra relativa estabilidade climática. Neste estudo, analisamos dois testemunhos de gelo recente de duas regiões com características climáticas diferentes do continente Antártico. No Platô Detroit situado na Península Antártica (6410′S/0600′O), analisamos a variabilidade de Black Carbon (BC) ao longo de 20 metros de neve. O BC encontrado na Península Antártica apresentou baixas concentrações comparáveis as encontradas no gelo do Artico período pré-industrial. Nossos resultados sugerem que sua variabiliade corresponde à sazonalidade dos períodos de queimada nos continentes do Hemisfério Sul. No interior do continente Antártico, analisamos o particulado em geral por um processo de microanálise ao longo de um testemunho de 40 metros extraído em Mont Johns (79o55′S/09423′O). Encontramos uma tendência negativa na deposição de poeira mineral (AlSi) entre 1967 e 2007. Nossos resultados sugerem que esta tendência seja resultado de um crescente isolamento atmosférico da região central do continente antártico pelo aumento da intensidade dos ventos ao redor da Antártica. Este aumento na intensidade dos ventos reflete por sua vez o resfriamento da alta atmosfera no centro antártico causado pela depleção da camada de ozônio na região. Adicionalmente, amostras de diferentes microambientes de Patriot Hills (8018′S/08121′O) foram coletadas de maneira asséptica para análise microbiológica. As amostras foram cultivadas em meio R2 e paralelamente o DNA total extraído foi sequenciado pela técnica de pirosequenciamento. Os resultados preliminares desta analise mostram grande riqueza de espécies dos mais variados grupos. Os resultados deste trabalho caracterizam três diferentes parâmetros relacionados a deposição atmosférica em duas áreas pouco exploradas e de grande interesse científico do continente antártico. / The antarctic ice cap stores paleoclimatological information within layers of snow and ice. Antarctic ice has revealed the higher resolution paleoclimactic database for the last 800 kyr. Atmospheric transport plays a fundamental role on the composition and sources of particulate matter found in the Antarctic ice. It has been related to several climatic processes that changes the quantity and quality of exogenous aerosols reaching Antarctica. Therefore, studies of the particulate matter deposits along the snow/ice layers may suggest changes on atmospheric transport patterns. This work, analyze two recent ice cores from two climatic distinct regions of the Antarctic continent. One retrieved from Detroit Plateau/Antarctic Peninsula (6410′S/0600′W), in which we have analyze Black Carbon (BC) deposition and variability along 20 meters of snow. BC found in the Antarctic Peninsula showed low concentrations (varing between 0,014 and 3,733ppb), comparable to the concentrations found on Arctic ice dated from before the industrial revolution period. Our results suggest that peaks of BC detected correspond, mostly, to biomass burning seasons in the South Hemisphere, not speficically from South America. The second one, of 40 m, was retrieved from Central-West Antarctica, Mont Johns (79o55′S/094 23′W), in which we analyzed the mineral dust abundance thought M.E.V. E.D.X. technique. In this study we found negative trends in mineral dust (inferred from Fe, Ti and AlSi) deposition between 1967 and 2007, in contrast to similar works in Sub-antarctic regions. We demonstrate that this trend is a consequence of the persistent atmospheric isolation that encloses the Central and East Antarctic regions due to the increasing winds around Antarctica within this period. It has been documented that westerlies intensification reflect the upper atmosphere cooling above Central Antarctica caused by the stratospherical ozone layer depletion. As part of the polar site characterization, we additionally have performed sampling for microbiological purpose from distinct microenvironments at Patriot Hills (8018′S/08121′W). Samples were cultivated on R2 media and at the same time total DNA on samples was extracted and sent to a pyrosequencing analysis. Preliminary results show richness and diversity of bacterial species distributed on five phyla.