Mechanics of deformable glacier beds

My focus in this thesis is to contribute to a more thorough understanding of the mechanics of ice and deformable glacier beds. Glaciers flow under their own weight through a combination of deformation within the ice column and basal slip, which involves both sliding along and deformation within the bed. Deformable beds, which are made up of unfrozen sediment, are prevalent in nature and are often the primary contributors to ice flow wherever they are found. Their granular nature imbues them with unique mechanical properties that depend on the granular structure and hydrological properties of the bed. Despite their importance for understanding glacier flow and the response of glaciers to changing climate, the mechanics of deformable glacier beds are not well understood.

Our general approach to understanding the mechanics of bed deformation and their effect on glacier flow is to acquire synoptic observations of ice surface velocities and their changes over time and to use those observations to infer the mechanical properties of the bed. We focus on areas where changes in ice flow over time are due to known environmental forcings and where the processes of interest are largely isolated from other effects. To make this approach viable, we further develop observational methods that involve the use of mapping radar systems. Chapters 2 and 5 focus largely on the development of these methods and analysis of results from ice caps in central Iceland and an ice stream in West Antarctica. In Chapter 3, we use these observations to constrain numerical ice flow models in order to study the mechanics of the bed and the ice itself. We show that the bed in an Iceland ice cap deforms plastically and we derive an original mechanistic model of ice flow over plastically deforming beds that incorporates changes in bed strength caused by meltwater flux from the surface. Expanding on this work in Chapter 4, we develop a more detailed mechanistic model for till-covered beds that helps explain the mechanisms that cause some glaciers to surge quasi-periodically. In Antarctica, we observe and analyze the mechanisms that allow ocean tidal variations to modulate ice stream flow tens of kilometers inland. We find that the ice stream margins are significantly weakened immediately upstream of the area where ice begins to float and that this weakening likely allows changes in stress over the floating ice to propagate through the ice column.

Levantamento e estudo das ocorrências de grafita do Distrito Grafitífero Aracoiába-Baturité, CE

O Distrito Grafitífero Aracoiába-Baturité apresenta depósitos do tipo gnaisse grafitoso (minério disseminado) e veio (minério maciço) com diferentes origens genéticas e com características físicas e ambientes geológicos de formação próprios. O minério tipo gnaisse grafitoso é de origem sedimentar, singenético, com teores de 1,5 a 8% de C, que se distribuem ao longo de duas extensas faixas paralelas, hospedadas na Subunidade Baturité, que constitui um importante metalotecto regional. A associação de grafita metamórfica disseminada em metassedimentos da Sequência Acarápe constitui um geoindicador de antiga bacia sedimentar neoproterozóica e, também, pode ser considerado como zona de geosutura resultante do subsequente fechamento de um oceano primitivo. As rochas desta subunidade correspondem na paleogeografia da Sequência Acarápe aos fácies de sopé de talude e de planície abissal. O minério tipo veio (fluido depositado) é epigenético e, com teores entre 20% e 70% de C, forma corpos tabulares e bolsões, controlados em escala local por estruturas de alívio (falhas, fraturas, zonas de contato, eixos de dobras etc.) que permitiram a percolação de soluções penumatolíticas relacionadas ao corpo plutônico de Pedra Aguda. As variações dos valores das relações entre isótopos estáveis de carbono (δ13C) na grafita do minério disseminado são de -26,72 a -23,52 e do minério maciço de -27,03 a -20,83, revelando sinal de atividades biológicas (bioassinaturas) e permitem afirmar que a grafita das amostras acima são derivadas de matéria orgânica. Foram apresentados os principais guias de prospecção para grafita e testados os seguintes métodos geofísicos: Eletro-Resistividade; GPR - Ground Penetrating Radar; Magnetometria; VLF (Very Low Frequency); e Polarização Induzida Espectral (IPS) / Resistividade (ER). A conjugação dos métodos de Polarização Induzida Espectral (IPS) e Eletro Resistividade (ER) foi o que demonstrou a melhor eficiência. Com relação à determinação do teor de carbono por termogravimetria (ATG), que é o método mais utilizado para este elemento. Verificou-se, que as faixas de queima atribuídas ao carbono no minério do Distrito de Aracoiába-Baturité (340 a 570C e de 570 a 1050C) eram diferentes das faixas do minério de Minas Gerais (350C a 650C e 650C a 1.050C). Esta constatação indica a necessidade de se determinar previamente as faixas de temperatura para cada região pesquisada.

Weighted least-squares phase unwrapping algorithm based on derivative variance correlation map

Among different phase unwrapping approaches, the weighted least-squares minimization methods are gaining attention. In these algorithms, weighting coefficient is generated from a quality map. The intrinsic drawbacks of existing quality maps constrain the application of these algorithms. They often fail to handle wrapped phase data contains error sources, such as phase discontinuities, noise and undersampling. In order to deal with those intractable wrapped phase data, a new weighted least-squares phase unwrapping algorithm based on derivative variance correlation map is proposed. In the algorithm, derivative variance correlation map, a novel quality map, can truly reflect wrapped phase quality, ensuring a more reliable unwrapped result. The definition of the derivative variance correlation map and the principle of the proposed algorithm are present in detail. The performance of the new algorithm has been tested by use of a simulated spherical surface wrapped data and an experimental interferometric synthetic aperture radar (IFSAR) wrapped data. Computer simulation and experimental results have verified that the proposed algorithm can work effectively even when a wrapped phase map contains intractable error sources. (c) 2006 Elsevier GmbH. All rights reserved.

基于电光材料的光学相控阵技术研究进展

综述了基于电光材料的光学相控阵(OPA)的研究进展。介绍了光学相控阵技术的基本原理以及不同电光材料(铌酸锂电光晶体,AlGaAs光波导,液晶和掺镧锆钛酸铅(PLZT)电光陶瓷)光学相控阵技术的基本构想和涉及的关键技术;着重介绍近年来基于PLZT电光陶瓷材料光学相控阵技术的发展情况以及在这方面的最新研究成果,包括单级相控阵、级联相控阵、不同电极结构(表面电极和上下电极结构)相控阵技术等;最后简要介绍了光学相控阵技术在激光雷达等军事领域中的应用。

基于菲佐干涉仪与多通道光电倍增管阵列的多普勒频移检测技术

提出了基于菲佐干涉仪和多通道光电倍增管(PMT)阵列探测器组合的多普勒频移检测的方案, 适用于风速测量的直接探测多普勒激光雷达。首先介绍了工作原理, 再根据菲佐干涉仪光谱特征对频移检测用干涉仪进行了优化设计, 优化设计的菲佐干涉仪腔长150mm、平板反射率0.755。对提出的菲佐干涉仪和多通道光电倍增管阵列探测器组合的方案进行了数值模拟, 以分子散射作为背景噪声, 计算了该方法的风速测量误差。模拟结果表明, 设计的基于菲佐干涉仪的直接探测多普勒测风激光雷达, 在30 s的积分时间内、探测高度5 km以下,

Acoplamento de simulador de imagens SAR a interpretador MPI para estimação do espectro direcional de ondas.

O protótipo de uma interface gráfica para análise de imagens SAR (radar de abertura sintética - da sigla em inglês (Synthetic Aperture Radar) vem sendo desenvolvido e aperfeiçoado. Em seu estágio atual, a ferramenta é capaz de extrair o espectro direcional de ondas e o campo de ventos de imagens ERS 1&2. Dentre as diversas abordagens empregadas no desenvolvimento do protótipo, pode-se citar a avaliação da metodologia atualmente utilizada na interpretação das imagens. Neste sentido, é apresentada uma proposta de geração de imagens SAR sintéticas, de forma a viabilizar a avaliação do método de extração de parâmetros meteo-oceanográficos a partir do acoplamento do simulador de imagens com o interpretador utilizado no protótipo. Uma comparação detalhada entre os valores empregados para simulação e os resultados sacados da interface torna possível identificar possíveis deficiências e indicar aperfeiçoamentos ao método. Desta forma, o presente trabalho, além de discutir o protótipo para análise de imagens SAR, apresenta o desenvolvimento do acoplamento do simulador de imagens. Os resultados obtidos indicam que o acoplamento atingiu parcialmente seu objetivo apresentando bons resultados na interpretação das direções. Porém, ainda há algumas questões a serem avaliadas para a obtenção de resultados mais consistentes.

Simplified Formulae for the Estimation of Offshore Wind Turbines Clutter on Marine Radars

The potential impact that offshore wind farms may cause on nearby marine radars should be considered before the wind farm is installed. Strong radar echoes from the turbines may degrade radars' detection capability in the area around the wind farm. Although conventional computational methods provide accurate results of scattering by wind turbines, they are not directly implementable in software tools that can be used to conduct the impact studies. This paper proposes a simple model to assess the clutter that wind turbines may generate on marine radars. This method can be easily implemented in the system modeling software tools for the impact analysis of a wind farm in a real scenario.

Aspects of quality control of wind profiler measurements in complex topography

It is well known in the scientific community that some remote sensing instruments assume that sample volumes present homogeneous conditions within a defined meteorological profile. At complex topographic sites and under extreme meteorological conditions, this assumption may be fallible depending on the site, and it is more likely to fail in the lower layers of the atmosphere. This piece of work tests the homogeneity of the wind field over a boundary layer wind profiler radar located in complex terrain on the coast under different meteorological conditions. The results reveal the qualitative importance of being aware of deviations in this homogeneity assumption and evaluate its effect on the final product. Patterns of behavior in data have been identified in order to simplify the analysis of the complex signal registered. The quality information obtained from the homogeneity study under different meteorological conditions provides useful indicators for the best alternatives the system can offer to build wind profiles. Finally, the results are also to be considered in order to integrate them in a quality algorithm implemented at the product level.

Cenários de mudanças climáticas usando modelagem dinâmica na Bacia do Alto Taquari.

A região Centro-Oeste do Brasil tornou-se nos últimos 40 anos grande produtora de grãos e carne bovina. As condições edafoclimáticas, o sistema de manejo do solo e o descumprimento de leis ambientais trouxeram conseqüências drásticas à região como o agravamento do processo hídrico erosivo, principalmente na Bacia do Alto Taquari (BAT). Cerca de 90% da BAT localiza-se na porção norte do estado de Mato Grosso do Sul (MS), porém os efeitos do transporte de sedimentos e volume de água são refletidos a jusante dos rios, na Bacia do Pantanal. Utilizando-se pressupostos do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC) foram estabelecidos cenários de mudanças climáticas na Bacia do Alto Taquari, visando identificar áreas com maior vulnerabilidade ao processo erosivo em função de pressões de uso da terra. Usando a modelagem dinâmica no TerraME (Environment Modeling) foram gerados cenários topopluviais até 2100, considerando-se para a temperatura do ar média anual um aumento de 1C, em cenário otimista e, em pessimista, elevações térmicas de 3C. Para a precipitação pluvial média anual um cenário foi com aumento de 15% e outro com reduções de 15%. Os dados foram espacializados no ArcGis 9.2 e exportados para o TerraView 3.2, criando-se espaços celulares e integrando-se com as informações do modelo digital do terreno do Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) para geração dos mapas topoclimáticos e simulações de cenários no TerraMe. Os resultados apontam que 85% da área da BAT nas condições atuais as temperaturas médias variam entre 23,6 a 25,7C. As simulações térmicas no cenário otimista indicam que em 40 anos as temperaturas tendem a superar o maior limite térmico médio nas áreas ao longo do rio Taquari, no sentido Oeste-Leste. Esses valores evidenciam elevações nas taxas evapotranspiratórias de matas ciliares, indicando reduções na vazão do Taquari. Em cenário pessimista essas temperaturas antecipam sua ocorrência, em um prazo de 20 anos. Os cenários com acréscimo de 15% na precipitação pluvial mostram aumentos no volume de água precipitada na parte norte da Bacia, região mais vulnerável aos problemas de erosão hídrica. Cenários do regime térmico-hídrico apontam áreas mais sensíveis às mudanças climáticas na parte oeste da BAT e impactos ambientais também na Bacia do Pantanal. Conclui-se que o TerraME é indicado para gerar cenários de mudanças climáticas em bacias hidrográficas.

Evolução Quaternária da Baixada de Jacarepaguá a partir de perfis GPR

O trabalho presente tem como enfoque o estudo da evolução quaternária da Baixada de Jacarepaguá situada no estado do Rio de Janeiro através do uso do método GPR (Ground Penetrating Radar). Os numerosos estudos feitos na Baixada de Jacarepaguá, baseados nas curvas de variação do nível do mar em diferentes setores da costa Brasileira (MARTIN et al. 1985) e datações ao radiocarbono contribuíram na elaboração de um modelo evolutivo no Pleistoceno e no Holoceno. Esse modelo mostra em primeiro lugar episódios transgressivos em 7000-5100 anos BP, 3900-3600 anos BP e 2700-2500 anos BP e episódios regressivos a 5100-3900 anos BP, 3600-2700 anos BP e depois de 2500 anos BP. Esses episódios de variações do nível relativo do mar tiveram por consequência a constante evolução da Baixada de Jacarepaguá do estado de ilha-barreira com uma e depois duas barreiras (interna e externa), fruto da inundação da planície por invasão marinha em episódios transgressivos, a um estado de planície costeira emersa em episódios regressivos com barreira progradante direção ao mar e processos erosivos associados. Esse modelo evolutivo não inclui dados processados obtidos com o GPR, método que permite por impulsos eletromagnéticos de alta freqüência gerar um perfil de refletores baseado nas descontinuidades elétricas na subsuperficie. Os perfis levantados e processados nesse trabalho permitiram confirmar esse modelo evolutivo, mostrando uma sucessão de migração do perfil de praia e geometria sedimentar associada em resposta as numerosas variações eustática local.