Forecasting the Earth"s radiation belts and modeling solar energetic particle events: Recent results from SPACECAST

High-energy charged particles in the van Allen radiation belts and in solar energetic particle events can damage satellites on orbit leading to malfunctions and loss of satellite service. Here we describe some recent results from the SPACECAST project on modelling and forecasting the radiation belts, and modelling solar energetic particle events. We describe the SPACECAST forecasting system that uses physical models that include wave-particle interactions to forecast the electron radiation belts up to 3 h ahead. We show that the forecasts were able to reproduce the >2 MeV electron flux at GOES 13 during the moderate storm of 7-8 October 2012, and the period following a fast solar wind stream on 25-26 October 2012 to within a factor of 5 or so. At lower energies of 10- a few 100 keV we show that the electron flux at geostationary orbit depends sensitively on the high-energy tail of the source distribution near 10 RE on the nightside of the Earth, and that the source is best represented by a kappa distribution. We present a new model of whistler mode chorus determined from multiple satellite measurements which shows that the effects of wave-particle interactions beyond geostationary orbit are likely to be very significant. We also present radial diffusion coefficients calculated from satellite data at geostationary orbit which vary with Kp by over four orders of magnitude. We describe a new automated method to determine the position at the shock that is magnetically connected to the Earth for modelling solar energetic particle events and which takes into account entropy, and predict the form of the mean free path in the foreshock, and particle injection efficiency at the shock from analytical theory which can be tested in simulations.

Forecasting the Earth"s radiation belts and modeling solar energetic particle events: Recent results from SPACECAST

High-energy charged particles in the van Allen radiation belts and in solar energetic particle events can damage satellites on orbit leading to malfunctions and loss of satellite service. Here we describe some recent results from the SPACECAST project on modelling and forecasting the radiation belts, and modelling solar energetic particle events. We describe the SPACECAST forecasting system that uses physical models that include wave-particle interactions to forecast the electron radiation belts up to 3 h ahead. We show that the forecasts were able to reproduce the >2 MeV electron flux at GOES 13 during the moderate storm of 7-8 October 2012, and the period following a fast solar wind stream on 25-26 October 2012 to within a factor of 5 or so. At lower energies of 10- a few 100 keV we show that the electron flux at geostationary orbit depends sensitively on the high-energy tail of the source distribution near 10 RE on the nightside of the Earth, and that the source is best represented by a kappa distribution. We present a new model of whistler mode chorus determined from multiple satellite measurements which shows that the effects of wave-particle interactions beyond geostationary orbit are likely to be very significant. We also present radial diffusion coefficients calculated from satellite data at geostationary orbit which vary with Kp by over four orders of magnitude. We describe a new automated method to determine the position at the shock that is magnetically connected to the Earth for modelling solar energetic particle events and which takes into account entropy, and predict the form of the mean free path in the foreshock, and particle injection efficiency at the shock from analytical theory which can be tested in simulations.

Can a Halo CME from the limb be geoeffective?

The probability for a halo coronal mass ejection (CME) to be geoeffective is assumed to be higher the closer the CME launch site is located to the solar central meridian. However, events far from the central meridian may produce severe geomagnetic storms, like the case in April 2000. In this work, we study the possible geoeffectiveness of full halo CMEs with the source region situated at solar limb. For this task, we select all limb full halo (LFH) CMEs that occurred during solar cycle 23, and we search for signatures of geoeffectiveness between 1 and 5 days after the first appearance of each CME in the LASCO C2 field of view. When signatures of geomagnetic activity are observed in the selected time window, interplanetary data are carefully analyzed in order to look for the cause of the geomagnetic disturbance. Finally, a possible association between geoeffective interplanetary signatures and every LFH CME in solar cycle 23 is checked in order to decide on the CME's geoeffectiveness. After a detailed analysis of solar, interplanetary, and geomagnetic data, we conclude that of the 25 investigated events, there are only four geoeffective LFH CMEs, all coming from the west limb. The geoeffectiveness of these events seems to be moderate, turning to intense in two of them as a result of cumulative effects from previous mass ejections. We conclude that ejections from solar locations close to the west limb should be considered in space weather, at least as sources of moderate disturbances.

Can a Halo CME from the limb be geoeffective?

The probability for a halo coronal mass ejection (CME) to be geoeffective is assumed to be higher the closer the CME launch site is located to the solar central meridian. However, events far from the central meridian may produce severe geomagnetic storms, like the case in April 2000. In this work, we study the possible geoeffectiveness of full halo CMEs with the source region situated at solar limb. For this task, we select all limb full halo (LFH) CMEs that occurred during solar cycle 23, and we search for signatures of geoeffectiveness between 1 and 5 days after the first appearance of each CME in the LASCO C2 field of view. When signatures of geomagnetic activity are observed in the selected time window, interplanetary data are carefully analyzed in order to look for the cause of the geomagnetic disturbance. Finally, a possible association between geoeffective interplanetary signatures and every LFH CME in solar cycle 23 is checked in order to decide on the CME's geoeffectiveness. After a detailed analysis of solar, interplanetary, and geomagnetic data, we conclude that of the 25 investigated events, there are only four geoeffective LFH CMEs, all coming from the west limb. The geoeffectiveness of these events seems to be moderate, turning to intense in two of them as a result of cumulative effects from previous mass ejections. We conclude that ejections from solar locations close to the west limb should be considered in space weather, at least as sources of moderate disturbances.

Effects of solar activity and climate variability on large floods in Switzerland

The paper presents the variability of major floods in Switzerland for the period 1800-2008 from a summer index (INU). The index is constructed from the damage caused by flooding, with the aim of establishing the possible influence of the solar and climate variability on the major floods. The coincidence of flood-rich periods with those observed in other regions of different climate and fluvial regimes suggests that climate forcings and changes in the general circulation of the atmosphere are those who govern the appearance of these high-frequency temporal clusters.

Degradació en planta pilot de colorants reactius mitjançant el procés de foto-Fenton assistit amb llum solar: aplicació del procés com a pre-tractament d'un procés biològic

Estudi elaborat a partir d’una estada a la Plataforma Solar de Almería entre desembre del 2006 i gener del 2007. S’ha dut a terme la degradació en planta pilot dels colorants reactius Procion Red H-E7B i Cibacron Red FN-R mitjançant el procés de foto-Fenton aplicat com a tractament únic i com a pretractament d’un procés biològic. El procés de foto-Fenton, assistit amb llum solar, es va realitzar en un fotoreactor solar tipus Col•lector Parabòlic Compost (CPC) i el tractament biològic en un Reactor de Biomassa Immobilitzada (RBI). Com a punt de partida, i amb l’objectiu d’estudiar la reproductibilitat del sistema, es van prendre resultats obtinguts d’experiments realitzats prèviament a escala de laboratori i amb llum artificial. El paràmetre Carboni Orgànic Total (COT) es va emprar com a indicador de l’eliminació dels colorants i dels seus intermedis. En aplicar únicament el procés de foto-Fenton com a tractament, concentracions de 10 mg•l-1 de Fe (II) i 250 mg•l-1 de H2O2 per degradar 250 mg•l-1 Procion Red H-E7B, i de 20 mg•l-1 de Fe (II) i 500 mg•l-1 de H2O2 per degradar 250 mg•l-1 Cibacron Red FN-R, van reproduir els resultants obtinguts al laboratori, amb uns nivells d’eliminació de COT del 82 i 86%, respectivament. A més, l’ús beneficiós de la llum solar en el procés de foto-Fenton, juntament amb la configuració del CPC, van incrementar la velocitat de degradació respecte als resultats previs, permetent la reducció de la concentració de Fe (II) de 10 a 2 mg•l-1 (Procion Red H-E7B) i de 20 a 5 mg•l-1 (Cibacron Red FN-R) sense pèrdues d’efectivitat. D’altre banda, el sistema combinat foto-Fenton/tractament biològic en planta pilot, unes concentracions d’oxidant de 225 mg•l-1 H2O2 per Cibacron Red FN-R i 65 mg•l-1 H2O2 per Procion Red H-E7B van ser suficients per generar solucions intermèdies biodegradables i alimentar així el RBI, millorant inclús els resultats obtinguts prèviament al laboratori.

Effects of a nursery CO2 enriched atmosphere on the germination and seedling morphology of two Mediterranean oaks with contrasting leaf habit

Abstract: The use of an enriched CO2 atmosphere in tree nurseries has been envisaged as a promising technique to increase productivity and to obtain seedlings with a higher root/shoot ratio, an essential trait to respond to water stress in Mediterranean-type ecosystems. In that framework, we have analyzed the effects of three levels of atmospheric CO2 concentration (350, 500 and 700 ppm) on the germination rate, growth and morphology of seedlings of two Mediterranean oaks used in reforestation programs: the evergreen Quercus ilex L. and the deciduous Quercus cerrioides Wilk. et Costa. CO2 enrichment increased the germination rate of Q. cerrioides (from 70±7 to 81±3 %) while it decreased that of Q. ilex (from 71±10 to 41±12 %). Seedlings of both species increased approximately 60% their total biomass in response to CO2 enrichment but at two different CO2 concentrations: 500 ppm for Q. cerrioides and 700 ppm for Q. ilex. This increase in seedlings biomass was entirely due to an augmentation of root biomass. Considering germination and biomass partitioning, an enriched CO2 atmosphere might not be appropriate for growing Mediterranean evergreen oaks, such as Q. ilex, since it reduces acorn germination and the only gains in root biomass occur at a high concentration (700 ppm). On the other hand, a moderate CO2 enrichment (500 ppm) appears as a promising nursery technique to stimulate the germination, growth and root/shoot ratio of deciduous oaks, such as Q. cerrioides. Resumen: El uso de una atmósfera enriquecida en CO2 durante la fase de vivero puede contribuir a aumentar la producción viverística, a la vez que ayudar a conseguir plántulas con una mayor relación biomasa subterránea/biomasa aérea, más adecuadas para hacer frente al severo estrés hídrico que generalmente limita el éxito de las repoblaciones en el clima Mediterráneo. En este estudio hemos analizado el efecto de tres niveles de abonado carbónico atmosférico (350, 500 y 750 ppm) en la germinación y morfología de plántulas de encina (Quercus ilex) y roble cerrioide (Quercus cerrioides). Una atmósfera enriquecida en CO2 incrementó la germinación de Q. cerrioides (de 70±7 a 81±3 %) mientras que disminuyó la de Q. ilex (de 71±10 a 41±12 %). Las plántulas de ambas especies incrementaron aproximadamente un 60% su biomasa en respuesta a una mayor concentración de CO2, aunque esta respuesta se produjo a diferentes dosis: 500 ppm en Q. cerrioides y 700 ppm en Q. ilex. El aumento en la biomasa total de las plántulas se debió enteramente a un mayor desarrollo de su sistema radical, Considerando tanto la germinación como los efectos sobre la relación biomasa subterránea/biomasa aérea, una atmósfera enriquecida en CO2 no parece ser un tratamiento adecuado para la producción en vivero de plántulas de Q.ilex, puesto que diminuye su germinación y solo aumenta su sistema radicular a dosis muy elevadas (700 ppm). Por el contrario, un aumento moderado en la concentración de CO2 (500 ppm) aparece como una técnica interesante para estimular el crecimiento y obtener plántulas de Q. cerrioides con un sistema radical más desarrollado.

L'energia solar fotovoltaica com una alternativa en els espais urbans

Estudi realitzat per avaluar la possibilitat i viabilitat d’instal·lació de panells solar fotovoltaics als terrats de les comunitats de veïns del Districte de l’Eixample de Barcelona. La seva finalitat és conscienciar a la població sobre la problemàtica actual del canvi climàtic fent ús de la ciutat com a element clau per a fomentar l’estalvi de consum energètic i la reducció d’emissions de diòxid de carboni (CO2). Els resultats obtinguts ens donen un valor aproximat de la superfície i potència necessària pels habitants de la ciutat de Barcelona i Catalunya, per tal de cobrir el seu consum d’electricitat d’ús domèstic amb energia solar fotovoltaica, així com una comparativa amb els resultats obtinguts en el Districte de l’Eixample en les dimensions: socio-econòmica, mediambiental i política.

Real time GPS precise positioning of LEO satellites

Report for the scientific sojourn at the German Aerospace Center (DLR) , Germany, during June and July 2006. The main objective of the two months stay has been to apply the techniques of LEO (Low Earth Orbiters) satellites GPS navigation which DLR currently uses in real time navigation. These techniques comprise the use of a dynamical model which takes into account the precise earth gravity field and models to account for the effects which perturb the LEO’s motion (such as drag forces due to earth’s atmosphere, solar pressure, due to the solar radiation impacting on the spacecraft, luni-solar gravity, due to the perturbation of the gravity field for the sun and moon attraction, and tidal forces, due to the ocean and solid tides). A high parameterized software was produced in the first part of work, which has been used to asses which accuracy could be reached exploring different models and complexities. The objective was to study the accuracy vs complexity, taking into account that LEOs at different heights have different behaviors. In this frame, several LEOs have been selected in a wide range of altitudes, and several approaches with different complexity have been chosen. Complexity is a very important issue, because processors onboard spacecrafts have very limited computing and memory resources, so it is mandatory to keep the algorithms simple enough to let the satellite process it by itself.

L'energia solar fotovoltaica

Treball de recerca realitzat per alumnes d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit cientí­fic del Jovent l'any 2009. Després d'una breu introducció sobre l'energia solar, l'estudi analitza quin és el procés de fabricació que se segueix per fer les plaques solars fotovoltaiques policristal·lines i monocristal·lines i quin és el seu funcionament. És a dir, com és possible obtenir energia elèctrica gràcies a la llum del Sol. També es descriuen les instal·lacions autònomes i les connectades a la xarxa, així com els elements que les integren. S'inclou, a més, un punt explicant quins són els factors que condicionen l'obtenció d'energia i els avenços més recents en aquest camp de la tecnologia. Per finalitzar la part teòrica, s'analitza una instal·lació fotovoltaica situada a Cervera i la seva producció. Pel que fa al treball de camp, es va construir un seguidor solar.

L'energia solar a Cerdanyola del Vallès

Treball de recerca realitzat per alumnes d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit cientí­fic del Jovent l'any 2009. Aquest treball intenta resoldre la qüestió de si l'energia solar arribarà a ser una energia alternativa que esdevingui un substitut del petroli en el futur. Aquest projecte informa de totes les característiques i propietats de les plaques solars, explicant els avantatges que fan que sigui un recurs energètic molt net, segur i, encara que en un principi es pugui veure car, finalment arriba a amortitzar el preu inicial fins aconseguir un estalvi monetari, que és el que atreu al màxim de compradors. El projecte parla de les característiques de les plaques solars fotovoltaiques explicant així tots els materials pels quals és formada, la seva estructura per capes i el procés de transformació de llum en electricitat. Conté, també, una part pràctica extensa i elaborada: s'ha demanat a diversos ciutadans, sobretot de Cerdanyola del Vallès i també de Barcelona, sobre el tipus de contacte que tenen amb aquesta energia renovable i si no és així, saber quin altre tipus de font energètica utilitzen. També conté una entrevista a un professional del món de l'energia solar. I, finalment, s'ha realitzat el disseny, muntatge i funcionament d'un cotxe elèctric solar.

Projecte d'energia solar tèrmica

El proyecto consiste en el diseño de una instalación solar térmica para producción de agua caliente sanitaria (ACS) en un edificio de nueva construcción en la localidad de Mollerussa (Lleida). Se han estudiado las necesidades térmicas de ACS en atención a las características constructivas y funcionales del edificio, dando cumplimiento a la normativa vigente. Conocida la demanda energética esperada, se han analizado los datos climatológicos y de temperatura de red de agua fría propios del emplazamiento, y se ha propuesto un campo de captación compuesto por captadores planos y los distintos subconjuntos que componen la instalación: acumulación, transferencia térmica, trazado hidráulico, regulación y control, y energía auxiliar. Con ello se ha llevado a cabo una simulación energética mediante la herramienta TSOL, software de simulación solar recomendado por entidades de reconocido prestigio, para comprobar que se han alcanzado los objetivos del sistema propuesto. Por último, se ha realizado un estudio del beneficio medioambiental que supone la instalación proyectada, indicando el ahorro energético para el usuario y las toneladas equivalentes de dióxido de carbono evitadas.

Anàlisi i disseny d'un programari de Gestió Remota d'un Parc Modular d'Energia Solar

Anàlisi i disseny d'una aplicació per gestionar de manera remota l'activitat d'un parc d'energia solar fotovoltaica.

Projecte d’instal·lacions d’aigua calenta sanitària per a un hotel de quatre estrelles a Platja d’Aro amb aportació d’energia solar

En el present projecte final de carrera s’han dissenyat i pressupostat les instal·lacions de fontaneria, energia solar i gas natural per abastir d’aigua les dependències d’un hotel. L’hotel es troba situat a municipi de Platja d’Aro, a la província de Girona. La seva categoria és de quatre estrelles i això comporta un nivell alt de qualitat en els serveis oferts, en aquest cas el subministrament d’aigua freda i aigua calenta sanitària (ACS) als seus clients

Instal•lació solar tèrmica i fotovoltaica per a una vivenda aïllada

Aquest projecte va destinat a una família que disposa d’una vivenda aïllada del nucliurbà d’Arenys de Munt, comarca del Maresme, la qual no té al seu abast la connexiódel gas ni la de la xarxa elèctrica. S’ha decidit dimensionar la instal•lació per energia solar tèrmica i energia solar fotovoltaica, ja que són energies més constants que l’energia eòlica per a l’indret on ens trobem i a més a més hi ha un mercat que ofereix molts més productes i prestacions