Determination of a Mean Solar Radiation Year and of a Typical Meteorological Year for the region of Funchal in the Madeira Island

This paper presents the determination of a mean solar radiation year and of a typical meteorological year for the region of Funchal in the Madeira Island, Portugal. The data set includes hourly mean and extreme values for air temperature, relative humidity and wind speed and hourly mean values for solar global and diffuse radiation for the period 2004-2014, with maximum data coverage of 99.7%. The determination of the mean solar radiation year consisted, in a first step, in the average of all values for each pair hour/day and, in a second step, in the application of a five days centred moving average of hourly values. The determination of the typical meteorological year was based on Finkelstein-Schafer statistics, which allows to obtain a complete year of real measurements through the selection and combination of typical months, preserving the long term averages while still allowing the analysis of short term events. The typical meteorological year validation was carried out through the comparison of the monthly averages for the typical year with the long term monthly averages. The values obtained were very close, so that the typical meteorological year can accurately represent the long term data series. The typical meteorological year can be used in the simulation of renewable energy systems, namely solar energy systems, and for predicting the energy performance of buildings.

Study of different atmospheric environments associated to storms development in the Madeira Island

The study aims to improve the understanding about different atmospheric environments leading to the development of storms associated with heavy precipitation in Madeira Island. For this purpose, four main goals have been considered: 1) To document the synoptic and mesoscale environments associated with heavy precipitation. 2) To characterize surface precipitation patterns that affected the island during some periods of significant accumulated precipitation using numerical modelling. 3) To study the relationship between surface precipitation patterns and mesoscale environments. 4) To highlight how the PhD findings obtained in the first three goals can be translated into an operational forecast context. Concerning the large scale environment, precipitation over the island was favoured by weather systems (e.g, mesoscale convective systems and low pressure systems), as well as by the meridional transport of high amount of moisture from a structure denominated as “Atmospheric River”. The tropical origin of this moisture is underscored, however, their impact on the precipitation in Madeira was not so high during the 10 winter seasons [2002 – 2012] studied. The main factor triggering heavy precipitation events over the island is related to the local orography. The steep terrain favours orographically-induced stationary precipitation over the highlands, although maximum of precipitation at coastal region may be produced by localized blocking effect. These orographic precipitating systems presented different structures, associated with shallow and deep convection. Essentially, the study shows that the combination of airflow dynamics, moist content, and orography is the major mechanism that produces precipitation over the island. These factors together with the event duration act to define the regions of excessive precipitation. Finally, the study highlights two useful points for the operational sector, regarding the meridional water vapour transport and local effects causing significant precipitation over the Island; RESUMO: O estudo procura melhorar o entendimento sobre os diferentes ambientes atmosféricos que favorecem o desenvolvimento de tempestades associadas com precipitação intensa na ilha da Madeira. Nesse sentido foram definidos quatro objetivos: 1) Documentar os ambientes sinópticos e de mesoescala associados com precipitação intensa; 2) Caracterizar padrões de precipitação na superfície, em eventos de elevada precipitação acumulada, utilizando modelação numérica; 3) Estudar as relações entre os padrões de precipitação e ambientes de mesoescala; 4) Mostrar como tais resultados podem ser utilizados num contexto operacional de previsão do tempo. Em relação a ambientes de larga escala, verificou-se que a ocorrência de eventos de precipitação intensa sobre a ilha foi favorecida por sistemas meteorológicos, assim como pelo transporte meridional de humidade por meio de estruturas atualmente denominadas Rios atmosféricos. Neste último caso é de destacar a origem tropical de humidade, no entanto, o seu impacto na precipitação sobre a Madeira durante os 10 invernos estudados [2002-2012] não foi tão elevada. O principal fator que favorece os eventos de precipitação intensa está relacionado com a orografia local. O terreno complexo da ilha favorece a ocorrência de precipitação estacionária induzida orograficamente sobre as terras mais altas, embora a precipitação nas zonas costeiras possa ser produzida por um efeito localizado de bloqueio. Estes sistemas orográficos precipitantes apresentaram diferentes estruturas, associados a convecção pouco profunda e profunda. O estudo mostra que a combinação entre as características do escoamento, a quantidade de humidade, e a orografia são os condimentos essenciais para o desenvolvimento da precipitação sobre a ilha, atuando de maneira a definir as regiões de precipitação excessiva. Por fim, o estudo destaca dois pontos que podem ser úteis na previsão do tempo operacional, ligados a larga escala e aos efeitos locais, os quais podem levar ao desenvolvimento de tempestades e precipitação intensa sobre a ilha.

Tratamento de dados associados com a radiação solar fornecidos pelo Instituto Português do Mar e da Atmosfera, Madeira

Este relatório técnico tem como objetivo descrever o modo como os registos das amostras de dados, i.e., medições das grandezas meteorológicas fornecidas pelo Instituto Português do Mar e da Atmosfera (IPMA), ilha da Madeira, foram tratadas. Foram utilizados registos de oito estações meteorológicas distribuídas pela ilha. No relatório técnico estão descritos os processos de filtragem das medições de radiação solar global e radiação solar difusa, de temperatura máxima e mínima do ar, a correção da radiação solar difusa, o preenchimento de lacunas nas medições e a dimensão da amostra de dados utilizada em cada estação. Este relatório também descreve os métodos utilizados para preencher as lacunas nas séries de dados originais, bem como os métodos utilizados na construção do ano médio e do ano meteorológico típico. O ano meteorológico típico será posteriormente usado na simulação da produção de energia solar através de sistemas fotovoltaicos instalados na ilha da Madeira.

Evaluation of portable Raman spectroscopy and handheld X-ray fluorescence analysis (hXRF) for the direct analysis of glyptics

In archaeometry, the advantages of a combined use of Raman spectroscopy and X-ray fluorescence spectroscopy are extensively discussed for applications such as the analysis of paintings, manuscripts, pottery, etc. Here, we demonstrate for the first time the advantage of using both techniques for analysing glyptics. These engraved gemstones or glass materials were originally used as stamps, to identify the owner, for instance on letters, but also on wine vessels. For this research, a set of 64 glyptics (42 Roman glass specimens and 22 modern ones), belonging to the collection of the museum ‘Quinta das Cruzes’ in Funchal (Madeira, Portugal), was analysed with portable Raman spectroscopy and handheld X-ray fluorescence (hXRF). These techniques were also used to confirm the gemological identification of these precious objects and can give extra information about the glass composition. Raman spectroscopy identifies the molecular composition as well as on the crystalline phases present. On the other hand, hXRF results show that the antique Roman glass samples are characterised with low Pb and Sn levels and that the modern specimens can be discriminated in two groups: lead-based and non-lead-based ones.