BAECC: a field campaign to elucidate the impact of Biogenic Aerosols on Clouds and Climate

Observations obtained during an 8-month deployment of AMF2 in a boreal environment in Hyytiälä, Finland, and the 20-year comprehensive in-situ data from SMEAR-II station enable the characterization of biogenic aerosol, clouds and precipitation, and their interactions. During “Biogenic Aerosols - Effects on Clouds and Climate (BAECC)”, the U.S. Department of Energy’s Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Program deployed the ARM 2nd Mobile Facility (AMF2) to Hyytiälä, Finland, for an 8-month intensive measurement campaign from February to September 2014. The primary research goal is to understand the role of biogenic aerosols in cloud formation. Hyytiälä is host to SMEAR-II (Station for Measuring Forest Ecosystem-Atmosphere Relations), one of the world’s most comprehensive surface in-situ observation sites in a boreal forest environment. The station has been measuring atmospheric aerosols, biogenic emissions and an extensive suite of parameters relevant to atmosphere-biosphere interactions continuously since 1996. Combining vertical profiles from AMF2 with surface-based in-situ SMEAR-II observations allow the processes at the surface to be directly related to processes occurring throughout the entire tropospheric column. Together with the inclusion of extensive surface precipitation measurements, and intensive observation periods involving aircraft flights and novel radiosonde launches, the complementary observations provide a unique opportunity for investigating aerosol-cloud interactions, and cloud-to-precipitation processes, in a boreal environment. The BAECC dataset provides opportunities for evaluating and improving models of aerosol sources and transport, cloud microphysical processes, and boundary-layer structures. In addition, numerical models are being used to bridge the gap between surface-based and tropospheric observations.

Large contribution of supercooled liquid clouds to the solar radiation budget of the Southern Ocean

The Southern Ocean is a critical region for global climate, yet large cloud and solar radiation biases over the Southern Ocean are a long-standing problem in climate models and are poorly understood, leading to biases in simulated sea surface temperatures. This study shows that supercooled liquid clouds are central to understanding and simulating the Southern Ocean environment. A combination of satellite observational data and detailed radiative transfer calculations is used to quantify the impact of cloud phase and cloud vertical structure on the reflected solar radiation in the Southern Hemisphere summer. It is found that clouds with supercooled liquid tops dominate the population of liquid clouds. The observations show that clouds with supercooled liquid tops contribute between 27% and 38% to the total reflected solar radiation between 40° and 70°S, and climate models are found to poorly simulate these clouds. The results quantify the importance of supercooled liquid clouds in the Southern Ocean environment and highlight the need to improve understanding of the physical processes that control these clouds in order to improve their simulation in numerical models. This is not only important for improving the simulation of present-day climate and climate variability, but also relevant for increasing confidence in climate feedback processes and future climate projections.

Local star formation triggered by supernova shocks in magnetized diffuse neutral clouds

In this work, considering the impact of a supernova remnant (SNR) with a neutral magnetized cloud we derived analytically a set of conditions that are favourable for driving gravitational instability in the cloud and thus star formation. Using these conditions, we have built diagrams of the SNR radius, R(SNR), versus the initial cloud density, n(c), that constrain a domain in the parameter space where star formation is allowed. This work is an extension to previous study performed without considering magnetic fields (Melioli et al. 2006, hereafter Paper I). The diagrams are also tested with fully three-dimensional MHD radiative cooling simulations involving a SNR and a self-gravitating cloud and we find that the numerical analysis is consistent with the results predicted by the diagrams. While the inclusion of a homogeneous magnetic field approximately perpendicular to the impact velocity of the SNR with an intensity similar to 1 mu G within the cloud results only a small shrinking of the star formation zone in the diagram relative to that without magnetic field, a larger magnetic field (similar to 10 mu G) causes a significant shrinking, as expected. Though derived from simple analytical considerations these diagrams provide a useful tool for identifying sites where star formation could be triggered by the impact of a supernova blast wave. Applications of them to a few regions of our own Galaxy (e.g. the large CO shell in the direction of Cassiopeia, and the Edge Cloud 2 in the direction of the Scorpious constellation) have revealed that star formation in those sites could have been triggered by shock waves from SNRs for specific values of the initial neutral cloud density and the SNR radius. Finally, we have evaluated the effective star formation efficiency for this sort of interaction and found that it is generally smaller than the observed values in our own Galaxy (SFE similar to 0.01-0.3). This result is consistent with previous work in the literature and also suggests that the mechanism presently investigated, though very powerful to drive structure formation, supersonic turbulence and eventually, local star formation, does not seem to be sufficient to drive global star formation in normal star-forming galaxies, not even when the magnetic field in the neutral clouds is neglected.

Intraplate earthquake swarm in Belo Jardim, NE Brazil: reactivation of a major Neoproterozoic shear zone (Pernambuco Lineament)

Intraplate earthquakes in stable continental areas have been explained basically by reactivation of pre-existing zones of weakness, stress concentration, or both. Zones of weakness are usually identified as sites of the last major orogeny, provinces of recent alkaline intrusions, or stretched crust in ancient rifts. However, it is difficult to identify specific zones of weakness and intraplate fault zones are not always easily correlated with known geological features. Although Northeastern Brazil is one of the most seismically active areas in the country (magnitudes 5 roughly every 5 yr), with hypocentral depths shallower than similar to 10 km and seismic zones as long as 30-40 km, no clear relationship with the known surface geology can be usually established with confidence, and a clear identification of zones of weakness has not yet been possible. Here we present the first clear case of seismic activity occurring as reactivation of an old structure in Brazil: the Pernambuco Lineament, a major Neoproterozoic shear zone. The 2004 earthquake swarm of Belo Jardim (magnitudes up to 3.1) and the recurrent activities in the nearby towns of Sao Caetano and Caruaru (magnitudes up to 4.0 and 3.8), show that the Pernambuco Lineament is a weak zone. A local seismic network showed that the Belo Jardim swarm of 2004 November occurred by normal faulting on a North dipping, E-W oriented fault plane in close agreement with the E-W trending structures within the Pernambuco Lineament. The Belo Jardim activity was concentrated in a 1.5 km (E-W) by 2 km (downdip) fault area, and average depth of 4.5 km. The nearby Caruaru activity occurs as both strike-slip and normal faulting, also consistent with local structures of the Pernambuco Lineament. The focal mechanisms of Belo Jardim, Caruaru and S. Caetano, indicate E-W compressional and N-S extensional principal stresses. The NS extension of this stress field is larger than that predicted by numerical models such as those of Coblentz & Richardson and we propose that additional factors such as flexural stresses from the nearby Sergipe-Alagoas marginal basin could also affect the current stress field in the Pernambuco Lineament.

Influência dos modelos digitais de terreno na modelagem de circulação hidrodinâmica 2DH: um estudo de caso

Digital Elevation Models (DEM) are numerical representations of a portion of the earth surface. Among several factors which affect the quality of a DEM, it should be emphasized the attention on the input data and the choice of the interpolating algorithm. On the other hand, several numerical models are used nowadays to characterize nearshore hydrodynamics and morphological changes in coastal areas, whose validation is based on field data collection. Independent on the complexity of the physical processes which are modeled, little attention has been given to the intrinsic bathymetric interpolation built within the numerical models of the specific application. Therefore, this study aims to investigate and to quantify the influence of the bathymetry, as obtained by a DEM, on the hydrodynamic circulation model at a coastal stretch, off the coast of the State of Rio Grande do Norte, Northeast Brazil. This coastal region is characterized by strong hydrodynamic and littoral processes, resulting in a very dynamic morphology with shallow coastal bathymetry. Important economic activities, such as oil exploitation and production, fisheries, salt ponds, shrimp farms and tourism, also bring impacts upon the local ecosystems and influence themselves the local hydrodynamics. This fact makes the region one of the most important for the development of the State, but also enhances the possibility of serious environmental accidents. As a hydrodynamic model, SisBaHiA® - Environmental Hydrodynamics System ( Sistema Básico de Hidrodinâmica Ambiental ) was chosen, for it has been successfully employed at several locations along the Brazilian coast. This model was developed at the Coastal and Oceanographical Engineering Group of the Ocean Engineering Program at the Federal University of Rio de Janeiro. Several interpolating methods were tested for the construction of the DEM, namely Natural Neighbor, Kriging, Triangulation with Linear Interpolation, Inverse Distance to a Power, Nearest Neighbor, and Minimum Curvature, all implemented within the software Surfer®. The bathymetry which was used as reference for the DEM was obtained from nautical charts provided by the Brazilian Hydrographic Service of the Brazilian Navy and from a field survey conducted in 2005. Changes in flow velocity and free surface elevation were evaluated under three aspects: a spatial vision along three profiles perpendicular to the coast and one profile longitudinal to the coast as shown; a temporal vision from three central nodes of the grid during 30 days; a hodograph analysis of components of speed in U and V, by different tidal cycles. Small, but negligible, variations in sea surface elevation were identified. However, the differences in flow and direction of velocities were significant, depending on the DEM

Instability zones for satellites of asteroids: The example of the (87) Sylvia system

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Diagnose de trincas em sistemas rotativos, utilizando modelos de falhas através da metodologia dos observadores de estados

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Ciclos biogeoquímicos como subsídio para a sustentabilidade do sistema agroindustrial da cana-de açúcar

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise dinâmica do amortecimento em estruturas compostas com material viscoelástico

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEB

Controle térmico de componentes eletrônicos com tubos de calor

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Modelagem da interceptação na Floresta Nacional de Caxiuanã, no Leste da Amazônia

O presente trabalho foi realizado na Estação Cientifica Ferreira Penna, na Floresta Nacional de Caxiuanã, Melgaço, Pará, Brasil (01º 42’ 30”S; 51º 31’ 45”W; 60 m altitude) no Leste da Amazônia. É uma área com floresta de terra firme, vegetação densa e dossel com altura média de 35 m e algumas árvores emergentes acima de 50 m, e densidade variando de 450 a 550 árvores por hectare. Os objetivos foram de quantificar as estimativas da interceptação por modelagens numéricas, no período de março a dezembro de 2004. A interceptação obtida nas medidas de campo foi de 248 mm, correspondendo a 21,5% da precipitação total incidente acima do dossel de 1.153,4 mm. As estimativas de interceptação foram simuladas com bom nível de eficiência, utilizando os modelos de Rutter e Gash. O modelo de Gash superestimou a interceptação em 17,3% (42,8 mm) do total acumulado, enquanto o modelo de Rutter superestimou em apenas 0,5% (1,1 mm) do total acumulado da interceptação.

Programa computacional com interface gráfica para identificação estocástica de parâmetros modais de estruturas civis: aplicação em pontes e torres de linha de transmissão

O interesse no comportamento dinâmico de estruturas metálicas vem crescendo nas últimas décadas no Brasil, em decorrência de acidentes com colapso total de algumas estruturas devido às vibrações ambientes em diversas regiões do país. Na região amazônica, por exemplo, onde esse tipo de estrutura deve vencer obstáculos como florestas e rios de grande largura, casos de colapso total de estruturas metálicas também são relatados. O foco principal dessa dissertação é o estudo do comportamento modal de estruturas metálicas submetidas às vibrações ambientes cuja magnitude das forças de excitação é desconhecida. Dois estudos de caso são apresentados: no primeiro deles, o comportamento modal de uma torre de linha de transmissão de energia elétrica é investigado; e no segundo caso, tanto o comportamento modal como os níveis de desconforto de uma ponte são estudados. Os estudos realizados neste último caso visam avaliar os níveis de desconforto da ponte quando submetida às excitações ambientes como rajadas de vento e o tráfego de veículo de acordo a norma brasileira NBR 8800 (1986). Em ambos os estudos de caso foram realizadas análises experimentais e computacionais. Na etapa experimental, ambas as estruturas foram monitoradas com emprego de um conjunto de acelerômetros de baixa freqüência e também de um sistema de aquisição apropriados para ensaios de vibração de estruturas civis. Como é muito difícil medir a magnitude das forças de excitação ambientes, foram utilizados os métodos de identificação estocásticos SSI-DATA e SSI-COV para extração de parâmetros modais de estruturas civis a partir somente dos dados de resposta coletados nos ensaios de vibração. Entre as atividades desenvolvidas nessa etapa, destaca-se a criação de um programa computacional com recursos do Graphical User Interface (GUI) da plataforma Matlab®, destinado à identificação modal de estruturas civis com o emprego dos referidos métodos estocásticos. Esse programa é constituído de três módulos: o primeiro é destinado ao processamento e tratamento dos sinais coletados nos ensaios de vibração; o segundo é utilizado para adicionar as informações do posicionamento dos acelerômetros utilizados nos arquivos dos sinais de resposta; e o terceiro e último módulo é destinado à identificação a partir dos arquivos de dados de resposta processados nos dois primeiros módulos. Na etapa das análises teóricas, foram criados modelos numéricos utilizando o método dos elementos finitos para simular o comportamento dinâmico das estruturas analisadas. Comparando os resultados obtidos em ambas as etapas de análise, verifica-se que resultados experimentais e teóricos apresentaram parâmetros bastante próximos entre si nos primeiros modos de vibração. Os resultados experimentais mostraram que ambos os métodos estocásticos foram muito eficientes na identificação das estruturas ensaiadas.

Sobre o sinal de um downscaling dinâmico às oscilações intrassazonais de precipitação no setor norte do Nordeste do Brasil

Oscilações intrassazonais são fatores controladores da variabilidade pluviométrica interanual de áreas tropicais. O conhecimento de como os modelos numéricos reproduzem suas variabilidades é importante para entender melhor suas atuações e subsidiar operações de previsão de tempo e clima. Neste artigo investiga-se a sensibilidade de um modelo de downscaling dinâmico de precipitação na reprodução das oscilações intrassazonais observadas no setor norte do Nordeste do Brasil (SNNEB - 45ºW-37ºW e 2ºS-12ºS) no período de 1974 a 2000. Os resultados mostraram que a precipitação simulada sobre o SNNEB explicou aproximadamente 70% da variabilidade da precipitação observada no trimestre fevereiro a abril nesta região. Estatísticas de médias, desvios normalizados e percentuais neste trimestre, nessa região, em anos de contrastes climáticos nos Oceanos Pacífico e Atlântico Tropicais, também foram bem capturadas pela precipitação simulada através do downscaling. Análises espectrais com uso de ondeletas mostraram que o downscaling dinâmico tem potencial para reproduzir picos espectrais de precipitação observada no SNNEB nas escalas acima de 8 dias, e nas escalas entre 64 e 128 dias para o período de 01 de janeiro a 30 de junho.

Análise dos impactos das diferentes formas de ocupação da superfície sobre as condições meteorológicas na região de Santarém, Pará

O objetivo desta dissertação foi obter informações referentes ao uso e ocupação do solo na região de Santarém, em diferentes anos das últimas décadas, para melhor representar os efeitos causados pelas modificações das propriedades da superfície sobre as condições atmosféricas simuladas por modelos numéricos de tempo e clima. As superfícies continentais caracterizam-se por causar efeitos substanciais sobre a atmosfera e, consequentemente, influir na qualidade das previsões de tempo e de clima. Por outro lado, o desmatamento contribui com as mudanças climáticas, por eliminar grandes quantidades de gases de efeito estufa para a atmosfera. Estas atividades também causam efeitos na saúde publica, na agricultura, nos recursos florestais, nos recursos faunísticos e nos recursos hídricos. Além disso, a substituição da superfície natural por pastagem ou agricultura altera as propriedades térmicas e radiativas da superfície, gerando modificações nas condições atmosféricas locais, regionais e globais. Neste trabalho foram analisados períodos representativos de possíveis mudanças climáticas na região, identificados a partir do tratamento e analise estatística de dados climatológicos de estações meteorológicas de superfície, bem como a evolução temporal e quantitativa do desmatamento na região de estudo com os dados do Projeto PRODES Monitoramento da Floresta Amazônica Brasileira por Satélite). Para avaliar os efeitos atmosféricos das mudanças no uso e ocupação do solo utilizou-se como base o mapa de vegetação do IBGE, e a inclusão da classe “desmatamento” ao mesmo em diferentes períodos analisados (anos de 1997e 2009) trabalhadas no software Arc. Gis. 9.2. Foram criados arquivos de dados de tipos de superfície compatíveis com a leitura do modelo BRAMS, que foi então utilizado para simular os diferentes efeitos desses mapas temáticos de uso e ocupação do solo na atmosfera local. Os resultados indicam uma tendência de aumento da precipitação média anual e da frequência média de dias com precipitação, diminuição da temperatura média das máximas e aumento da temperatura média das mínimas ao longo dos anos na região de Santarém. A área de estudo, até o ano de 1997, registrou um desmatamento de 19,44% e até o ano de 2009 passou para 25,54%. As simulações com os arquivos gerados de uso e ocupação do solo para 1997 e 2009 apresentaram poucas variações para os diferentes mapas temáticos em suas variáveis (temperatura, umidade e fluxos de calor sensível e latente), quando considerado os valores médios da área total simulada. Porém, quando se considera pequenas áreas localizadas somente sobre as regiões que sofreram maiores modificações, observam-se maiores influências com o aumento do desmatamento.

Analysis of the Stresses in Corrugated Sheets under Bending

This paper presents three different numerical models for the evaluation of the stresses in corrugated sheets under bending. Regarding the numerical simulations different approaches can be considered, i.e., a elastic linear analysis or a physical nonlinear analysis, that considers criteria to fail for the sheet material. Moreover, the construction of the finite element mesh can be used shell elements or solid elements. The choice of each finite element must be made from the consideration of their representativity before behavior to be simulated. Thus, the numerical modelling in this manuscript was performed from the three-dimensional models using the SAP2000Nonlinear software, version 7.42, which has as base the finite elements method (FEM). It was considered shell elements in the build the mesh of finite elements and an analysis of type elastic linear in this case. Five mm thick sheets were evaluated considering three different longitudinal dimensions (spans), i.e., 1100 mm, 1530 mm and 1830 mm. The applied load to the models was 2500 N/m and it was verified that the spans of support of sheets have a significant influence on the results of stresses. The sheets with larger spans present larger stresses for the same applied load. The most intense values of tension occur in the troughs (low waves) of the sheets, on the lower surface, while the most intense values of compression occur in the crests (high waves), on the upper surface of the sheet. The flanks, which are the parts among the troughs and crests of the sheets, are submitted to low levels of stresses. The numeric results of the stresses showed a good agreement with the results obtained from other researchers(3) and these results can be used to predict the behavior of corrugated sheets under bending.