Os sistemas convectivos da região Amazônica possuem características microfísicas peculiares, que variam de um caráter convectivo marítimo (estação chuvosa) a continental (estação de transição seca-chuvosa). Essas características modulam a eletrificação desses sistemas, porém ainda não se sabe quais são os processos dominantes que intensificam o número de descargas elétricas de uma estação para outra: efeito dos aerossóis, termodinâmico, grande-escala ou topografia? Para responder à essa pergunta, o objetivo deste trabalho foi identificar e quantificar a importância de cada um desses efeitos na eletrificação dos sistemas convectivos da Amazônia. A metodologia foi baseada em análises de dados observacionais do experimento de campo DRYTOWET e em um modelo numérico com parametrizações de transferências de cargas e descargas elétricas. A análise do ciclo anual das descargas elétricas do tipo nuvem-solo (CGs) mostrou que a atividade elétrica dos sistemas precipitantes da região sudoeste da Amazônia aumenta durante a transição da estação seca para a estação chuvosa (Agosto a Setembro), associada aos sistemas convectivos com maior desenvolvimento vertical que acontecem nesse período. Com o estabelecimento da estação chuvosa (Novembro a Março), o número de CGs diminui porém a atividade elétrica ainda se mantêm. A porcentagem desses totais de CGs que tinham polaridade positiva (+CGs) tem média de 12% durante todo o ano, aumentando drasticamente para até 25% em Setembro, durante a transição entre as estações secas e chuvosa. Esse aumento da %+CGs ocorreu simultaneamente ao aumento da poluição atmosférica provocada pela queima de biomassa das pastagens realizada pelos fazendeiros locais, que as preparam para a agricultura e pecuária durante o início das primeiras chuvas. Por outro lado, o aumento da %+CGs das tempestades também ocorreu preferencialmente sobre a área de pastagem do estado de Rondônia. Através da análise de dados de radar dos sistemas precipitantes que ocorreram durante o experimento DRYTOWET, foi constatado que as tempestades positivas (tempestades que produzem mais de 50% de +CGs em 50% de seu tempo de vida) se formaram em ambientes mais secos e com alturas do nível de convecção por levantamento (NCL, altura da base da nuvem) maiores do que as demais tempestades (tempestades negativas), durante todo o experimento mas com maiores diferenças durante o final da estação seca (Setembro-Outubro). Com altura da base da nuvem mais elevada, a espessura da camada quente (ECQ - base da nuvem até a isoterma de 0oC) diminui, aumentando assim a velocidade das correntes ascendentes através de um melhor processamento da energia potencial disponível para convecção (CAPE) devido a um menor entranhamento. O aumento da velocidade das correntes ascendentes dentro da nuvem resulta em tempestades mais profundas e mais intensas. O efeito do aumento do NCL é uma característica das regiões com vegetação de pastagem, onde a razão entre o calor sensível e latente na superfície é maior do que as áreas florestadas, aumentando a altura da camada limite planetária. As diferenças de concentração total e distribuição de tamanho dos aerossóis devido ao aumento da poluição durante a transição entre as estações seca e chuvosa não foram conclusivas quanto a um possível efeito na distribuição de hidrometeoros das tempestade positivas e negativas, uma vez que o ciclo diurno da concentração dos aerossóis acompanha o ciclo diurno da camada limite planetária, que também regula o efeito da ECQ. Simulações numéricas com um modelo 1D de nuvem, acoplado à parametrizações de transferências de cargas elétricas entre hidrometeoros e raios, mostraram que a estrutura termodinâmica da atmosfera foi a maior responsável pela eletrificação das tempestades simuladas, aumentando a velocidade das correntes ascendentes. O efeito do aumento do número de aerossóis, que inibe da fase quente da nuvem e conseqüentemente fortalece a da fase fria da nuvem fornecendo mais vapor e gotículas de nuvem para essa região, provocou a diminuição da quantidade de granizo nas tempestades simuladas e o aumento de partículas agregadas menores, como os flocos de neve e graupel, diminuindo a freqüência de raios. / Amazonian convective systems have unique microphysical characteristics, varying from a maritime convective behavior (rainy season) to a continental behavior (wet-dry transition season). These characteristics modulate the electrification of these systems, however it is still not well understood which are the dominant processes that intensify the frequency of lightning from one season to another: aerosol effect, thermodynamics, large-scale variability, landscape or topography? To answer this question, the objective of this study was to identify and quantify the importance of each one of these effects on the electrification of convective systems over the Amazon. The methodology was based on the analysis of observational data from the field experiment DRYTOWET and a numerical model with charge transfer parameterizations and lightning discharges. The cloud-to-ground (CG) lightning discharges annual cycle presented that the electrical activity of the southwestern Amazonian precipitating systems increased during the transition between the dry and wet seasons (August to September), in association with the convective systems deepening. With the establishment of the wet season (November to March), the number of CGs decreased but the electrical activity continued. The mean annual percentage of cloud-to-ground lightning of positive polarity (+CGs) was 12%, increasing drastically to 25% in September during the transition between the dry and wet seasons. This percentage of +CGs raise happened simultaneously with the increase in the atmospheric pollution due to the pasture biomass burning, held by local farmers to prepare the soil for agriculture and livestock during the begging of first rains. On the other hand, the increase in %+CGs also occurred preferentially over pasture areas of Rondonia state. Through the analysis of radar precipitating systems that occurred during the field campaign DRYTOWET, it was noted that positive thunderstorms (storms that produced more than 50% of +CGs over 50% of their life time) were initiated in drier and higher lift condensation levels (cloud base height) environments than other storms (negative thunderstorms) during all the field experiment, especially in the end of the dry season (September-October). A higher cloud base height is associated with a shallower warm cloud depth (cloud base height to the 0oC isotherm) and consequently less entrainment, increasing the updrafts due to a more efficient processing of the convective available potential energy (CAPE). This increase in updrafts inside the clouds results in deeper and stronger thunderstorms. The higher cloud base heights is a characteristic from pasture regions, where the ratio between sensible and latent heats at surface is greater than forested areas, which increases the top of the planetary boundary layer. The differences in the aerosol total concentration and size distribution, due to the increase in the atmospheric pollution during the transition between the dry and wet seasons, were inconclusive in a possible aerosol effect in the strength of positive and negative thunderstorms, once the aerosol concentration diurnal cycle follows the cycle of the planetary boundary layer, that also regulates the warm cloud depth effect. Numerical simulation of an 1D cloud model, coupled with charge transfer between the hydrometeors, showed that the thermodynamic structure was the main responsible feature for cloud electrification, increasing the updraft velocities. The pollution effect was masked in simulations, which inhibit the warm precipitation and consequently strength the the mixed and cold regions of the cloud, was responsible for an increase in the number of smaller aggregated particles, like snow flakes and graupel, decreasing the electrification and lightning frequency.

Submitted by Maria Beatriz Vieira (mbeatriz.vieira@gmail.com) on 2017-05-12T16:01:36Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacao_gabriela_lameu_moreira.pdf: 48934124 bytes, checksum: 7e62f6ed70d4fb9e308cbc0b8671374f (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2017-05-12T21:23:26Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacao_gabriela_lameu_moreira.pdf: 48934124 bytes, checksum: 7e62f6ed70d4fb9e308cbc0b8671374f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-12T21:23:26Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacao_gabriela_lameu_moreira.pdf: 48934124 bytes, checksum: 7e62f6ed70d4fb9e308cbc0b8671374f (MD5) Previous issue date: 2015-02-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Este trabalho teve como objetivo principal analisar uma Linha de Instabilidade (LI) e um Complexo Convectivo de Mesoescala (CCM) e as condições atmosféricas que conduziram à sua formação, desenvolvimento e geração de descargas elétricas atmosféricas. Estes sistemas ocorreram entre os dias 17 e 19 de outubro de 2007, na região Sudeste do Brasil. A análise dos casos de estudo foi feita em quatro períodos: pré-formação, ocorrência da LI, período de transição e ocorrência do CCM. Para a obtenção dos resultados, a base de dados foi composta por dados de descargas atmosféricas e dados simulados, obtidos com o modelo WRF. As simulações com o modelo WRF foram feitas com três grades aninhadas, de resoluções horizontais de 36, 12 e 4km, que permitiram extrair os campos meteorológicos à grande escala, mesoescala e microescala, respectivamente, bem como o cálculo e análises de alguns parâmetros meteorológicos. Os dados de descargas atmosféricas foram obtidos pela RINDAT (Rede Integrada Nacional de Detecção de Descargas Atmosféricas), que foram sobrepostas às imagens de satélite e aos campos meteorológicos. Dentre os resultados obtidos, observou-se que a região onde os sistemas se formaram e desenvolveram estava propícia para a ocorrência de tempestades, apresentando grande umidade, confluência de ventos, índices de instabilidades com valores que atestavam o potencial de desenvolvimento de tempestades. As condições de grande escala associadas à ocorrência da LI e do CCM apresentaram diferenças e semelhanças, mas em ambos os casos, a atividade elétrica máxima esteve associada ao período mais favorável ao desenvolvimento de correntes ascendentes intensas. / This study had as main objective to analyze a Squall Lines (SL) and a Mesoscale Convective Complex (MCC) and the weather conditions that conducted to its formation, development and generation of lightning. These systems occurred between 17 and 19 October 2007, in Southeastern Brazil. The analysis of the case studies was done in four periods: pre-initiation, occurrence of SL, transition period and occurrence of MCC. To obtain the results, the database consisted of data lightning and simulated data, obtained using the WRF model. The simulations with the WRF model were made with three nested grids with horizontal resolutions of 36, 12 and 4 km, which allowed extracting the meteorological fields to large-scale, mesoscale and microscale, respectively, and an evaluation and analysis of some meteorological parameters. The lightning data were obtained by RINDAT (Rede Integrada Nacional de Detecção de Descargas Atmosféricas), which were superimposed on satellite images and meteorological fields. Among the results, it was observed that the region where the systems were formed and developed was favorable to the occurrence of storms, with high humidity, confluence of winds, instability indices with values that attested to the potential development of storms. The large-scale conditions for the occurrence of SL and MCC showed differences and similarities, but in both cases the maximum electrical activity was associated with more favorable period for the development of intense updrafts.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho tem como objetivo estudar as influências frontais sobre a Região Nordeste do Brasil. Procurando-se encontrar quais fatores são responsáveis pela formação de processos convectivos sobre esta Região, organizados pela extremidade frontal sobre o Atlântico Tropical Sul (ATS). Buscando-se, dessa forma, estabelecer um padrão de circulação para esses casos, o que poderá facilitar a previsão desses eventos. Assim, foi realizada a análise de 103 eventos de sistemas frontais, que influenciaram as condições de tempo sobre a Região Nordeste do Brasil, para o período de dez anos (2000-2009). Os casos foram divididos em dois grupos (G), de acordo com desenvolvimento ou não da convecção. G1- atividades convectivas sobre a região Nordeste do Brasil, organizadas pela extremidade frontal sobre o Atlântico Tropical Sul (ATS); G2 - banda de nebulosidade pouco ativa sobre a Região Nordeste do Brasil, organizada pela extremidade frontal, sobre o ATS. As frentes foram identificadas, utilizando-se métodos sinóticos clássicos e imagens de satélite. Foram utilizados dados de reanálise do modelo global do NCEP/NCAR, imagens de satélite do canal infravermelho e dados de radiossondagens. Após uma comparação entre os dois grupos foram definidos oito fatores dinâmicos (F) que influenciaram na formação de atividades convectivas associadas à extremidade frontal. Sendo esses fatores em baixos níveis: F1 Zona de Convergência Intertropical (ZCIT); F2 fluxo bifurcado sobre o Atlântico e convergência sobre o Nordeste; F3 borda oeste da Alta Subtropical do Atlântico Sul (ASAS). Em níveis médios: F4 convergência e cavado sobre o NEB; F5 cavado com eixo NW-SE; F6 cavado ciclone do HN. Em altos níveis: F7 cavado em 200 hPa; F8 Interação entre a AB e o VCAN. Foram analisados perfis termodinâmicos SkewT-LogP e os índices de instabilidade CAPE, K, TT e LI para avaliar o potencial de desenvolvimento convectivo sobre o NEB, para os eventos do G1 e G2. Durante o período de estudo foram verificados 68 casos do G1 e 35 casos do G2. Os casos do G1 foram encontrados durante todas as estações do ano, porém de forma muito mais frequente durante o verão austral e, muito raro durante o inverno, com apenas um caso. Em 11 oportunidades, esses casos estiveram relacionados com eventos de ZCAS. Os eventos do G2 foram mais frequentes durante o inverno austral e não foram observados durante o verão austral. Os fatores (F) para níveis inferiores foram encontrados com frequências semelhantes sendo que F1, F2 e F3 estiveram presentes respectivamente em 45, 50 e 43% dos casos estudados. Para níveis médios, o fator mais frequente foi o F4, presente em cerca de 60% dos casos. Para altos níveis, em 75% dos casos foi encontrada a interação entre a AB e o VCAN (F8). Com isso temos como padrões de circulação em maior frequência as interações F1/F4/F8; F2/F4/F8 e F3/F4/F8, em 25, 22 e 25%, respectivamente. A análise termodinâmica mostrou padrões semelhantes para os casos do G1 e do G2. Os índices de instabilidade CAPE e LI mostraram um forte potencial convectivo (com valores de CAPE acima de 1500 J/Kg) em 88% dos casos do G1 e 63% dos casos do G2, para 12 horas anteriores a atuação da zona frontal sobre o nordeste. Os índices K e TT não mostraram potencial convectivo para a quase totalidade dos casos do G1 e G2. Portanto, os processos convectivos organizados pela extremidade frontal ocorrem preferencialmente quando se tem confluência em níveis médios, e forte difluência em altos níveis. Tendo em níveis baixos convergência no escoamento e/ou atuação conjunta ao sistema frontal da ZCIT. A avaliação somente de índices de instabilidade não se mostrou eficiente para determinar os processos convectivos associados à zona frontal. Sendo os mecanismos dinâmicos preponderantes para o desenvolvimento desses processos.

This study verified if the behavior since formation to dissipation on a Mesoscale Convective Complex (MCC) is somehow related to the sea level rising caused by ocean tide. The objective of this study is to find a possible link between ocean height variation and the MCC event. The ocean tide data were obtained from the Banco Nacional de Dados Oceanográficos (BNDO) between January 2005 and December 2009. The MCC event data in this period were collected in previous researches in UFAL Sinoptics Laboratory which add up the total of 41 cases. When relating the ocean tide forecast data with the MCC, a significant relationship was observed. A significant variation in sea surface temperature related with MCC was detected. There was an evident relationship between seasonality with tide behavior and lunar phase and duration of MCC. The major occurrence of the MCC are in Autumn with 63% of the cases. There are no records of a Winter MCC. The MCC events reached its maximum growth in 63% of cases in the flood tide. The dissipation occurred in 56% of the tidal flow. A probable association between the sea temperature variation with depth of 60 meters with the occurrence of MCC event was verified. A more detailed study of the temperature variations is needed to confirm the relationship. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Este estudo verificou se o comportamento desde formação à dissipação dos Complexos Convectivos de Mesoescala (CCM) está de alguma forma relacionado a elevação do nível do mar causada pela maré oceânica. O objetivo deste estudo é encontrar uma possível relação entre a variação da altura do oceano e o evento CCM. Foram utilizados os dados de previsão de maré oceânica, obtidos no Banco Nacional de Dados Oceanográficos (BNDO) entre Janeiro de 2005 e Dezembro de 2009. Os dados de eventos CCM no período de estudo, foram adquiridos em trabalhos anteriores do Laboratório de Sinótica da UFAL e somam o total de 41 casos. Ao cruzar os dados da previsão de maré oceânica com os de CCM, observou-se relações relevantes para o estudo. Foram observadas algumas situações de variação significativa na temperatura da superfície do mar com o evento CCM. Ficaram evidentes as relações de sazonalidade com comportamento da maré e fase lunar e duração do CCM. A maior ocorrência dos casos 63% é no Outono. Não existem ocorrências no Inverno. Os eventos de CCM atingiram seu máximo desenvolvimento em 63% dos casos na enchente da maré. A dissipação ocorreu em 56% na vazão da maré. Foi verificada uma possível relação entre a variação de temperatura do mar na profundidade de 60 metros com a ocorrência do evento CCM. Um estudo mais detalhado sobre as variações de temperatura se faz necessário para confirmar a relação.

Submitted by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2018-06-21T22:08:17Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Luciana_Barros_Pinto.pdf: 788461 bytes, checksum: 91031890e85094911f326f58561b6c67 (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2018-06-21T22:45:03Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Luciana_Barros_Pinto.pdf: 788461 bytes, checksum: 91031890e85094911f326f58561b6c67 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-21T22:45:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Luciana_Barros_Pinto.pdf: 788461 bytes, checksum: 91031890e85094911f326f58561b6c67 (MD5) Previous issue date: 2006-02-11 / Sem bolsa / Nesse trabalho, foi feito um estudo das características radiativas e morfológicas, utilizando a técnica ForTrACC (Vila, 2004) e um estudo do ambiente sinótico e dos perfis verticais de algumas variáveis, utilizando o modelo BRAMS, do caso de Sistema Convectivo de Mesoescala (SCM) mais precipitante sobre o Rio Grande do Sul, ocorrido entre novembro de 2002 a fevereiro de 2003. O caso selecionado foi o do dia 19 e 20/02/2003, onde apenas um sistema foi o responsável pela precipitação registrada nas estações meteorológicas em superfície. Esse teve o ciclo de vida de 23 horas, com início às 13 UTC do dia 19/02/03, maturação às 04 UTC e dissipação às 11:30 UTC do dia 20/02/03. Durante todo esse período, apresentou topos frios com núcleos com temperatura abaixo de 210 K. Ficou evidenciado também, que o sistema teve um comportamento semelhante ao modelo conceitual, onde primeiro sofre uma forte convecção, atingindo valores menores de temperatura, para depois se expandir no estágio de maturação. Pode-se concluir que a relação entre a temperatura mínima sobre as estações que foram mais afetadas pelo sistema, e a precipitação registrada em superfície foi inversa, com os maiores valores de precipitação coincidindo com os menores valores de temperatura mínima. Pela simulação feita com o modelo BRAMS, com saídas de 1 em 1 hora, pode-se detalhar todo o ambiente sinótico onde o SCM encontrava-se durante seu ciclo de vida, sendo capaz de reproduzir as condições favoráveis para sua iniciação, desenvolvimento e dissipação. Também foi possível descrever o comportamento dos perfis verticais do vento, umidade específica, velocidade vertical e temperatura potencial equivalente, para cada etapa do ciclo de vida do sistema. / In this work, it was made a study of a Convective Mesoscale System(CMS) more precipitant on Rio Grande do Sul, occurred between November 2002 and February of 2003, where it was analyzed the: i) radioactive and morphologic characteristics the CMS, using the technique ForTrACC (Torres, 2004) and ii) sinoptic environment and vertical profiles of some meteorological variables, using BRAMS model. The selected case occurred on 19 and 20 February 2003, where just one system was the responsible for the precipitation registered in the meteorological stations in surface. This CMS had a life cycle of 23 hours, with beginning at 13 UTC from 02/19/03, maturation at 04 UTC from 02/20/03 and dissipation at 11:30 UTC from 02/20/03. During that whole period, it presented cold tops with nuclei with temperature below 210 K. It was evidenced also, that the system had similar behavior to the conceptual model, where first suffers a strong convection, reaching smaller values of temperature, for later to expand in the maturation phase. It can be ended that the relationship between the minimum temperature on the stations that were more affected for the system, and the precipitation registered in surface was inverse, with the higher precipitation values coinciding with the smallest values of minimum temperature. For the simulation made with the BRAMS model, using an interval of exits of 1 hour, could be detailed the whole synoptic environment where CMS was during its life cycle, being able to reproduce the favorable conditions for its initiation, development and dissipation. It was also possible to describe the behavior of the vertical wind profiles, specific humidity, vertical speed and equivalent potential temperature, for each stage of the system life cycle.

Os sistemas convectivos da região Amazônica possuem características microfísicas peculiares, que variam de um caráter convectivo marítimo (estação chuvosa) a continental (estação de transição seca-chuvosa). Essas características modulam a eletrificação desses sistemas, porém ainda não se sabe quais são os processos dominantes que intensificam o número de descargas elétricas de uma estação para outra: efeito dos aerossóis, termodinâmico, grande-escala ou topografia? Para responder à essa pergunta, o objetivo deste trabalho foi identificar e quantificar a importância de cada um desses efeitos na eletrificação dos sistemas convectivos da Amazônia. A metodologia foi baseada em análises de dados observacionais do experimento de campo DRYTOWET e em um modelo numérico com parametrizações de transferências de cargas e descargas elétricas. A análise do ciclo anual das descargas elétricas do tipo nuvem-solo (CGs) mostrou que a atividade elétrica dos sistemas precipitantes da região sudoeste da Amazônia aumenta durante a transição da estação seca para a estação chuvosa (Agosto a Setembro), associada aos sistemas convectivos com maior desenvolvimento vertical que acontecem nesse período. Com o estabelecimento da estação chuvosa (Novembro a Março), o número de CGs diminui porém a atividade elétrica ainda se mantêm. A porcentagem desses totais de CGs que tinham polaridade positiva (+CGs) tem média de 12% durante todo o ano, aumentando drasticamente para até 25% em Setembro, durante a transição entre as estações secas e chuvosa. Esse aumento da %+CGs ocorreu simultaneamente ao aumento da poluição atmosférica provocada pela queima de biomassa das pastagens realizada pelos fazendeiros locais, que as preparam para a agricultura e pecuária durante o início das primeiras chuvas. Por outro lado, o aumento da %+CGs das tempestades também ocorreu preferencialmente sobre a área de pastagem do estado de Rondônia. Através da análise de dados de radar dos sistemas precipitantes que ocorreram durante o experimento DRYTOWET, foi constatado que as tempestades positivas (tempestades que produzem mais de 50% de +CGs em 50% de seu tempo de vida) se formaram em ambientes mais secos e com alturas do nível de convecção por levantamento (NCL, altura da base da nuvem) maiores do que as demais tempestades (tempestades negativas), durante todo o experimento mas com maiores diferenças durante o final da estação seca (Setembro-Outubro). Com altura da base da nuvem mais elevada, a espessura da camada quente (ECQ - base da nuvem até a isoterma de 0oC) diminui, aumentando assim a velocidade das correntes ascendentes através de um melhor processamento da energia potencial disponível para convecção (CAPE) devido a um menor entranhamento. O aumento da velocidade das correntes ascendentes dentro da nuvem resulta em tempestades mais profundas e mais intensas. O efeito do aumento do NCL é uma característica das regiões com vegetação de pastagem, onde a razão entre o calor sensível e latente na superfície é maior do que as áreas florestadas, aumentando a altura da camada limite planetária. As diferenças de concentração total e distribuição de tamanho dos aerossóis devido ao aumento da poluição durante a transição entre as estações seca e chuvosa não foram conclusivas quanto a um possível efeito na distribuição de hidrometeoros das tempestade positivas e negativas, uma vez que o ciclo diurno da concentração dos aerossóis acompanha o ciclo diurno da camada limite planetária, que também regula o efeito da ECQ. Simulações numéricas com um modelo 1D de nuvem, acoplado à parametrizações de transferências de cargas elétricas entre hidrometeoros e raios, mostraram que a estrutura termodinâmica da atmosfera foi a maior responsável pela eletrificação das tempestades simuladas, aumentando a velocidade das correntes ascendentes. O efeito do aumento do número de aerossóis, que inibe da fase quente da nuvem e conseqüentemente fortalece a da fase fria da nuvem fornecendo mais vapor e gotículas de nuvem para essa região, provocou a diminuição da quantidade de granizo nas tempestades simuladas e o aumento de partículas agregadas menores, como os flocos de neve e graupel, diminuindo a freqüência de raios. / Amazonian convective systems have unique microphysical characteristics, varying from a maritime convective behavior (rainy season) to a continental behavior (wet-dry transition season). These characteristics modulate the electrification of these systems, however it is still not well understood which are the dominant processes that intensify the frequency of lightning from one season to another: aerosol effect, thermodynamics, large-scale variability, landscape or topography? To answer this question, the objective of this study was to identify and quantify the importance of each one of these effects on the electrification of convective systems over the Amazon. The methodology was based on the analysis of observational data from the field experiment DRYTOWET and a numerical model with charge transfer parameterizations and lightning discharges. The cloud-to-ground (CG) lightning discharges annual cycle presented that the electrical activity of the southwestern Amazonian precipitating systems increased during the transition between the dry and wet seasons (August to September), in association with the convective systems deepening. With the establishment of the wet season (November to March), the number of CGs decreased but the electrical activity continued. The mean annual percentage of cloud-to-ground lightning of positive polarity (+CGs) was 12%, increasing drastically to 25% in September during the transition between the dry and wet seasons. This percentage of +CGs raise happened simultaneously with the increase in the atmospheric pollution due to the pasture biomass burning, held by local farmers to prepare the soil for agriculture and livestock during the begging of first rains. On the other hand, the increase in %+CGs also occurred preferentially over pasture areas of Rondonia state. Through the analysis of radar precipitating systems that occurred during the field campaign DRYTOWET, it was noted that positive thunderstorms (storms that produced more than 50% of +CGs over 50% of their life time) were initiated in drier and higher lift condensation levels (cloud base height) environments than other storms (negative thunderstorms) during all the field experiment, especially in the end of the dry season (September-October). A higher cloud base height is associated with a shallower warm cloud depth (cloud base height to the 0oC isotherm) and consequently less entrainment, increasing the updrafts due to a more efficient processing of the convective available potential energy (CAPE). This increase in updrafts inside the clouds results in deeper and stronger thunderstorms. The higher cloud base heights is a characteristic from pasture regions, where the ratio between sensible and latent heats at surface is greater than forested areas, which increases the top of the planetary boundary layer. The differences in the aerosol total concentration and size distribution, due to the increase in the atmospheric pollution during the transition between the dry and wet seasons, were inconclusive in a possible aerosol effect in the strength of positive and negative thunderstorms, once the aerosol concentration diurnal cycle follows the cycle of the planetary boundary layer, that also regulates the warm cloud depth effect. Numerical simulation of an 1D cloud model, coupled with charge transfer between the hydrometeors, showed that the thermodynamic structure was the main responsible feature for cloud electrification, increasing the updraft velocities. The pollution effect was masked in simulations, which inhibit the warm precipitation and consequently strength the the mixed and cold regions of the cloud, was responsible for an increase in the number of smaller aggregated particles, like snow flakes and graupel, decreasing the electrification and lightning frequency.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A climatological and synoptic evaluation of the atmospheric environments prone to severe weather under N-NW low-level flow over Rio Grande do Sul (RS) State is conducted. Atmospheric profiles from 00Z, 06Z, 12Z and 18Z were calculated using Reanalysis data for two geographically distinct regions of the state: the Serra Gaúcha (SG) and the Campanha Gaúcha (CG). Several convective parameters were calculated to identify the atmospheric ingredients useful to severe storm forecasting, which are: conditional instability, moisture availability and Vertical Wind Shear (VWS). To verify the occurrence of convective storms during, or up to 6 hours the low-level N-NW flow events, cold cloud tops were identified using images from GOES 10 and 12 satellites, associating each event with a brightness temperature category. The seasonal, annual and the distribution of the parameters as a function of depth of the convective activity is based on a quantile analysis. The parameter space between conditional instability and VWS is also investigated. The synoptic environments in which the storms develop across RS were analyzed by using mean and anomaly mean composite patterns of the relevant meteorological fields for convective weather forecasting. The climatology showed that the differences between the large-scale environments favorable to the development of storms in SG and CG are small. The expected seasonal behavior of conditional instability and VWS was well represented in this climatology. The transitional seasons are those which present both conditions of high instability and VWS and also record more storms in this regime. The analysis of the mean composites fields highlights the lack of pronounced Lapse Rates in pre-convective environments in RS. The pressure fall induced by a mid-level trough accelerates the N-NW flow which assumes a low-level jet character, responsible for increasing the supply of heat, moisture and low-level VWS. The deeper storms stand out from the others because they develop in environments with enhaced moisture and conditional instability anomalies. / Uma avaliação climatológica e sinótica dos ambientes atmosféricos conducentes à ocorrência de tempestades severas em situações de vento de N-NO em baixos níveis sobre o Rio Grande do Sul (RS) é realizada neste trabalho. Perfis atmosféricos das 00Z, 06Z, 12Z e 18Z foram calculados utilizando-se dados de Reanálise para duas regiões geograficamente distintas do estado: a Serra Gaúcha (SG) e a Campanha Gaúcha (CG). Foram calculados diversos parâmetros convectivos utilizados na identificação dos ingredientes atmosféricos necessários para o desenvolvimento de tempestades severas, que são: instabilidade condicional, oferta de umidade e cisalhamento vertical do vento (CVV). Para verificar a ocorrência de nebulosidade convectiva durante, ou até 6 horas após os eventos de escoamento de N-NO em baixos níveis, topos frios de nuvem foram identificados utilizando-se imagens dos satélites GOES 10 e 12, associando cada evento a uma classe de temperatura de brilho. A climatologia sazonal, anual e a distribuição dos parâmetros como função da profundidade da atividade convectiva é feita com base em uma análise de quantis. O espaço de parâmetros entre instabilidade condicional e CVV é também investigado. Os ambientes sinóticos em que as tempestades se desenvolvem no RS foram analisadas através de composições e anomalias médias dos campos meteorológicos relevantes para a previsão convectiva. A climatologia mostrou que as diferenças entre os ambientes em grande escala favoráveis ao desenvolvimento de tempestades na SG e CG são pequenas. O comportamento sazonal esperado da instabilidade condicional e do CVV foi bem representado nesta climatologia. A estações de transição são aquelas que apresentam simultaneamente as condições de alta instabilidade e CVV e também registram mais tempestades neste regime. A análise das composições médias ressalta a ausência de Lapse Rates acentuados nos ambientes pré-convectivos no RS. A queda de pressão induzida por um cavado em níveis médios acelera o escoamento de N-NO que assume a forma de um jato de baixos níveis, responsável por aumentar a oferta de calor, umidade e CVV em baixos níveis. As tempestades mais profundas destacam-se das demais por se desenvolverem em ambientes com acentuada anomalia de umidade e instabilidade condicional.

Nesta tese é apresentado um esquema novo de alta resolução upwind (denominado TDPUS-C3) para reconstrução de fluxos numéricos para leis de conservação não lineares e problemas relacionados em DFC. O esquema é baseado nos critérios de estabilidade CBC e TVD e desenvolvido utilizando condições de diferenciabilidade \'C POT. 3\'. Além disso, é realiozada a implementação da associação do esquema TDPLUS-C3 com a modelagem de turbulência RNG \'\\kappa - \\epsilon\'. O propósito é obter soluções numéricas de sistemas hiperbólicos de leis de conservação para dinâmica dos gases e equações de Navier-Stokes para escoamento incompreensível de fluidos newtonianos e não newtonianos (viscoelásticos). Fazendo o uso do esquema TDPUS-C3, a precisão global dos métodos numéricos é verificada acessando o erro em problemas teste (benchmark) 1D e 2D. Um estudo comparativo entre os resultados do esquema TDPUS-C3 e os esquemas upwind convencionais para leis de conservação hiperbólicas complexas é também realizado. A Associação das modelagens numéricas (upwinding mais RNG \'\\kappa - \\epsilon\') é , então, examinada na simulação de escoamentos turbulentos de fluidos newtonianos envolvendo superfícies livres móveis, usando a metodologia URANS. No geral, em termos do comportamento global, concordância satisfatória é observada / In this thesis, a new high-resolution upwind scheme (named TDPUS-C3) for reconstruction of numerical fluxes for nonlinear conservation laws and related CFD problems in presented. The scheme is based on CBC and TVD stability criteria and developed by employing differentiability condictions (\'C POT. 3\'). In additon, the implementation of an association of the TDPUS-C3 scheme with the RNG \'\\kappa - \\epsilon\' turbulence modelling is also performed. The purpose is to obtain numerical solutions of systems of hyperbolic conservation laws for gas dynamics and Navier-Stokes equations for incompressible flow of Newtonian and non-Newtonian (viscoelstic) fluids. By using the TDPUS-C3 scheme, the global accuracy of the numerical methods is verified by assessing the error on 1D and 2D benchmark test cases. A comparative study between the TDPUS-C3 scheme and convectional upwind schemes to solve standard and complex hyperbolic conservation laws is also accomplished. The association of the numerical modelling (upwinding plus RNG \'\\kappa - epsilon\') is then examined in the simulation of turbulent Newtonian fluid flows involving moving free surfaces, by using URANS methodology. Overall, satisfactory agreement is found in terms of the overall behaviour

Neste trabalho apresenta-se um novo esquema prático tipo upwind de alta resolução, denominado EPUS (Eight-degree Polynomial Upwind Scheme), para resolver numericamente equações de conservação TVD e é implementado no contexto do método das diferenças finitas. O desempenho do esquema é investigado na resolução de sistemas hiperbólicos de leis de conservação e escoamentos incompressíveis complexos com superfícies livres. Os resultados numéricos mostraram boa concordãncia com outros resultados numéricos e dados experimentais existentes / Is this work a new practical high resolution upwinding scheme, called EPUS (Eight-degree Polynomial Upwind Scheme), for the numerical solution of transient convection-dominated conservation equations is present. The scheme is based on TVD stability criterion and is implemented in the context of the finite difference methodology. The performance of the scheme is investigated by solving hyperbolic systems of conservation laws and complex incompressible flows with free surfaces. The numerical results displayed good agreement with other existing numerical and experimental data

Esta dissertação trata da solução numérica de problemas em dinâmica dos fluidos usando dois novos esquemas upwind de alta resolução, denominados FDPUS-C1 (Five-Degree Polynomial Upwind Scheme of \' C POT. 1\' Class) e SDPUS-C1 (Six-Degree Polynomial Upwind Scheme of \'C POT.1\' Class), para a discretização de termos convectivos lineares e não-lineares. Os esquemas são baseados nos critérios de estabilidade TVD (Total Variation Diminishing) e CBC (Convection Boundedness Criterion) e são implementados, nos contextos das metodologias de diferenças finitas e volumes finitos, no ambiente de simulação Freeflow (an integrated simulation system for Free surface Flow) para escoamentos imcompressíveis 2D, 2D-1/2 e 3D, ou no código bem conhecido CLAWPACK ( Conservation LAW PACKage) para problemaw compressíveis 1D e 2D. Vários testes computacionais são feitos com o objetivo de verificar e validar os métodos numéricos contra esquemas upwind populares. Os novos esqumas são então aplicados na resolução de uma gama ampla de problemas em CFD (Computational Fluids Dynamics), tais como propagação de ondas de choque e escoamentos incompressíveis envolvendo superfícies livres móveis. Em particular, os resultados numéricos para leis de conservação hiperbólicas 2D e equações de Navier-Stokes incompressíveis 2D, 2D-1/2 e 3D demosntram que esses novos esquemas convectivos tipo upwind polinomiais funcionam muito bem / This dissertation deals with the numerical solution of fluid dynamics problems using two new high resolution upwind schemes,. namely FDPUS-C1 and SDPUS-C1, for the discretization of the linear and non-linear convection terms. The Schemes are based on TVD and DBC stability criteria and are implemented in the context of the finite difference and finite volume methodologies, either into the Freeflow code for 2D, 2D-1/2 and 3D incompressible flows or in the well-known CLAWPACK code for 1D and 2D compressible flows. Several computational tests are performed to verify and validate the numerical methods against other popularly used upwind schemes. The new schemes are then applied to solve a wide range of problems in CFD, such as shock wave propagation and incompressible fluid flows involving moving free msurfaces. In particular, the numerical results for 2D hyperbolic conservation laws and 2D, 2D-1/2 and 3D incompressible Navier-Stokes eqautions show that new polynomial upwind convection schemes perform very well