Três esquemas de captura de descontinuidade são apresentados para simular hiperbólicos de leis de conservação e equações de Navier-Stokes incompressíveis, a saber: FDHERPUS (Five Degree Hermite Upwind Scheme); RUS (Rational Upwind Scheme); e CSPUS (Cubic Spline Polynomial Upwind Scheme). Esses esquemas são baseados nos critérios de estabilidade CBC e TVD e implementados nos contextos das metodologias diferenças finitas e volumes finitos. A precisão local dos esquemas é verificada acessando o erro e a taxa de convergência em problemas testes de referência. Um estudo comparativo entre os esquemas estudados (incluido o WENO5) e o esquema bem estabelecido de van Albada, para resolver leis de conservação lineares e não lineares, é também realizado. O esquema de convecção que fornece melhores resultados em leis de conservação hiperbólicas é então examinado na simulação de escoamentos de fluidos newtonianos com superfícies livres móveis de complexidade crescente; resultados satisfatórios têm sido observados em termos do comportamento global / Three shock capturing schemes for numerical solution of hyperbolic conservation laws and incompressible Navier-Stokes equations are presented, namely: FDHERPUS (Five Degree Hermite Polynomial Upwind Scheme); RUS (Rational Upwind Scheme); and CSPUS ( Cubic Spline Polynomial Upwind Scheme). These schemes are based on CBC and TVD stability criteria and implemented in the context of finite volume methodologies. The local observed accuracy of the schemes is verified by assessing the error and convergence rate on benchmark test cases. A comparative study between the schemes (including WENO5) and the well established van. Albada scheme to solve standard linear and nonlinear hyperbolic conservation laws is also accomplished. The scheme that has provided better results in hyperbolic conservation laws is then examined in the simulation of Newtonian moving free surface flows of increasing complexity, satisfactory agreement has been observed in terms of the overall behavior

A rotina operacional de monitoramento e previsão de tempo tem mudado bastante nos últimos anos. Além de informações convencionais existentes, que são bem conhecidas nos centros operacionais, os dados obtidos por sensoriamento remoto através de satélites, radares meteorológicos e sensores de detecção de descargas atmosféricas fornecem informações vitais e em tempo real, sendo estas as principais ferramentas para a detecção e previsão de tempestades severas. Na America do Sul, em especial o nordeste da Argentina, Paraguai, Uruguai e o sul do Brasil são regiões particularmente sujeitas a ocorrência de eventos severos (precipitação intensa, granizo, enchentes e intensa atividade elétrica, além de vendavais e tornados). No sul do Brasil, a distribuição mensal de chuvas é bastante uniforme, porém com alta variabilidade diária associada, principalmente, à passagem das frentes frias pela região e aos Sistemas Convectivos de Mesoescala, que se formam nessa região. A principal atividade econômica nessa região do Brasil é a agroindústria, diretamente dependente da distribuição da precipitação para a produção, como também susceptível aos fenômenos meteorológicos adversos associados. Além desta atividade, a região sul é responsável pela produção de, aproximadamente, 35% de toda a energia elétrica utilizada no país. O objetivo principal desta pesquisa foi estudar os aspectos espaciais e temporais da atividade elétrica durante os eventos de Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM) e examinar as possíveis relações entre o ambiente no qual essas tempestades se desenvolvem e as características elétricas e hidrometeorológicas desses, conforme observados por um radar meteorológico Doppler, e uma rede de detecção de relâmpagos, principalmente, e também com informações de satélites meteorológicos, dados de superfície e análises de modelos numéricos. Os resultados deste trabalho mostraram a importância das características dinâmicas na região, em especial a presença dos jatos em baixos níveis com a convergência de umidade na região para a organização dos eventos de SCM, como também a distribuição dos regimes de precipitação com características distintas de estrutura de refletividade observada por radar e também de atividade elétrica durante os eventos analisados. Espera-se que os resultados deste trabalho ajudem a entender melhor a relação dos sistemas convectivos de mesoescala e sua estrutura e evolução, como observados e detectados pelos sistemas remotos de monitoramento hidrometeorológico, além de um melhor entendimento e aperfeiçoamento de nossas habilidades de análise e previsão de tempo relacionados a esses eventos severos com precipitação intensa. / The operational routine in weather monitoring and forecasting has changed a lot in the past years. Besides conventional information, well known in operational centers, data from remote sensing such as satellite, weather radars and lightning detection network provide vital information in real time, as the main tools for severe weather detection and forecasting In South America, specially northeastern Argentina, Paraguay, Uruguay and southern Brazil are regions prone to severe weather (intense precipitation, hail, floddings, lightning, tornadoes and gust winds). In the South of Brazil, monthly precipitation distribution is very uniform, but with daily variability associated, mostly, with the passage of cold fronts through the region and to mesoscale convective systems, forming in this area. The major economical activity in this region of Brazil is agroindustry, directly dependent of precipitation distribution for production and also susceptible to diverse meteorological events associated with it. Besides this activity, the south region is responsible for the production of, approximately, 35\\% of all electric energy used in the country. The main goal of this research was to study spatial and temporal aspects of the electrical activity during MCS events, as observed by a weather radar and a network of ligthning detection sensors in the south of Brazil, and to examine possible relations between the environment in which these storms develop and electrical characteristics of these weather systems, using weather radar, lightning, satellite and numerical model information. The results of this work showed the importance of the dynamic characteristics in the regial, specially the presence of low level jets and humidity convergence in the region to organize MCS events, as well as a distribution of precipitation regimes whith distinct characteristics of radar reflectivity and electrical activity during the analysed events. With this work we expect to contribute with the understanding of the relation of MCS structure and evolution as observed and detected by hydrometeorological monitoring systems and to improve the comprehension and ability to analyse and forecast such severe weather systems.

Complexos Convectivos de Mesoescala (CCM) são eventos meteorológicos de difícil previsão, que resultam em tempestades severas e desastres. O objetivo deste trabalho é indicar as características em grande escala do ambiente atmosférico favorável para a formação de CCM no Sul do Brasil, entre 1998 e 2007. Fez-se uso da base de dados de CCM de Durkee e Mote (2009), assim como das variáveis de Potencial de Energia Convectiva Disponível (CAPE), ponto de orvalho, temperatura, altura geopotencial, componentes de vento u e v e umidade relativa da reanálise do National Center for Environmental Prediction (NCEP) Climate Forecast System Reanalysis (CFSR), coletadas entre 2,5 e 5,5 horas antes do desenvolvimento dos CCM. Com o método de Análise das Componentes Principais (ACP), geraram-se as composições do ambiente atmosférico médio favorável ao desenvolvimento dos CCM, para comparar o grupo dos que ocorreram no Sul do Brasil ao dos que atuaram em outras regiões da AS. Usando como dado de entrada as variáveis de altura geopotencial e temperatura (em 850 hPa), foram encontradas quatro componentes principais para cada um dos grupos de CCM. Com base nas componentes principais, nas variáveis atmosféricas e nas cartas sinóticas, foram reconstruídos os ambientes atmosféricos médios para identificar o comportamento das características atmosféricas prévias aos CCM para cada conjunto de eventos. Os resultados identificaram 303 CCM, 96 no Sul do Brasil, 168 em outras regiões da AS e 39 oceânicos. O ambiente atmosférico médio dos 168 CCM não apresentou características homogêneas, pois 75% das componentes não possuíam jatos de baixos níveis (JBN) dentro dos critérios adotados, mas a presença de um escoamento meridional. Esse fluxo, ao encontrar com a região de divergência dos jatos de altos níveis (JAN), foi um dos fatores favoráveis para a convecção, já que seus valores de CAPE (≥ 450 J kg-1) eram menores que a média esperada para formação de tempestades e só uma das componentes teve frentes frias associadas. Por outro lado, o grupo dos 96 CCM que atuaram no Sul do Brasil mostrou-se cerca de 50.000 km² maior em extensão que os das outras regiões da AS e dos EUA e com duração de pelo menos 3 h a mais. Além disso, as características atmosféricas do grupo de CCM do Sul do Brasil mostraram padrões homogêneos, podendo indicar a formação de CCM nessa região quando: o campo de ventos médios em 850 e 200 hPa, se encontrarem em posição ortogonal, indicando acoplamento entre os jatos de baixos e altos níveis; os valores de CAPE forem ≥ 600 J kg-1 e o cisalhamento vertical estiver entre 7 e 12 m s-1; houver atuação das frentes frias no sul da AS; a umidade relativa disponível estiver concentrada próxima à região Sul do Brasil, com valores maiores que 80%; a altura geopotencial (850 hPa) apresentar um cavado na região gênese dos CCM e a temperatura (850 hPa) estiver mais elevada próxima e ao norte da região de formação. / Mesoscale Convective Complexes (MCCs) are meteorological events difficult to forecast, which result in severe storms and other natural hazards. This study’s objective is to indicate the large-scale atmospheric environment favorable to develop MCCs in Southern Brazil during the 1998–2007 period. The MCCs database used was from Durkee and Mote (2009) and the variables selected include CAPE (Convective Available Potential Energy), dewpoint temperature, temperature, geopotential height, and relative humidity from National Center for Environmental Prediction (NCEP) Climate Forecast System Reanalysis (CFSR), collected from 2,5 to 5,5 hours before the MCCs’ development. Principal component analysis (PCA) method was used to construct the average atmospheric environments of MCCs group that occurred in Southern Brazil to compare with MCCs that occurred in other regions of South America. Temperature and geopotential height were the variables used for the PCA, resulting in four principal components to each MCCs group. Based on these principal components, meteorological variables and synoptic charts, average atmospheric environments were built to understand the atmospheric parameters that indicate the development of MCCs in each group. Results show 303 MMCs, 96 were located in Southern Brazil, 168 in South America and 39 in the South Atlantic Ocean. The average atmospheric environment from the group of 168 MCCs did not indicate homogeneous characteristics, as 75% of its principal components cannot be characterized as having a low-level jet (LLJ) in the wind field, instead only a meridional flux of humid and warm air at 850 hPa. This air coupled with the upperlevel jet (ULJ) was found to be responsible for convection developing MCCs, as CAPE (≥ 450 J kg-1) was below the average to produce storms and only one component was associated with a cold front. On the other hand, the MCCs’ group of Southern Brazil is on the order of 50.000 km² larger and 3 hours longer than MCCs from other regions of South America and from the United States. Furthermore, the atmospheric characteristics of the Southern Brazil MCCs’ group revealed homogenous patterns, which suggest that the development of MCCs in this region starts when: the mean wind field indicate a coupled LLJ (jet streak between 10 and 12 m s-1) and ULJ (jet streak ≥ 32 m s-1), CAPE value is ≥ 600 J kg-1 and the vertical wind shear is from 7 to 12 m s-1, cold fronts are active in Southern South America, the relative humidity is concentrated in Southern Brazil and above 80%, the geopotential height (850 hPa) indicate a trough in the genesis region of MCCs and the temperature (850 hPa) is higher near and northern the genesis region.

Thermodynamic characteristics analysis of 80 MCC events during 10 years (1999-2009) in the Brazilian Northeast was the principal goal of this study. CCM events were observed more frequently (66%) in the dry season (January March). Reanalysis data showed SST temperatures above 27°C in adjacent ocean, and a 180° wind variation in relation to lower and higher levels. MCC development (declining) stage was associated more frequently with upslope (downslope) trajectory. K ant TT indexes showed more instability of the upslope air parcels in the majority of the events. In development stage, Convective Inhibition (CIN) values showed a decrease in its values and in the declining stage an increase were seen. Radiosonde data presented average values in consistency with reference data. Potential Instability showed influence in most of the cases, especially in the upslope events in the development stage. The influence of dynamical aspects on the instability took place in a better way for the MCC than the convective forcing / A análise termodinâmica de 80 eventos de CCM ocorridos entre 1999 e 2009 é o objetivo deste estudo. Foi visto que 66% dos eventos de CCM ocorreram entre janeiro e março, estação seca na região leste do Nordeste Brasileiro. Foi verificado com dados de reanálises valores de TSM acima de 27°C no litoral adjacente e variação de 180° no vento entre baixos e altos níveis. A maioria dos casos apresentou trajetória ascendente à montanha na fase de desenvolvimento do sistema. Na fase de decaimento, a maioria das trajetórias foram descendentes. Os índices K e TT mostraram instabilização das parcelas ascendentes na maioria dos eventos. O potencial de inibição da convecção (CIN) apresentou diminuição de seus valores no desenvolvimento e aumento no decaimento. Dados de radiossondagem obtidos em Recife-PE, dentro da área de estudo, mostraram valores dos índices termodinâmicos condizentes com os valores de referência na literatura. A instabilidade potencial esteve presente na maioria dos casos, especialmente nos casos com trajetória ascendente no desenvolvimento. No período de decaimento, a influência da montanha se deu na estabilização das parcelas. A instabilidade convectiva não foi o principal fator contribuinte na instabilidade associada aos CCM, uma vez que a variação de temperatura durante o ciclo diurno foi pequena, tendo seus valores de temperatura máxima com pequena diferença com relação aos valores reais

Complexos Convectivos de Mesoescala (CCM) são eventos meteorológicos de difícil previsão, que resultam em tempestades severas e desastres. O objetivo deste trabalho é indicar as características em grande escala do ambiente atmosférico favorável para a formação de CCM no Sul do Brasil, entre 1998 e 2007. Fez-se uso da base de dados de CCM de Durkee e Mote (2009), assim como das variáveis de Potencial de Energia Convectiva Disponível (CAPE), ponto de orvalho, temperatura, altura geopotencial, componentes de vento u e v e umidade relativa da reanálise do National Center for Environmental Prediction (NCEP) Climate Forecast System Reanalysis (CFSR), coletadas entre 2,5 e 5,5 horas antes do desenvolvimento dos CCM. Com o método de Análise das Componentes Principais (ACP), geraram-se as composições do ambiente atmosférico médio favorável ao desenvolvimento dos CCM, para comparar o grupo dos que ocorreram no Sul do Brasil ao dos que atuaram em outras regiões da AS. Usando como dado de entrada as variáveis de altura geopotencial e temperatura (em 850 hPa), foram encontradas quatro componentes principais para cada um dos grupos de CCM. Com base nas componentes principais, nas variáveis atmosféricas e nas cartas sinóticas, foram reconstruídos os ambientes atmosféricos médios para identificar o comportamento das características atmosféricas prévias aos CCM para cada conjunto de eventos. Os resultados identificaram 303 CCM, 96 no Sul do Brasil, 168 em outras regiões da AS e 39 oceânicos. O ambiente atmosférico médio dos 168 CCM não apresentou características homogêneas, pois 75% das componentes não possuíam jatos de baixos níveis (JBN) dentro dos critérios adotados, mas a presença de um escoamento meridional. Esse fluxo, ao encontrar com a região de divergência dos jatos de altos níveis (JAN), foi um dos fatores favoráveis para a convecção, já que seus valores de CAPE (≥ 450 J kg-1) eram menores que a média esperada para formação de tempestades e só uma das componentes teve frentes frias associadas. Por outro lado, o grupo dos 96 CCM que atuaram no Sul do Brasil mostrou-se cerca de 50.000 km² maior em extensão que os das outras regiões da AS e dos EUA e com duração de pelo menos 3 h a mais. Além disso, as características atmosféricas do grupo de CCM do Sul do Brasil mostraram padrões homogêneos, podendo indicar a formação de CCM nessa região quando: o campo de ventos médios em 850 e 200 hPa, se encontrarem em posição ortogonal, indicando acoplamento entre os jatos de baixos e altos níveis; os valores de CAPE forem ≥ 600 J kg-1 e o cisalhamento vertical estiver entre 7 e 12 m s-1; houver atuação das frentes frias no sul da AS; a umidade relativa disponível estiver concentrada próxima à região Sul do Brasil, com valores maiores que 80%; a altura geopotencial (850 hPa) apresentar um cavado na região gênese dos CCM e a temperatura (850 hPa) estiver mais elevada próxima e ao norte da região de formação. / Mesoscale Convective Complexes (MCCs) are meteorological events difficult to forecast, which result in severe storms and other natural hazards. This study’s objective is to indicate the large-scale atmospheric environment favorable to develop MCCs in Southern Brazil during the 1998–2007 period. The MCCs database used was from Durkee and Mote (2009) and the variables selected include CAPE (Convective Available Potential Energy), dewpoint temperature, temperature, geopotential height, and relative humidity from National Center for Environmental Prediction (NCEP) Climate Forecast System Reanalysis (CFSR), collected from 2,5 to 5,5 hours before the MCCs’ development. Principal component analysis (PCA) method was used to construct the average atmospheric environments of MCCs group that occurred in Southern Brazil to compare with MCCs that occurred in other regions of South America. Temperature and geopotential height were the variables used for the PCA, resulting in four principal components to each MCCs group. Based on these principal components, meteorological variables and synoptic charts, average atmospheric environments were built to understand the atmospheric parameters that indicate the development of MCCs in each group. Results show 303 MMCs, 96 were located in Southern Brazil, 168 in South America and 39 in the South Atlantic Ocean. The average atmospheric environment from the group of 168 MCCs did not indicate homogeneous characteristics, as 75% of its principal components cannot be characterized as having a low-level jet (LLJ) in the wind field, instead only a meridional flux of humid and warm air at 850 hPa. This air coupled with the upperlevel jet (ULJ) was found to be responsible for convection developing MCCs, as CAPE (≥ 450 J kg-1) was below the average to produce storms and only one component was associated with a cold front. On the other hand, the MCCs’ group of Southern Brazil is on the order of 50.000 km² larger and 3 hours longer than MCCs from other regions of South America and from the United States. Furthermore, the atmospheric characteristics of the Southern Brazil MCCs’ group revealed homogenous patterns, which suggest that the development of MCCs in this region starts when: the mean wind field indicate a coupled LLJ (jet streak between 10 and 12 m s-1) and ULJ (jet streak ≥ 32 m s-1), CAPE value is ≥ 600 J kg-1 and the vertical wind shear is from 7 to 12 m s-1, cold fronts are active in Southern South America, the relative humidity is concentrated in Southern Brazil and above 80%, the geopotential height (850 hPa) indicate a trough in the genesis region of MCCs and the temperature (850 hPa) is higher near and northern the genesis region.

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.

Complexos Convectivos de Mesoescala (CCM) são eventos meteorológicos de difícil previsão, que resultam em tempestades severas e desastres. O objetivo deste trabalho é indicar as características em grande escala do ambiente atmosférico favorável para a formação de CCM no Sul do Brasil, entre 1998 e 2007. Fez-se uso da base de dados de CCM de Durkee e Mote (2009), assim como das variáveis de Potencial de Energia Convectiva Disponível (CAPE), ponto de orvalho, temperatura, altura geopotencial, componentes de vento u e v e umidade relativa da reanálise do National Center for Environmental Prediction (NCEP) Climate Forecast System Reanalysis (CFSR), coletadas entre 2,5 e 5,5 horas antes do desenvolvimento dos CCM. Com o método de Análise das Componentes Principais (ACP), geraram-se as composições do ambiente atmosférico médio favorável ao desenvolvimento dos CCM, para comparar o grupo dos que ocorreram no Sul do Brasil ao dos que atuaram em outras regiões da AS. Usando como dado de entrada as variáveis de altura geopotencial e temperatura (em 850 hPa), foram encontradas quatro componentes principais para cada um dos grupos de CCM. Com base nas componentes principais, nas variáveis atmosféricas e nas cartas sinóticas, foram reconstruídos os ambientes atmosféricos médios para identificar o comportamento das características atmosféricas prévias aos CCM para cada conjunto de eventos. Os resultados identificaram 303 CCM, 96 no Sul do Brasil, 168 em outras regiões da AS e 39 oceânicos. O ambiente atmosférico médio dos 168 CCM não apresentou características homogêneas, pois 75% das componentes não possuíam jatos de baixos níveis (JBN) dentro dos critérios adotados, mas a presença de um escoamento meridional. Esse fluxo, ao encontrar com a região de divergência dos jatos de altos níveis (JAN), foi um dos fatores favoráveis para a convecção, já que seus valores de CAPE (≥ 450 J kg-1) eram menores que a média esperada para formação de tempestades e só uma das componentes teve frentes frias associadas. Por outro lado, o grupo dos 96 CCM que atuaram no Sul do Brasil mostrou-se cerca de 50.000 km² maior em extensão que os das outras regiões da AS e dos EUA e com duração de pelo menos 3 h a mais. Além disso, as características atmosféricas do grupo de CCM do Sul do Brasil mostraram padrões homogêneos, podendo indicar a formação de CCM nessa região quando: o campo de ventos médios em 850 e 200 hPa, se encontrarem em posição ortogonal, indicando acoplamento entre os jatos de baixos e altos níveis; os valores de CAPE forem ≥ 600 J kg-1 e o cisalhamento vertical estiver entre 7 e 12 m s-1; houver atuação das frentes frias no sul da AS; a umidade relativa disponível estiver concentrada próxima à região Sul do Brasil, com valores maiores que 80%; a altura geopotencial (850 hPa) apresentar um cavado na região gênese dos CCM e a temperatura (850 hPa) estiver mais elevada próxima e ao norte da região de formação. / Mesoscale Convective Complexes (MCCs) are meteorological events difficult to forecast, which result in severe storms and other natural hazards. This study’s objective is to indicate the large-scale atmospheric environment favorable to develop MCCs in Southern Brazil during the 1998–2007 period. The MCCs database used was from Durkee and Mote (2009) and the variables selected include CAPE (Convective Available Potential Energy), dewpoint temperature, temperature, geopotential height, and relative humidity from National Center for Environmental Prediction (NCEP) Climate Forecast System Reanalysis (CFSR), collected from 2,5 to 5,5 hours before the MCCs’ development. Principal component analysis (PCA) method was used to construct the average atmospheric environments of MCCs group that occurred in Southern Brazil to compare with MCCs that occurred in other regions of South America. Temperature and geopotential height were the variables used for the PCA, resulting in four principal components to each MCCs group. Based on these principal components, meteorological variables and synoptic charts, average atmospheric environments were built to understand the atmospheric parameters that indicate the development of MCCs in each group. Results show 303 MMCs, 96 were located in Southern Brazil, 168 in South America and 39 in the South Atlantic Ocean. The average atmospheric environment from the group of 168 MCCs did not indicate homogeneous characteristics, as 75% of its principal components cannot be characterized as having a low-level jet (LLJ) in the wind field, instead only a meridional flux of humid and warm air at 850 hPa. This air coupled with the upperlevel jet (ULJ) was found to be responsible for convection developing MCCs, as CAPE (≥ 450 J kg-1) was below the average to produce storms and only one component was associated with a cold front. On the other hand, the MCCs’ group of Southern Brazil is on the order of 50.000 km² larger and 3 hours longer than MCCs from other regions of South America and from the United States. Furthermore, the atmospheric characteristics of the Southern Brazil MCCs’ group revealed homogenous patterns, which suggest that the development of MCCs in this region starts when: the mean wind field indicate a coupled LLJ (jet streak between 10 and 12 m s-1) and ULJ (jet streak ≥ 32 m s-1), CAPE value is ≥ 600 J kg-1 and the vertical wind shear is from 7 to 12 m s-1, cold fronts are active in Southern South America, the relative humidity is concentrated in Southern Brazil and above 80%, the geopotential height (850 hPa) indicate a trough in the genesis region of MCCs and the temperature (850 hPa) is higher near and northern the genesis region.

Submitted by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2018-06-21T22:00:09Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Kellen_Carla_Lima.pdf: 5393093 bytes, checksum: 2e1439ec4d9d0d0d8734b61e6022eaa8 (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2018-06-21T22:45:11Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Kellen_Carla_Lima.pdf: 5393093 bytes, checksum: 2e1439ec4d9d0d0d8734b61e6022eaa8 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-21T22:45:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Kellen_Carla_Lima.pdf: 5393093 bytes, checksum: 2e1439ec4d9d0d0d8734b61e6022eaa8 (MD5) Previous issue date: 2005-02-11 / Sem bolsa / Os Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM) são os mais importantes fenômenos meteorológicos causadores de Descargas Elétricas Atmosféricas (DEA). Neste trabalho é pesquisada a incidência de Descargas Elétricas Atmosféricas associadas a três Sistemas Convectivos de Mesoescala que ocorreram no sul da América do Sul e, também, a formação e evolução destes sistemas. Foram utilizadas imagens de satélite geoestacionário realçadas, no canal infravermelho, dados de DEA para o período 2002-2003 e campos meteorológicos obtidos com o modelo de mesoescala MM5. Estes campos foram analisados em superfície, 850hPa e 200hPa. As distribuições anuais e mensais de atividade elétrica mostraram que o ano de 2002 apresentou as maiores quantidades de DEA devido, pelo menos em parte, à influência do fenômeno El Niño. Nos meses quentes, quando é acentuada a ocorrência de SCM no Sul da América do Sul, foram detectadas as maiores quantidades de DEA, enquanto que os meses mais frios apresentaram os menores valores. Não foi possível relacionar a distribuição espacial das DEA com o ciclo de vida dos SCM devido a problemas de detecção dos sensores. Os três SCM selecionados ocorreram em associação aos escoamentos do ar diferenciados, colocados em evidência pelo modelo MM5. O primeiro se formou devido à circulação de brisa marítima, no litoral Catarinense. O segundo ocorreu na fronteira oeste entre os Estados de Santa Catarina e do Paraná, após a passagem de um sistema frontal. O terceiro se formou no leste da Argentina, devido às interações entre a circulação da Alta Subtropical do Atlântico Sul, ventos descendentes da Cordilheira dos Andes e ventos da região tropical. Ainda, o modelo MM5 mostrou que os SCM se desenvolveram em um ambiente baroclínico e com elevados valores de razão de mistura. / Mesoscale Convective Systems (MCS) are the most important meteorological phenomena that generate Atmospheric Electrical Discharges (AED). In this work it is researched the incidence of Atmospheric Electrical Discharges in association to three Mesoscale Convective Systems that occurred at South of South America and also the formation and evolution of these systems. It was used enhanced geoestationnary satellite images, at infrared channel, AED data for the period 2002-2003 and meteorological patterns obtained with the mesoscale model MM5. These patterns were analyzed at surface, 850hPa and 200hPa. The annual and mensal distributions of the electrical activity showed that 2002 presented the greatest quantities of AED due to, at least in part, the influence of El Niño phenomenon. In warm months, when the occurrence of MCS at South of South America is accentuated, it were detected the greatest quantities of AED while cold months presented the minima values. It was not possible to associate the spatial distribution of AED with the life cycle of MCS due to detection problems of the sensors. The three selected MCS occurred in association to different airflow that was put in evidence by the MM5 model. The first one has formed due to the maritime breeze circulation at the Catarinense’s coastal. The second one occurred at the West border between Santa Catarina and Paraná States, after a frontal system passage. The third system formed at the East of Argentine, due to the interactions between the South Atlantic Subtropical High circulation, descendent winds from Andes Chain of Mountains and winds from the tropical region. The MM5 model showed that the MCS developed in a baroclinic environment with high mixing ratio values.

A rotina operacional de monitoramento e previsão de tempo tem mudado bastante nos últimos anos. Além de informações convencionais existentes, que são bem conhecidas nos centros operacionais, os dados obtidos por sensoriamento remoto através de satélites, radares meteorológicos e sensores de detecção de descargas atmosféricas fornecem informações vitais e em tempo real, sendo estas as principais ferramentas para a detecção e previsão de tempestades severas. Na America do Sul, em especial o nordeste da Argentina, Paraguai, Uruguai e o sul do Brasil são regiões particularmente sujeitas a ocorrência de eventos severos (precipitação intensa, granizo, enchentes e intensa atividade elétrica, além de vendavais e tornados). No sul do Brasil, a distribuição mensal de chuvas é bastante uniforme, porém com alta variabilidade diária associada, principalmente, à passagem das frentes frias pela região e aos Sistemas Convectivos de Mesoescala, que se formam nessa região. A principal atividade econômica nessa região do Brasil é a agroindústria, diretamente dependente da distribuição da precipitação para a produção, como também susceptível aos fenômenos meteorológicos adversos associados. Além desta atividade, a região sul é responsável pela produção de, aproximadamente, 35% de toda a energia elétrica utilizada no país. O objetivo principal desta pesquisa foi estudar os aspectos espaciais e temporais da atividade elétrica durante os eventos de Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM) e examinar as possíveis relações entre o ambiente no qual essas tempestades se desenvolvem e as características elétricas e hidrometeorológicas desses, conforme observados por um radar meteorológico Doppler, e uma rede de detecção de relâmpagos, principalmente, e também com informações de satélites meteorológicos, dados de superfície e análises de modelos numéricos. Os resultados deste trabalho mostraram a importância das características dinâmicas na região, em especial a presença dos jatos em baixos níveis com a convergência de umidade na região para a organização dos eventos de SCM, como também a distribuição dos regimes de precipitação com características distintas de estrutura de refletividade observada por radar e também de atividade elétrica durante os eventos analisados. Espera-se que os resultados deste trabalho ajudem a entender melhor a relação dos sistemas convectivos de mesoescala e sua estrutura e evolução, como observados e detectados pelos sistemas remotos de monitoramento hidrometeorológico, além de um melhor entendimento e aperfeiçoamento de nossas habilidades de análise e previsão de tempo relacionados a esses eventos severos com precipitação intensa. / The operational routine in weather monitoring and forecasting has changed a lot in the past years. Besides conventional information, well known in operational centers, data from remote sensing such as satellite, weather radars and lightning detection network provide vital information in real time, as the main tools for severe weather detection and forecasting In South America, specially northeastern Argentina, Paraguay, Uruguay and southern Brazil are regions prone to severe weather (intense precipitation, hail, floddings, lightning, tornadoes and gust winds). In the South of Brazil, monthly precipitation distribution is very uniform, but with daily variability associated, mostly, with the passage of cold fronts through the region and to mesoscale convective systems, forming in this area. The major economical activity in this region of Brazil is agroindustry, directly dependent of precipitation distribution for production and also susceptible to diverse meteorological events associated with it. Besides this activity, the south region is responsible for the production of, approximately, 35\\% of all electric energy used in the country. The main goal of this research was to study spatial and temporal aspects of the electrical activity during MCS events, as observed by a weather radar and a network of ligthning detection sensors in the south of Brazil, and to examine possible relations between the environment in which these storms develop and electrical characteristics of these weather systems, using weather radar, lightning, satellite and numerical model information. The results of this work showed the importance of the dynamic characteristics in the regial, specially the presence of low level jets and humidity convergence in the region to organize MCS events, as well as a distribution of precipitation regimes whith distinct characteristics of radar reflectivity and electrical activity during the analysed events. With this work we expect to contribute with the understanding of the relation of MCS structure and evolution as observed and detected by hydrometeorological monitoring systems and to improve the comprehension and ability to analyse and forecast such severe weather systems.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:25:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_ mirlen_silva.pdf: 5380999 bytes, checksum: 0a2780f3032a4c42e7bb48f0a5402213 (MD5) Previous issue date: 2009-03-10 / In this work it is presented the study of 6 years of detected lightning data in association to the occurrence of mesoscale convective systems in the region located between 15ºS - 27ºS and 35ºW - 55ºW. The Lightning data were provided by FURNAS Centrais Elétricas S.A. for the period 2002-2007. Geostationary satellite images, enhanced in the infrared channel, were used to identify the cases of interest utilizing -50ºC as cloud top level temperature threshold for convective clusters. For these days, lightning detected in the study region should attain a minimum value of 1000 during 1 hour in some moment of occurrence during the identified cases. From the 565 days that satisfied this criterion, it was selected 25 cases occurred in 33 days during the years of 2003, 2005 (from October to December due to satellite images limitations), 2006 and 2007. For the period of occurrence of each one of these 25 cases, the detected lightning were counted during an interval of 15 minutes before and after the time of the satellite images used in each case to put in evidence the lightning associated to the observed convective clusters. The quantity of detected lightning in a convective cluster were related to its evolutive cycle. / Neste trabalho é apresentado o estudo de 6 anos de dados de descargas elétricas atmosféricas (DEA) detectadas em associação com a ocorrência de sistemas convectivos de mesoescala na região compreendida entre 15ºS e 27ºS e 35ºW e 55ºW. Os dados de DEA foram cedidos por FURNAS Centrais Elétricas S.A. para o período de 2002-2007. As imagens de satélite geoestacionário, realçadas no canal infravermelho, foram usadas para a identificação dos casos de estudo utilizando o valor limiar de -50ºC para temperatura dos topos das nuvens convectivas. Para estes dias, as DEA detectadas na região de estudo deveriam atingir o valor mínimo de 1000 no intervalo de 1 hora em algum momento de ocorrência dos casos identificados. Dos 565 dias contabilizados desta forma, foram selecionados 25 casos de estudo, ocorridos em 33 dias dos anos 2003, 2005 (de outubro a dezembro, por limitações nas imagens de satélite), 2006 e 2007. Para o período de ocorrência de cada um destes 25 casos, foram contabilizadas as DEA no intervalo de 15 minutos antes e depois do horário das imagens de satélite utilizadas em cada caso, para colocar em evidência as DEA associadas aos aglomerados convectivos observados. Ficou evidenciado que a quantidade de DEA detectadas em um aglomerado convectivo esteve relacionada diretamente com o ciclo evolutivo do mesmo.