Decadal predictions with the HiGEM high resolution global coupled climate model: description and basic evaluation

This paper describes the development and basic evaluation of decadal predictions produced using the HiGEM coupled climate model. HiGEM is a higher resolution version of the HadGEM1 Met Office Unified Model. The horizontal resolution in HiGEM has been increased to 1.25◦ × 0.83◦ in longitude and latitude for the atmosphere, and 1/3◦ × 1/3◦ globally for the ocean. The HiGEM decadal predictions are initialised using an anomaly assimilation scheme that relaxes anomalies of ocean temperature and salinity to observed anomalies. 10 year hindcasts are produced for 10 start dates (1960, 1965,..., 2000, 2005). To determine the relative contributions to prediction skill from initial conditions and external forcing, the HiGEM decadal predictions are compared to uninitialised HiGEM transient experiments. The HiGEM decadal predictions have substantial skill for predictions of annual mean surface air temperature and 100 m upper ocean temperature. For lead times up to 10 years, anomaly correlations (ACC) over large areas of the North Atlantic Ocean, the Western Pacific Ocean and the Indian Ocean exceed values of 0.6. Initialisation of the HiGEM decadal predictions significantly increases skill over regions of the Atlantic Ocean,the Maritime Continent and regions of the subtropical North and South Pacific Ocean. In particular, HiGEM produces skillful predictions of the North Atlantic subpolar gyre for up to 4 years lead time (with ACC > 0.7), which are significantly larger than the uninitialised HiGEM transient experiments.

How accurate are volcanic ash simulations of the 2010 Eyjafjallajökull eruption?

In the event of a volcanic eruption the decision to close airspace is based on forecast ash maps, produced using volcanic ash transport and dispersion models. In this paper we quantitatively evaluate the spatial skill of volcanic ash simulations using satellite retrievals of ash from the Eyja allajökull eruption during the period from 7 to 16 May 2010. We find that at the start of this period, 7–10 May, the model (FLEXible PARTicle) has excellent skill and can predict the spatial distribution of the satellite-retrieved ash to within 0.5∘ × 0.5∘ latitude/longitude. However, on 10 May there is a decrease in the spatial accuracy of the model to 2.5∘× 2.5∘ latitude/longitude, and between 11 and 12 May the simulated ash location errors grow rapidly. On 11 May ash is located close to a bifurcation point in the atmosphere, resulting in a rapid divergence in the modeled and satellite ash locations. In general, the model skill reduces as the residence time of ash increases. However, the error growth is not always steady. Rapid increases in error growth are linked to key points in the ash trajectories. Ensemble modeling using perturbed meteorological data would help to represent this uncertainty, and assimilation of satellite ash data would help to reduce uncertainty in volcanic ash forecasts.

The spiral structure of the Galaxy revealed by CS sources and evidence for the 4:1 resonance

We present a map of the spiral structure of the Galaxy, as traced by molecular carbon monosulphide (CS) emission associated with IRAS sources which are believed to be compact H II regions. The CS line velocities are used to determine the kinematic distances of the sources in order to investigate their distribution in the galactic plane. This allows us to use 870 objects to trace the arms, a number larger than that of previous studies based on classical H II regions. The distance ambiguity of the kinematic distances, when it exists, is solved by different procedures, including the latitude distribution and an analysis of the longitude-velocity diagram. The study of the spiral structure is complemented with other tracers: open clusters, Cepheids, methanol masers and H II regions. The well-defined spiral arms are seen to be confined inside the corotation radius, as is often the case in spiral galaxies. We identify a square-shaped sub-structure in the CS map with that predicted by stellar orbits at the 4:1 resonance (four epicycle oscillations in one turn around the galactic centre). The sub-structure is found at the expected radius, based on the known pattern rotation speed and epicycle frequency curve. An inner arm presents an end with strong inwards curvature and intense star formation that we tentatively associate with the region where this arm surrounds the extremity of the bar, as seen in many barred galaxies. Finally, a new arm with concave curvature is found in the Sagitta to Cepheus region of the sky. The observed arms are interpreted in terms of perturbations similar to grooves in the gravitational potential of the disc, produced by crowding of stellar orbits.

Satellite Rainfall Estimates Over South America - Possible Applicability to the Water Management of Large Watersheds1

This work analyzes high-resolution precipitation data from satellite-derived rainfall estimates over South America, especially over the Amazon Basin. The goal is to examine whether satellite-derived precipitation estimates can be used in hydrology and in the management of larger watersheds of South America. High spatial-temporal resolution precipitation estimates obtained with the CMORPH method serve this purpose while providing an additional hydrometeorological perspective on the convective regime over South America and its predictability. CMORPH rainfall estimates at 8-km spatial resolution for 2003 and 2004 were compared with available rain gauge measurements at daily, monthly, and yearly accumulation time scales. The results show the correlation between satellite-derived and gauge-measured precipitation increases with accumulation period from daily to monthly, especially during the rainy season. Time-longitude diagrams of CMORPH hourly rainfall show the genesis, strength, longevity, and phase speed of convective systems. Hourly rainfall analyses indicate that convection over the Amazon region is often more organized than previously thought, thus inferring that basin scale predictions of rainfall for hydrological and water management purposes have the potential to become more skillful. Flow estimates based on CMORPH and the rain gauge network are compared to long-term observed average flow. The results suggest this satellite-based rainfall estimation technique has considerable utility. Other statistics for monthly accumulations also suggest CMORPH can be an important source of rainfall information at smaller spatial scales where in situ observations are lacking.

Economic Evaluation of a Solar Charged Thermal Energy Store for Space Heating

A thermal energy store corrects the misalignment of heating demand in the winter relative to solar thermal energy gathered in the summer. This thesis reviews the viability of a solar charged hot water tank thermal energy store for a school at latitude 56.25N, longitude -120.85W

Estrutura de uma turfeira de altitude no municipio de São José dos Ausentes (RS-Brasil)

A turfeira é uma associação de plantas formada pelo acúmulo e decomposição de vegetais em ambientes saturados de água, baixo pH e pouco oxigênio dissolvido. A turfeira, objeto deste estudo está localizada no município de São José dos Ausentes, região que abriga as nascentes de rios que contribuem para a formação das principais bacias hidrográficas do Rio Grande do Sul. A área de estudo localiza-se nas coordenadas 28°35'58'2'' de latitude sul e 49°58'56'5'' de longitude oeste. Situando-se na serra do nordeste, na região fisiográfica denominada Campos de Cima da Serra, a altitude do município é de 1100 a 1300m. A fim de contribuir com informações a respeito desse ecossistema, o trabalho teve como objetivo fornecer subsídios à compreensão de sua estrutura e funcionamento. Foi registrada a ocorrência de 43 espécies vegetais, pertencentes a 31 gêneros e 15 famílias, tendo como predominantes as famílias Cyperacea e Poaceae sendo que as formas de vida são principalmente anfíbias. A característica do material orgânico, indicou que o grau de decomposição fíbrico geralmente ocorre mais próximo à superfície e sáprico domina nas camadas mais profundas do solo e as camadas hêmicas não mostram localização mais específica, geralmente intercaladas com camadas sápricas. O solo é caracterizado pelo escasso conteúdo de nutrientes; pois quanto ao nitrogênio há apenas uma fonte, que é via decomposição de matéria orgânica; o cálcio teve resultados baixos, porque a maioria é perdida pelo sistema através da lixiviação ou deposição no fundo do sedimento.

Determinação dos índices de vulnerabilidade física através de técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento - Municípios de Tavares e São José do Norte - Litoral médio leste do RS.

Nos últimos anos a preocupação com a preservação dos recursos naturais, dos solo e das águas tem aumentado significativamente. Desta forma, a intensificação de estudos nestas áreas se faz necessária para tentar minimizar os impactos causados pela ação do homem, com vistas a recuperação. A área de estudo abrange os municípios de Tavares e S. José do Norte, situado no Litoral Médio Leste do Rio Grande do Sul, entre as coordenadas 31° 00’ e 32° 10’ de latitude Sul e 50° 00’ e 52° 10’ de longitude Oeste. Este trabalho busca fornecer subsídios para a identificação dos índices da vulnerabilidade física associados ao uso do solo da área de estudo visando a adequação do uso da terra, bem como o planejamento e o desenvolvimento de novas atividades. O estudo foi desenvolvido utilizando técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento, onde os fatores foram cruzados via regra de decisão fazendo uso do SIG. Os resultados evidenciaram a necessidade de cuidados especiais no desenvolvimento de atividades sustentadas e ocupação humana.

Estimativa de retenção de carbono orgânico na Lagoa do Araçá, RS, Brasil, através da taxa de sedimentação média, morfologia de fundo e padrões de circulação hídrica

Nos últimos anos, os processos sedimentares em corpos de água vêm merecendo particular atenção, principalmente no que diz respeito ao transporte dos sedimentos em suspensão e padrões de circulação hídrica, tendo em vista à necessidade de vários estudos para o manejo racional dos recursos hídricos. Também os processos sedimentares atuantes nos corpos de água em geral, principalmente os relacionados às taxas de sedimentação, são os mecanismos responsáveis diretos pela retenção de carbono orgânico nos mananciais hídricos, servindo de indicadores para a captura ou seqüestro e CO2 da atmosfera. Na planície costeira do Rio Grande do Sul, localiza-se um dos maiores sistemas lagunares do planeta. O maior desses sistemas, a laguna dos Patos, possui em sua extremidade nordeste corpos de água ainda pouco explorados. Toda essa região requer um estudo completo e minucioso, com acompanhamento sistemático de monitoramento interdisciplinar, na busca de uma análise e entendimento integrado das condições que regulam os mecanismos de transporte e deposição de sedimento e sua circulação hídrica. A área de estudo desse trabalho compreende a Lagoa do Araçá. Esta lagoa constitui-se no braço nordeste da Laguna dos Patos, apresentando uma superfície alagada de aproximadamente 20,77 km2. A lagoa drena a planície costeira entre os paralelos 30o11’ e 30o15’ S, a oeste do meridiano 50o31’. O objetivo do presente trabalho é estimar a contribuição relativa de sistemas límnicos rasos no processo de retenção de carbono orgânico em regiões de clima subtropical, identificar a deposição de sedimentos na Lagoa do Araçá para a quantificação do carbono orgânico retido; analisar os padrões morfológicos e sedimentológicos de fundo relacionando-os aos padrões de circulação hídrica, visando elaborar uma metodologia que possa ser aplicada em corpos de água límnicos rasos na retenção de carbono orgânico. Para a consecução dos objetivos propostos foram realizadas coletas de amostras na superfície de fundo na área de estudo, tendo por base uma matriz cartesiana disposta regularmente a cada 500 metros ao longo de paralelos de latitude e meridianos de longitude de forma a abranger toda a superfície da lagoa, totalizando 86 pontos amostrais relativos a granulometria, batimetria e teor de matéria orgânica. Dados referentes a ventos na região de estudo foram coletados através de um anemógrafo gráfico, na localidade de Solidão, município de Palmares do Sul, com objetivo de simular os padrões de circulação hídrica e velocidade orbital de onda na Lagoa do Araçá Para a estimativa da taxa de sedimentação média e a retenção de carbono orgânico na lagoa foi perfurado um testemunho, tendo como referencia os produtos cartográficos de superfície de fundo e teor de matéria orgânica elaborados, sendo realizada sua datação geocronológica através do método de Radiocarbono (14C). A taxa de sedimentação média obtida foi 0,0876 mm.ano-1 sendo a taxa histórica de retenção de carbono orgânico retido estimado em 624,59 Kg.Km-2.ano-1 e para a superfície da lagoa de 12.972,75 kg.ano-1 ou 12,9 t.ano-1. A presente pesquisa demonstra que lagos, lagoas e outros corpos de água têm um papel importante na contribuição de retenção de carbono orgânico, mostrando-se de grande importância em seu ciclo. Evidentemente isso não compensa as emissões de gases causadas por atividades antrópicas nos dias de hoje.

Capitanias hereditárias: herança colonial sobre desigualdade e instituições

Este trabalho tem como objetivo analisar em que aspectos a desigualdade histórica de formação dos municípios brasileiros foi determinante para as suas condições atuais de desigualdade de terra e renda e sobre qualidade das instituições. Em particular, emprega-se área, latitude, longitude e a data de fundação das Capitanias Hereditárias como determinantes históricos para as instituições atuais dos municípios brasileiros. Considerando controles, tais como área proporcional da capitania, ano de fundação do município, distância de Portugal, tipo de solo, quantidade de chuva, altitude, temperatura média, e variáveis sócio-econômicas municipais, os resultados sugerem que a herança colonial deixada pelas Capitanias Hereditárias foi maior concentração de terras. O resultado é robusto à inclusão de variáveis que capturam o ciclo da cana-de-açúcar, do ouro e efeitos estaduais. Além disso, estima-se efeito ambíguo sobre instituições para os municípios do país.

Caracterização hidrológica e geoquímica das áreas adjacentes aos bancos oceânicos do nordeste brasileiro

O objeto deste trabalho é fornecer dados hidrológicos com fins de caracterização e monitoramento da região da Cadeia Norte do Brasil e da Cadeia de Fernando de Noronha, assim como levantar e sistematizar informações sobre a geoquímica dos diversos tipos de sedimentos encontrados na plataforma continental externa adjacente ao banco Aracati, contribuindo para o levantamento dos potenciais sustentáveis de exploração dos recursos vivos da Zona Econômica Exclusiva. A área em estudo compreende a sub-área II, setor 1 e parte do setor 2, e está localizada entre 1oN e 5oS de latitude e entre 30o e 40oW de longitude, abrangendo uma área de aproximadamente 400.000 km2. Foram analisadas amostras coletadas em 8 estações resultando em 20 amostras de sedimentos nos anos de 1997 (verão), 1998 (outono) e 2000 (primavera) e 34 estações que originaram 272 amostras de água na primavera de 2000. As concentrações máximas dos parâmetros analisados, com exceção do fosfato, nas amostras de água se localizam na região próxima à costa. Detectou-se na área uma termoclina bem marcada, sendo mais profunda na primavera. A camada de mistura é bastante homogênea, sendo porém, mais espessa na primavera. O pH detectado encontra-se na faixa alcalina sendo os maiores valores de pH detectados na primavera. Verifica-se, um máximo de salinidade na camada de inicio da termoclina sazonal. Não verificou-se na área condição anaeróbica na coluna d’água. A distribuição de fosfato, nitrato e silicato, apresenta-se de forma muito semelhante, sendo que na primavera essas concentrações são maiores, nas camadas superficiais. Na cobertura sedimentar da plataforma continental adjacente aos bancos da cadeia norte do Brasil, encontro-se areia quartzosa, areia carbonática, fragmentos de concha, Lithothanmium e Halimedas. Os fragmentos de concha apresentaram as maiores concentrações totais de metais, enquanto Lithothanmium apresentou o maior teor de carbonato. Há uma forte correlação entre ferro e manganês na amostras de água e em todas as frações de sedimentos analisadas, sendo que nestas a relação média entre estes elementos é da ordem de 1:25. Existe forte correlação entre cromo e carbonato nas amostras que apresentam teor de carbonato maior que 20%. As amostras de areia quartzosa, fragmentos de concha e Halimedas, apresentam-se muito semelhantes quanto à distribuição de ferro, manganês, zinco e cromo. Existe forte correlação nas amostras de sedimento, assim como nas amostras de água, entre ferro, manganês, zinco, correlacionando-se também nas amostras de sedimento com o chumbo. As 8 concentrações de metais nas amostras de água apresentaram-se relativamente baixas em se comparando com as amostras de sedimento. Nas amostras de água as concentrações de cromo e chumbo estão abaixo do limite de detecção.

Uma janela tropical: análise do desempenho luminoso de ambientes com aberturas sombreadas para o clima de Natal/RN

This master thesis introduces assessment procedures of daylighting performance in office rooms with shaded opening, recommendations for Natal-RN (Latitude 05,47' S, Longitude 35,11' W). The studies assume the need of window exterior shading in hot and humid climate buildings. The daylighting performance analyses are based on simulated results for three levels of illuminance (300,500 e 1000 lux) between 08h00 e 16h00, in rooms with 2,80 m height, 6 m large and 4 m, 6 m e 8 m depths, with a centered single opening, window wall ratio (20%, 40% e 60%), four orientations (North, East, South and West), and two types of sky (clear and partially cloudy). The sky characteristics were statistically determined based on hourly data from INPE-CRN solar and daylighting weather station. The lighting performance is resulted from dynamic computer simulation of 72 models using Troplux 3.12. The simulation results were assessed using a new parameter to quantify the use of interior daylighting, the useful percentage of daylight (PULN), which corresponds to the time fraction with satisfactory light, in accordance with the illuminance design. The passive zone depths are defined based on the PULN. Despite the failures of illuminance data from the weather station, the analyses ratified the high potential of daylighting for shaded rooms. The most influential variables on the lighting performance are the opening size and the illuminance of design, while the orientation is a little influential

Utilização da macroalga Ulva lactuca linnaeus na redução de nutrientes (NH4+,NO3- e PO4-2) provenientes da carcinicultura

Dentre as macroalgas capazes de absorver altas concentrações de N e P dissolvidos na água, destaca-se a Chlorophyta Ulva lactuca, bastante adaptável e resistente às adversidades ambientais, como grandes variações de temperatura, salinidade, matéria orgânica e metais pesados. Trata-se também de uma espécie bastante comum nas áreas intertidais do litoral norte-riograndense. Devido a suas características ecológicas, fisiológicas e nutricionais, foi avaliado nesse estudo, o seu potencial como biofiltro na redução de NH4+, NO3- e PO4-2, tanto em condições controladas como também em um viveiro de camarão. No experimento laboratorial, foram utilizados quatro aquários de vidro de 30 x 20 x 20cm com 10L de água, sendo três aquários experimentais contendo 20g de U. lactuca e um controle. O acréscimo de biomassa foi de 2,92g (22,92 ± 6,29g; p < 0,05) em relação ao inóculo inicial de 20g, sob temperatura (28,50 ± 0,58ºC), salinidade (35,00 ± 0,00 ), pH (8,26 ± 0,02) e luz constante (250 μmol.m2s-1). O crescimento positivo (1,78 ± 4,38%dia-1; p < 0,05), juntamente com a alta eficiência de absorção de amônio (83%; p < 0,001), nitrato (83%; p < 0,001) e ortofosfato (53%; p < 0,001), demonstrou que, nessas condições, a Ulva lactuca absorveu os nutrientes e aumentou sua biomassa. Já no experimento de campo, realizado na fazenda TECNARÃO, situada no município de Arez/RN (06° 11 40 Latitude Sul, e 35º 09 37 Longitude Oeste), foram utilizadas três gaiolas de PVC, posicionadas a 12cm da superfície da água, cada uma com dimensões de aproximadamente 59 x 59 x 15cm, onde foram colocadas 200g de U. lactuca. O ganho de biomassa de 3g (203,00 ± 41,02g; p < 0,001) foi muito semelhante às condições controladas, demonstrando a adaptabilidade da espécie em condições ambientais variáveis, onde, apesar da temperatura pouco variável (27,45 ± 0,64ºC), houve progressiva diminuição de salinidade (25 - 15 ), devido ao período de fortes chuvas (34,70 ± 23,78mm). Somado a isso, foram observados vários fatores biológicos interferindo no viveiro, como a presença de epífitas, organismos endofíticos, fouling e a herbivoria por parte dos próprios camarões. Houve aumento nas concentrações de NH4+ (4,36 ± 1,69 μmol.L-1), NO3- (0,17 ± 0,25μmol.L-1) e PO4-2 (0,41 ± 0,13μmol.L-1), coincidindo com o crescimento da espécie até a terceira semana. Todos os parâmetros ambientais analisados, assim como a biomassa e a Taxa de Crescimento Relativo (TCR), obtidos no campo, apresentaram variações altamente significativas (p < 0,001). As correlações observadas entre biomasa e NH4+ (r = 0,82; p < 0,001) e entre biomassa e PO4-2 (r = 0,87; p < 0,001), indicam que esta espécie é capaz de ter um crescimento satisfatório nas condições eutróficas de um viveiro de camarão, sendo possível seu uso como biofiltro.

Períodos de interferência das plantas daninhas em algodoeiro de fibra colorida ‘BRS Safira’

This study aimed to determine the late-season presence of weeds in reddish brown cotton (cultivar BRS Safira) and the critical times for removing weeds. The experiment was carried out in the area of Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) in Missao Velha-CE, Brazil, located at 7 degrees 42'07" S latitude and 39 degrees 24'18" WGr. longitude, during the 2007/2008 season. The treatments consisted of two control groups: weed-free crop during the initial period after crop emergency, and crop kept with weeds during initial period after plant emergency. Both consisted, 0; 20; 40; 60; 80 e 120 days after crop emergency (DAE), the weed community was evaluated by two phytosociological indices (relative dominance and relative importance). Regression analysis was performed as the model of sigmoidal Boltzman, using data from productivity separately within each type of competition, to identify the critical periods of competition, considering 2; 5 and 10% reduction in yield. The community of weeds was composed by 21 species, standing out among them: Richardia grandiflora, Amaranthus deflexus, Eleusine indica, Merremia aegyptia, Eragrotis pilosa, Cenchrus echinatus and Waltheria indica. Considering 2; 5 and 10% reduction in yield fiber as acceptable, the critical period before weed interference were, respectively, 8; 14 and 20 DAE. The critical period of weed interference, for those same levels of losses, were respectively, 100; 82 and 60 days.

Soil water evaporation under densities of coverage with vegetable residue

O presente estudo foi realizado no Instituto Agronômico do Paraná (IAPAR), em Londrina, Estado do Paraná (latitude de 23º18'S, longitude de 51º09'W e altitude média de 585 m). O clima local, segundo a classificação do Köppen, é do tipo Cfa, ou seja, subtropical úmido, com chuvas em todas as estações, podendo ocorrer secas no período de inverno. Determinou-se a evaporação (E) da água do solo sob diferentes densidades de cobertura com resíduo da cultura de trigo. Os tratamentos foram instalados em lisímetros de pesagem de 2,66 m² e 1,3 m de profundidade, que permitem determinar E por diferença de massa com precisão equivalente a 0,1 mm em intervalos de uma hora. Os tratamentos consistiram em 0; 2,5; 5 e 10 t ha-1 de resíduos da cultura do trigo, colocadas de forma homogênea em cada lisímetro. No primeiro ciclo (22/09 a 20/10/2008), a redução de E em relação ao solo descoberto foi de 4; 15 e 24%, enquanto no segundo ciclo (01/12 a 30/12/2008), a redução foi de 15; 22 e 25%, respectivamente, para os tratamentos 2,5; 5 e 10 t ha-1.

Occurrence of Atta laevigata (Hymenoptera: Formicidae) in the South of Espirito Santo State, Brazil. Recently Introduced or Endangered Species?

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)