Orientador: Didier Gastmans / Banca: Ricardo César Aoki Hirata / Banca: Luiz Felippe Gozzo / Resumo: Isótopos estáveis de hidrogênio (1H/2H) e oxigênio (16O/17O/18O) constituem excelentes traçadores da movimentação da molécula da água ao longo do ciclo hidrológico, sendo utilizado como ferramentas auxiliares na interpretação dos controles climáticos sobre a precipitação. Em áreas tropicais, fatores climáticos regionais e locais se contrapõe, como responsáveis pela variabilidade da composição isotópica da precipitação. Com base em processos envolvidos nas transformações isotópicas sofridas pela água ao longo da sua movimentação no ciclo hidrológico em áreas continentais, essa dissertação de mestrado teve como objetivo avaliar e compreender quais fenômenos climáticos são responsáveis por governar a composição isotópica da precipitação na porção central do estado de São Paulo. Os resultados demonstraram que a disponibilidade de umidade na atmosfera, aliados a processos de recirculação de vapor ao longo do deslocamento de massas de ar que geram chuva na região estudada, governam a variabilidade da composição isotópica da precipitação, como demonstrado pelas retas meteóricas locais (δ2H = 8.15*δ18O + 14.25), valores de d-excess geralmente superiores a 11‰ e pelo efeito de sazonalidade, que se caracteriza por diferenças na composição isotópica da precipitação na estação seca, caracterizada por chuvas enriquecidas com valores de δ18O = >-4‰, e na estação chuvosa por chuvas empobrecidas com valores de δ18O = <-4‰. Esse efeito de sazonalidade foi igualmente observado durante os event... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Stable isotopes of hydrogen ( 1 H/ 2 H) and oxygen ( 16 O/ 17 O/ 18 O) constitute excellent tracers of water movement through the hydrological cycle, and they have been used as an important tool to i nterpret climate controls on precipitation . In tropical areas, regional and local climatic factors faced as responsible for the variability observed on isotopic composition of precipitation. Based on the processes involved in the water isotopic transformat ions along it path through the hydrological cycle in continental areas, the main purpose of this master thesis was evaluate and understand which climatic factors are responsible for controlling the isotopic composition of the precipitation in the center of the state of São Paulo. The results demonstrate that the availability of moisture in the atmosphere, co mbined with moisture recirculation processes along the displacement of air masses that generate rain in the studied region, were the main key drivers responsible by the variability observed in isotopic composition of the precipitation, as demonstrated by the local meteoric lines ( δ 2 H = 8.15* δ 18 O + 14.25 ), values of d - excess up to 11‰, and the seasonal effect, that is characterized by differences between more enriched precipitation during the dry season, characterized by val ues of δ 18 O = > - 4‰, and more depleted precipitation during wet season, with val ues of δ 18 O = < - 4‰ . Seasonal effects were observed during the events El Niños 1997 - 98 and 2014 - 16... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Este trabalho teve como objetivo investigar a relação entre produtos de atividades antropogênicas na Amazônia e sua influência no efeito indireto dos aerossóis no clima. Para isso, foi feita uma caracterização físico-química detalhada dos aerossóis naturais e de queimadas na Amazônia e procurou-se compreender como estes diferentes tipos de aerossóis se comportam como Núcleos de Condensação de Nuvens. Foi estudado também a influência dos aerossóis de queimadas na composição química da precipitação e no transporte de nutrientes. Visando atingir estes objetivos, foram feitas medidas em regiões distintas da Amazônia com relação ao impacto por atividades antropogênicas, principalmente queimadas. Foi possível observar em várias circunstâncias uma relação entre a composição do material particulado e da precipitação, o que nos permitiu concluir que as emissões antropogênicas influenciam significativamente a composição da precipitação. Foram identificadas as principais componentes que afetam a composição do material particulado em suspensão na Amazônia, e concluimos que o material particulado originado de emissões biogênicas é predominante em regiões preservadas, com pequena contribuição também de poeira de solo e transporte de aerossóis marinhos. Em regiões sob influência de atividades antropogênicas, observou-se que a composição dos aerossóis e da precipitação é afetada mesmo na estação úmida. No estudo das propriedades físicas e químicas das partículas de aerossol que são relevantes para o seu papel como Núcleos de Condensação de Nuvens, concluiu-se que a distribuição de tamanho é mais importante do que a composição química das partículas, devido ao fato das emissões de novas partículas por queimadas ocorrer predominantemente acima do diâmetro seco de ativação. A composição química só foi importante em valores de supersaturação baixos (< 0.2%), o que significa que esse efeito pode ser importante para nuvens estratiformes, onde o valor máximo de supersaturação é baixo, devido a baixa velocidade de ascensão das parcelas. A exportação de nutrientes devido ao transporte em larga escala de aerossóis de emissões de queimadas se mostrou particularmente crítica com relação às quantidades de fósforo que estão sendo perdidas irreversivelmente pela floresta amazônica, que foi cerca de 7 vezes maior do que a quantidade reposta por deposição úmida. Essa perda de fósforo pode ser crítica para o ecossistema em longo prazo. / The main objective of this study was to investigate the relationship between anthropogenic emissions in the Amazon basin and the indirect aerosol effect on climate. A detailed study of physical and chemical properties of natural and biomass burning aerosols was conducted, in order to understand how these completely different aerosols behave as Cloud Condensation Nuclei (CCN). It was also investigated the influence of biomass burning aerosols in chemical composition of precipitation, and transport of nutrients. The measurements were carried out in completely different regions respect to the impact of anthropogenic activities, especially biomass burning emissions. The analysis of aerosols and rainwater chemistry showed that anthropogenic emissions have a significant influence in the composition of precipitation. Factor analysis was applied to perform source identification, and the conclusion is that at remote and free of anthropogenic emission areas, the most important contribution was from biogenic emissions, with a small contribution of soil dust and marine aerosols advection. It was quite different at regions under influence of anthropogenic activities, where measurements showed a clear anthropogenic influence even during wet season both in aerosols and precipitation chemistry. In the study of hygroscopic properties of aerosol particles, the main conclusion was that size distribution of particles is the most important parameter to determine the ability of aerosols to act as CCN, because most of biomass burning emission are particles bigger than the activation diameter. Chemical composition was an important factor only if supersaturation is below 0.2%, because in this supersaturation range the activation diameter is extremely sensible to small changes in supersaturation. Transport of nutrients due to largescale transport of biomass burning aerosols was specially critical concerning phosphorus exportation, estimated as 7 times the apportionment through wet deposition. Continuous exportation of phosphorus can be a long term limitation to the forest ecosystem, if biomass burning activity maintain its present levels.

A evapotranspiração de referência (ETo, mm d-1) foi medida por um lisímetro de pesagem acoplado a três células de carga, durante 1996, em Piracicaba, SP. Discute-se as dificuldades operacionais encontradas com esse tipo de lisímetro em dias com chuvas intensas e em seqüência de dias com chuvas intermitentes. A série temporal dos valores medidos diariamente foi agrupada em seqüências de 10 ou 30 dias, gerando conjuntos de valores médios representativos dessas duas escalas de tempo. Média móvel com diversos passos foram usadas para aumentar o número de pontos nos conjuntos gerados e para verificar seus efeitos sobre as relações estatísticas. Estimativas de ETo médio correspondentes aos intervalos de tempo das médias medidas foram obtidas com a equação de Penman-Monteith seguindo-se as parametrizações e procedimentos descritos no boletim FAO-56, usando dados meteorológicos de uma estação automatizada situada próxima ao lisímetro. A análise de regressão linear simples (Lisímetro = b Estimativa) mostrou as seguintes tendências estatística: 1) na escala de 30 dias, Y = 1,0905 X ± 0,212 mm d-1, r2 = 0,9512 de janeiro a junho; e Y = 0,9622 X ± 0,166 mm d-1, r2 = 0,8249 de agosto a novembro; 2) na escala de 10 dias, Y = 1,0866 X ± 0,332 mm d-1, r2 = 0,9158 de janeiro a junho; e Y =0,9573 X ± 0,323 mm d-1, r2 = 0,7729 de agosto a novembro. Os diferentes passos não afetaram substancialmente o valor de b; mas, em geral, o erro médio da estimativa aumentou quando o passo aumentou, diminuindo o número de pontos comparados. Face às dificuldades de medir ETo em períodos chuvosos as relações obtidas no segundo período talvez expressem melhor o grau de ajuste das estimativas. A performance das estimativas não se alterou quando se substituiu o saldo de radiação medido por valor estimado usando os procedimentos FAO-56, simulando uma situação muito comum de ausência de medida desse elemento meteorológico. / Reference evapotranspiration (ETo, mm d-1) was measured by a weighing lysimeter coupled with three load cells, during 1996, in Piracicaba, SP, Brazil. Operational difficulties with this kind of lysimeter during days with high intensity rainfall and also during a sequence of days with intermittent rains are discussed. The time series of measured ETo was pooled in sequences of either 10 or 30 days generating groups of mean values for such time scales. Moving averages with different steps were used to increase the number of points in each group and to test their effect upon the statistical relationships. Estimatives of mean ETo corresponding to the time intervals of the measured averages were computed with the Penman-Monteith equation following the parameterizations and procedures described in the FAO Irrigation and Drainage Paper 56, using data given by an automatic meteorological weather station located next to the lysimeter. Simple linear regression analysis (Lysimeter = b Estimative) indicates the following statistical tendencies: 1) for the 30-days time scale, Y = 1.0905 X ± 0.212 mm d-1, r2 = 0.9512 from january to june; and Y = 0.9622 X ± 0.166 mm d-1, r2 = 0.8249 from august to november; 2) for the 10-days time scale, Y = 1.0866 X ± 0.332 mm d-1, r2= 0.9158 from january to june; e Y = 0.9573 X ± 0.323 mm d-1, r2 = 0.7729 from august to november. The different time steps did not affect substantially the b value; but, in general, as the time step increased so did the mean error of the estimative due to the decrease in the number of points compared. Due to the operational difficulties in measuring ETo during periods of high intensity rains perhaps the relationships found for the second period represents better the degree of fit of the estimatives. The performance of the ETo estimatives did not change substantially when the measured net radiation was substituted by an estimative using the FAO-56 guidelines, simulating a very common situation of lack of such weather element.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 457597.pdf: 3990726 bytes, checksum: 94b05b4e17141dcac3ac568f5c299a53 (MD5) Previous issue date: 2014-01-15 / Wireless technology is present nowadays in several applications from simple systems as residential automations to complex implementations such as nuclear plants. Networks intended to work with wireless sensors are denominated wireless network sensors as in the case of this work, which uses analog and meteorological data. With the proposal of efficiency with low energy consumption, this work presents the development of a system which accomplishes the acquisition and storage of data collected from a meteorological station using a wireless sensors network open platform. The main objective of this monitoring system is the pursuit of energy efficiency (ie, the best possible performance with low power consumption) and the reduced cost of acquisition, installation and maintenance of the system in the field. With this purposed,, the module nRF24L is conceptually presented, focusing on the communication protocol among modules, where the same device performs the function of receiver and transmitter. This system was developed for application on the Cryosphere, because this is an environment that offers unique features such as low temperature, unobstructed views and difficult to access for maintainability / collection of monitored data. Practical results measured in laboratory are compared to a standard commercial weather station, which serves as a benchmark to validate the proposed system. / A tecnologia de redes de sensores sem fio (RSSFs) est? presente atualmente em diversas aplica??es, desde simples sistemas como automatiza??es residenciais at? complexas implementa??es como, por exemplo, usinas nucleares. As redes destinadas a trabalharem com sensores s?o denominadas de redes de sensores sem fio como o caso do trabalho em quest?o que utiliza dados anal?gicos e meteorol?gicos. O trabalho proposto teve como objetivo o desenvolvimento de um sistema que realiza a aquisi??o e o armazenamento de dados de grandezas meteorol?gico-clim?ticos utilizando uma rede de sensores sem fio de plataforma aberta. O objetivo principal deste sistema de monitoramento ? a busca da efici?ncia energ?tica (isto ?, o melhor desempenho poss?vel com baixo consumo de energia) e o reduzido custo de aquisi??o, montagem e manuten??o do sistema em campo. Para tanto, o m?dulo nRF24 ? apresentado conceitualmente, focando na forma de comunica??o entre os m?dulos, onde um ?nico dispositivo nRF24 assume a fun??o de receptor e transmissor. Este sistema foi desenvolvido para aplica??o na Criosfera, por ser este um ambiente que apresenta caracter?sticas peculiares como baixa temperatura, vistas sem obst?culos e de dif?cil acesso para manute??o/coleta dos dados monitorados. Os resultados pr?ticos medidos em laborat?rio s?o comparados aos de uma esta??o meteorol?gica comercial padr?o, a qual serve como refer?ncia para validar o sistema proposto.

A distribuição normal é a mais importante distribuição de probabilidade, usada na modelagem de dados contínuos. Entretanto, há casos em que a suposição da distribuição relacionada ao modelo normal é violada e a busca por outras distribuições que modelem esses casos se faz necessário. Um dos pontos que pode justificar a ausência de normalidade é a falta de simetria. Uma distribuição que tem como principal característica modelar dados de comportamento assimétrico é a Kumaraswamy. A junção da flexibilidade de modelar dados assimétricos da distribuição de Kumaraswamy com distribuições conhecidas, tais como normal e weibull, permitiu a criação de uma família de distribuições generalizadas. As distribuições multivariadas destacam-se pela importância de aplicações na modelagem de dados em diversas área do conhecimento. No entanto, observa-se a existência de poucas distribuições que modelem caudas mais pesadas e situações de assimetria. Este trabalho teve como objetivo, estudar a classe de distribuições generalizadas de Kumaraswamy, deduzir a distribuição normal de Kumaraswamy bivariada, apresentar a função de verossimilhança e as expressões de seus estimadores. Implementou-se o procedimento de estimação com uso das funções escores no software R e uma abordagem de simulação. Foram avaliadas a estimação de dados simulados e também aplicação em exemplos reais com distribuição assimétrica. Conclui-se, portanto que, a distribuição normal de Kumaraswamy bivariada foi deduzida em relação à sua função de densidade conjunta, marginais, condicionais e implementada para o estudo de simulação. Os estimadores comportaram de maneira precisa, consistente e não tendenciosa. A distribuição normal de Kumarawamy bivariada se ajustou satisfatoriamente aos dados reais de temperatura média e precipitação total. / The normal distribution is the most important probability distribution, used in modeling of continuous data. However, there are cases where the assumption of distribution related to normal model is violated and the search for other distributions that model these cases is necessary. One of the points that can justify the absence of normality is the lack of symmetry. A distribution whose main characteristic shape asymmetric behavior data is Kumaraswamy. The combination of the flexibility of the modeling asymmetric data distribution Kumaraswamy with known distributions, such as normal andWeibull, enabled the creation of a family of generalized distributions. The multivariate distributions we highlight the importance of applications in data modeling in various field of knowledge. However, there is the existence of few distributions that model heavier tails and asymmetry situations. This study aimed to study the class of generalized distributions Kumaraswamy deduct the normal distribution bivariate Kumaraswamy, present the likelihood function and the expressions of their estimators. Implemented the estimation procedure using the scores functions in textit software R and a simulation approach. We evaluated the simulated data estimation and also in real application examples with asymmetric distribution. It can be concluded therefore that the normal distribution bivariate Kumaraswamy was deduced in relation to their joint density function, marginal, conditional and implemented for the simulation study. The estimators behaved precisely, consistent and unbiased. The normal distribution bivariate Kumarawamy adjusted satisfactorily to the actual data of average temperature and total precipitation. / Programa Institucional de Bolsas de Pós-Graduação - PIB-PÓS

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Texto_completo_PArt1.pdf: 9176320 bytes, checksum: ad1d8c914089946e709acb58d1bae9d9 (MD5) Previous issue date: 2013-03-14 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico / This dissertation did a study on the impact of soil moisture data assimilation on the hydroclimatological variables for the Brazilian semiarid and the La Plata River Basin. The choice of this theme was a result of the understanding that the accuracy of estimating soil moisture is directly associated with the accuracy of the weather forecast and climate simulations. The regions, in turn, were chosen because, despite presenting extremely different geographic and socio-economic features with episodes of lack and/or excess water. In this context, it is understood that accurate, representative forecasts are of great importance in developing strategies for managing water use, so relevant to these areas. The study was conducted using NCEP's NOAH land surface model, responsible for describing the dynamics of soil water and generating the estimate of the variable studied as necessary for the assimilation scheme. In addition, we used, as observations for the amount of water in the soil, soil moisture records from the AMSR-E sensor, coupled to the AQUA satellite, and also from ground-based, automatic agrometeorological stations maintained by INPE (Brazilian National Institute for Space Research). These observations were used directly into the assimilation scheme. The Ensemble Kalman Filter was the method used to perform the data assimilation experiments. The last step was to investigate the temporal evolution of the terms, in the assimilation scheme, containing estimates of model and analysis errors. These terms are fundamental parts of the Kalman Filter formulation and have a great in uence in the calculation of the result and its quality. / Este trabalho fez um estudo sobre o impacto da assimilação de dados de umidade do solo nas variáveis hidroclimatológicas sobre o Semiárido brasileiro e a Bacia do Prata. A escolha deste tema foi consequência do entendimento de que a precisão da estimativa da umidade do solo está diretamente associada á precisão da previsão meteorológica nas escalas de tempo e clima. As regiões, por sua vez, foram escolhidas porque, apesar de apresentarem características geográficas e socio-economicas extremamente diferentes, apresentando episódios de falta e/ou excesso de água. Neste contexto, entende-se que previsões representativas auxiliam no desenvolvimento de estratégias de gerenciamento do uso da água, tão relevantes para estas áreas. O trabalho foi desenvolvido utilizando o modelo de superfície NOAH, responsável por descrever a dinâmica da água no solo e gerar a estimativa da variável estudada, necessária no esquema de assimilação. Além disso, foram usados os registros de umidade do solo, oriundos do sensor AMSR-E, acoplado ao satélite AQUA; e também das estações agrometeorológicas, mantidos pelo INPE, como observações para a quantidade de água no solo. Estas observações foram utilizadas, diretamente, no esquema de assimilação. O Filtro de Kalman por Conjuntos foi o método utilizado para implementar a assimilação de dados. O último passo consistiu em investigar a evolução temporal dos termos que, no esquema de assimilação, contém as estimativas dos erros do modelo e da análise. Estes termos são parte fundamental na formulação do filtro de Kalman e tem grande influência no cálculo do resultado e sua qualidade.

A cada estação chuvosa notamos nitidamente o aumento de áreas alagadas nas grandes cidades. Cada vez mais a população ribeirinha tem enfrentado alagamentos maiores e mais violentos. Algumas técnicas utilizadas, hoje em dia, têm transferido o problema de montante a jusante, aumentando cada vez mais os picos dos hidrogramas de cheia. Novas técnicas têm surgido para o controle de vazão nas bacias urbanas. Algumas delas são chamadas técnicas compensatórias e visam diminuir a vazão na fonte. Outras mais elaboradas, conhecidas genericamente por reservatórios de cheias têm sido introduzidas em grandes centros urbanos no sentido de recriar as condições de pré-urbanização, retendo águas superficiais e retornando ao meio ambiente gradualmente e de forma controlada. Esta tese de mestrado visa o estudo e a viabilização de algumas técnicas compensatórias estruturais na cidade de São José dos Campos, São Paulo, mais especificamente na bacia do ribeirão dos Putins, que freqüentemente têm sofrido com as cheias urbanas devido ao crescimento acelerado de urbanização, aumentando as áreas impermeáveis da bacia.

No cálculo de estruturas sob ação do vento, normas para dimensionamento de estruturas precisam de constantes atualizações, devido por exemplo às mudanças impostas pelo clima. Este trabalho tem por objetivo obter um mapa de ventos atualizado para a norma brasileira NBR 6123 - Forças devidas ao vento em edificações. Aspectos matemáticos como interpolação por Krigagem e o método de ajuste da Máxima Verossimilhança foram abordados, além de uma revisão bibliográfica sobre as principais funções de distribuição de probabilidade para ventos extremos, em especial a distribuição de Gumbel. Utilizou-se uma abordagem computacional para tratamento dos dados utilizando rotinas em C++ e no software estatístico R, inicialmente com dados mais recentes e mesmo método do mapa anterior e em seguida usando um novo método aplicando a Krigagem e a distribuição de Gumbel. Obteve-se um novo mapa de ventos extremos para todo o território nacional com estações de dados entre 10 e 15 anos. Concluiu-se entre outras coisas que o novo mapa de velocidade básica de vento do Brasil obtido neste trabalho traz consigo dados em maior quantidade e qualidade, embora apresente valores de velocidades básicas globalmente superiores aos do mapa anterior.

Este trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho aerodinâmico de geradores eólicos em escala reduzida. Inicialmente é desenvolvido o projeto do rotor eólico com base na aplicação da Teoria de Elemento de Pá, onde são definidas as dimensões características com base na velocidade nominal e a razão de velocidade na ponta da pá. Para o calculo do escoamento é gerado um domínio periódico representando apenas uma pá. A discretização do domínio computacional foi realizada com uma malha hibrida com camadas prismáticas na parede da pá. Para a obtenção da solução numérica 3D é utilizado o software CFX. Resultados como: potencia de eixo, torque, e coeficiente de potencia tanto do modelo como do protótipo foram reportados. Finalmente foi avaliado o desempenho do protótipo e do modelo, com a presença de pequenas diferenças que deram origem à determinação de uma função de transposição mediante a utilização do ajuste de curvas no software Matlab, com a qual é possível obter correlações entre protótipo e modelo em situações de Reynolds diferentes. Esta contribuição permitira auxiliar no projeto de rotores eólicos na determinação do coeficiente de potencia. Entre tanto, esta lei de transposição devera ser validada experimentalmente.

Processos de instabilização na BR-376/PR e BR-101/SC, associados principalmente a períodos de intensa precipitação pluviométrica, estão relacionados ao meio suscetível ao qual estão inseridos: a Serra do Mar, conhecida por ser influenciada por diversos agentes ambientais. Além das questões ambientais envolvidas, há também as interferências antrópicas que corroboram para instabilidade das encostas e oferecem riscos às condições de operação e segurança das vias. Um gerenciamento de risco parte do acompanhamento e mapeamento das áreas mais suscetíveis, em conjunto com as informações que compõem um banco de dados, fornecem informações que podem auxiliar o engenheiro na tomada de decisões. Com o intuito de contribuir para a prevenção e mitigação de acidentes geotécnicos em rodovias, foram analisados os principais fatores de influência associados à instabilidade de taludes e discutida a importância de um banco de dados e sua composição. A avaliação das ocorrências à luz dos fatores de influência mostra a relevância de considerá-los nas análises de risco e de avaliação de perigo, e a importância que o conjunto dessas informações pode ter em um Sistema de Suporte à Decisão (SSD).