INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

Un consorcio de más de 200 científicos provenientes de 38 grupos de investigación de 15 estados brasileños, con el apoyo de 12 instituciones de 11 países, está involucrado en el 2º proyecto INCT-Cambios Climáticos (INCT-MC). Este nuevo proyecto es continuidad del INCT-MC anterior (2009 a 2014) y se basa en los resultados científicos y tecnológicos obtenidos por él, donde se abordaron y desarrollaron los siguientes estudios: base científica de los cambios ambientales globales; impactos, adaptación, vulnerabilidad; mitigación y esfuerzos de innovación tecnológica en modelos del sistema climático, geo-sensores y sistema de prevención de desastres naturales. Más información sobre el INCT-MC anterior se puede obtener en: http://inct.ccst.inpe.br/. En esta continuación del INCT-MC se aplicarán los principales resultados científicos del INCT anterior. Entre ellos podemos mencionar la gran contribución científica para los informes del IPCC AR5 y el PBMC y también el refuerzo científico de la Red CLIMA. El INCT-MC anterior mostró, entre otras cosas, que los extremos de lluvia (similares a los que causaron las inundaciones y deslizamientos de tierra en la región serrana de Río de Janeiro en enero de 2011) están siendo más frecuentes e intensos desde 1950, pudiendo generar vulnerabilidad en áreas de alta densidad poblacional en el Sudeste de Brasil. Esta vulnerabilidad puede aumentar en el futuro si no se crean e implementan medidas de reducción de riesgos para los desastres naturales.

Coordinador: Tercio Ambrizzi

Financiadores: Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq), Coordinación de Perfeccionamiento de Personal de Nivel Superior (CAPES), Fundación de Amparo a la Investigación del Estado de São Paulo (FAPESP)

Como la energía proveniente del Sol participa de diversos procesos atmosféricos, los modelos de mesoescala para el pronóstico del tiempo estiman la radiación solar incidente en la superficie. Estas estimaciones encuentran aplicaciones en la agropecuaria, la arquitectura y el sector de la energía. En el sector energético, las previsiones de radiación solar a corto plazo pueden ser empleadas en las actividades de generación (operación de sistemas híbridos que utilizan energía solar) y de distribución de energía eléctrica (previsión de despacho de carga en líneas de transmisión). La descripción de la mayoría de los fenómenos atmosféricos a través de ecuaciones diferenciales implica en incertidumbres causadas por los métodos de modelación. Una estrategia para lidiar con las incertidumbres en los modelos numéricos de pronóstico es aplicar un modelo de salida estadística (MOS, del inglés Model Output Statistical), alimentado por los datos producidos por los modelos numéricos. La metodología MOS es una técnica de refinamiento de la pronóstico que consiste en determinar una relación estadística entre un predicador y variables previstas por un modelo numérico en diferentes horizontes de pronóstico. La utilización de esta técnica se viene presentándose como fundamental en la práctica operativa del pronóstico numérica. El proyecto propuesto tiene por meta desarrollar una metodología de modelación de alta resolución con uso del modelo WRF (Weather Research and Forecasting) para la estimación y pronóstico de irradiación solar en la superficie considerando las características climáticas y ambientales encontradas en el territorio brasileño, adoptando métodos de inteligencia artificial como la técnica de refinamiento estadístico y reducción de incertidumbres de las estimaciones y previsiones.

Coordinador: Fernando Ramos Martins (UNIFESP)

Financiador: Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq)

Coordinador: Fernando Ramos Martins (UNIFESP)

Financiador: Coordinación de Perfeccionamiento de Personal de Nivel Superior (CAPES)

El conocimiento de la variabilidad de los recursos energéticos en función de la variabilidad climática es relevante no sólo para la planificación energética del país, sino también para la evaluación de la viabilidad económica y detalle técnico de proyectos e inversiones en la producción e inserción de esas fuentes renovables en el sistema de distribución de la electricidad. Los estudios de viabilidad económica y de planificación energética deben tener en cuenta los impactos climáticos y ambientales de corto, mediano y largo plazo, como aumento o reducción de precipitación, aumento de la frecuencia de tormentas o cambios en la cobertura del suelo, etc. Por ejemplo, el aumento de la velocidad de vientos por encima de los valores de tolerancia especificados en el proyecto de una granja eólica puede impedir la producción de energía debido a los riesgos de daño al sistema mecánico de los aerogeneradores instalados. En consecuencia, pueden haber pérdidas económicas y técnicas si ese aumento no está previsto en el desarrollo del proyecto.

Coordinador: Fernando Ramos Martins (UNIFESP)

Financiador: Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq)

El principal objetivo de este estudio fue posibilitar la evaluación y caracterización de la variabilidad temporal de la cobertura de nubes y su influencia en el recurso solar incidente en la superficie, información importante para proyectos de sistemas de generación de energía que empleen tecnología solar. Para ello se desarrolló metodología para estimar la frecuencia de ocurrencia de cada valor de espesor óptico de nube para cualquier punto del territorio brasileño a partir de imágenes de satélite, generando estadísticas de frecuencia de nubes, traducidas en forma de índices específicos. Estos mapas regionales serán útiles para evaluar el impacto que la nebulosidad puede causar sobre diferentes plantas heliotérmicas, debido a la inercia térmica específica de cada planta, o incluso a la red de transmisión de energía, ya que permitirá inferir el espectro transitorio esperado para cada región.

Coordinador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Centro de Investigación y Desarrollo Leopoldo Américo Miguêz de Mello (CENPES)

La previsión de la disponibilidad de irradiación solar es de primordial importancia para las centrales generadoras fotovoltaicas y heliotérmicas, ya que son dependientes de factores meteorológicos. La escala considerada en las previsiones puede variar de minutos a días. El objetivo de este estudio fue el desarrollo y la integración de un sistema híbrido de predicción de irradiación solar a través de la combinación de diferentes metodologías. Se desarrollaron métodos de previsión por cámaras de imagen de cielo instaladas en suelo para un horizonte de 30 minutos a través de la proyección de movimiento de nubes. En el horizonte de 1 a 6 horas se utilizaron imágenes de satélite para la obtención de campos futuros de nubes y consecuentemente previsiones de irradiación solar a través de modelos de transferencia radiactiva. Por último, se utilizó la modelación meteorológica de mesoescala ajustada por redes neuronales artificiales para proporcionar previsiones en el horizonte de 12 a 72 horas. Los resultados fueron validados en una planta heliotérmica piloto desarrollada por instituciones asociadas del INPE. Se espera que los resultados traigan una ganancia de previsibilidad de la generación solar en el país, reduciendo riesgos y trayendo seguridad para la inserción de la generación solar en el sistema interconectado nacional.

Coordinador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Centro de Investigación y Desarrollo Leopoldo Américo Miguêz de Mello (CENPES)

Coordinador: Fernando Ramos Martins (UNIFESP)

Financiador: Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq)

Desarrollo de modelos de transferencia de la radiación solar en la atmósfera adaptados a las características del clima y condiciones ambientales estacionales específicas de las diversas regiones mesoclimáticas brasileñas, conjugando datos de satélite con datos de superficie, para generación de series sintéticas de radiación solar global, directa, difusa y directa normal en el nivel de la superficie terrestre con menor incertidumbre.

Coordinador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Centro de Investigación y Desarrollo Leopoldo Américo Miguêz de Mello (CENPES)

Este proyecto tuvo como objetivo consolidar la investigación del potencial de aprovechamiento eólico en reservorios hidroeléctricos teniendo en cuenta el escenario actual y los escenarios futuros proyectados por el IPCC, frente a la influencia del cambio climático. Este estudio (piloto) fue realizado para cuatro importantes reservorios hidroeléctricos en el estado de Minas Gerais: Furnas, Tres Marias, Itumbiara (divisa de Minas Gerais y Goiás) y Estreito (divisa de Minas Gerais y São Paulo).

Coordinador: Arcilan Treviseu (UNIFEI)

Financiador: Fundación de Amparo a la Investigación del Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)

El proyecto tiene como objetivo principal el establecimiento de una asociación de larga duración entre el grupo de Energía de Fuentes Renovables y Bioenergía del DIIAV / INPE y el grupo de Meteorología de la Energía de la Universidad de Oldenburg (EnMetOL), Alemania, para el desarrollo de métodos y herramientas de meteorología aplicadas específicamente a las demandas del sector energético en lo que se refiere a la variabilidad espacial y temporal del potencial energético de las fuentes solar y eólica. Los resultados y productos generados por esta asociación contribuirán a impulsar la inserción de fuentes renovables solar y eólica en la matriz energética. En el ámbito de este proyecto, parte del programa NOPA de la CAPES, se hizo énfasis en la calificación y formación de recursos humanos a través del intercambio de investigadores y estudiantes de doctorado, establecimiento de una agenda conjunta de actividades de investigación y el desarrollo de métodos y herramientas para prestación de servicios al sector de la energía.

Coordinador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Coordinación de Perfeccionamiento de Personal de Nivel Superior (CAPES)

El proyecto realizó estimaciones de los impactos de las alteraciones del clima futuro derivadas del calentamiento global en los potenciales de las energías solar y eólica de Brasil para los períodos 2010-2040, 2040-2070 y 2070-2100. El proyecto también pretendió poner a disposición pronósticos de estos impactos para tres escenarios de emisiones de gases de efecto invernadero: A2, B2 y A1B, según clasificación presentada en informes del IPCC.

Coordinador: Fernando Ramos Martins (UNIFESP)

Financiador: Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq)

Creación de modelo de transferencia radiactiva en la atmósfera que permita estimar la irradiación solar incidente en el territorio nacional de Chile con el procesamiento de imágenes de satélite, teniendo en cuenta sus condiciones geográficas y climáticas particulares. Para ello, el modelo Brasil-SR del INPE fue modificado y adaptado a las condiciones chilenas.

Coordinador: Rodrigo Escobar Moragas (Universidad de Chile)

Financiador: Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica (Cooperación)

Desarrollo de una metodología para el pronóstico de energía eólica de corto plazo adecuada a la región del Nordeste brasileño, baseada en las previsiones numéricas disponibles operacionalmente en el país y compatible con el clima tropical, permitiendo así que las plantas eólicas adquieran mayor competitividad y el sistema eléctrico sea gestionado de forma optimizada. Una de las mayores dificultades para el desarrollo de investigaciones sobre viento para fines de aprovechamiento eólico es la base de datos existente. Además de la escasez de datos anemométricos, hay también una laguna en términos de conocimiento de la capa límite atmosférica (CLA), principalmente en la región de mayor potencial, el Nordeste. El proyecto fue realizado a través de una asociación entre tres instituciones: UFAL, INPE y CTA.

Coordinador: Roberto Fernando da Fonseca Lyra

Financiador: Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq)

Generación y organización, en base de datos geo-referenciada, de información técnico-científica que contiene datos ambientales, datos de recursos renovables e información sobre tecnología e infraestructura disponible en Brasil.

Coordinador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA)

El subproyecto tiene como objetivo llevar a cabo un estudio sobre los impactos de los diferentes escenarios del cambio climático global sobre el flujo de radiación solar incidente y sobre el régimen de los vientos y así estimar cómo estos cambios cambiarán sus potenciales energéticos en Brasil a largo, mediano y corto plazo.

Coordinador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq)

Levantamiento de los recursos de energía solar en Brasil a través de la recolección, calificación y distribución de datos solares de la red nacional de recolección de datos ambientales SONDA y por la modificación del modelo de radiación BRASIL-SR para utilización de datos semi horarios de satélite.

Coordinador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Centro de Investigación y Desarrollo Leopoldo Américo Miguêz de Mello (CENPES)

Coordinador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Financiadora de Estudios y Proyectos (FINEP)

Coordinador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA)

En un escenario de cambios climáticos globales y de agotamiento de los ecosistemas, la creciente demanda de recursos naturales implica la adopción de nuevas prácticas en las actividades humanas. El concepto Nexus hace la lectura de la interrelación entre Agua, Energía y Alimento y como acciones pueden afectar sistemáticamente los tres elementos. Propone una gestión apropiada, basada en información y gobernanza, para garantizar la disponibilidad y el acceso a los recursos a largo plazo.

En Brasil, la cuenca del río São Francisco es un territorio emblemático para el concepto Nexus, donde el agua es demandada en la generación de energía, producción de alimentos y uso directo por la población. Los períodos de sequía intensifican la disputa por el agua, con efectos sociales, económicos y políticos. Al mismo tiempo, la irradiación solar es un recurso abundante en la región, con un nivel medio superior a 5 kWh/m²/día. Subutilizado hasta ahora, su uso para generar electricidad tiene potencial de reducir la reserva de agua, con posibilidad de alterar el índice de sostenibilidad de la región.

En este contexto, la investigación objetiva analizar escenarios de aplicación de tecnologías de fuente solar para generar electricidad en diferentes arreglos funcionales, económicos, espaciales y de uso de la tierra. Nexus y Evaluación de Ciclo de Vida serán herramientas metodológicas adoptadas para componer los escenarios y cuantificar los indicadores de recursos. Los escenarios tenderán a proporcionar información a la toma de decisiones y subsidiar la gobernanza y las políticas públicas apropiadas a la seguridad hídrica, energética y alimentaria en una región con asimetría en los usos de los recursos.

Estudiante: Érica Ferraz de Campos

Grado: Doctorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

El estudio de la nubosidad mediante cámaras de imagen instaladas en la superficie tiene como puntos positivos la resolución espacial de las nubes, del orden de decenas de metros, y la resolución temporal, que puede ser de segundos a unos minutos. La identificación y la clasificación de las nubes son importantes para varias áreas de la meteorología, y pueden contribuir a la comprensión de la evolución de los procesos convectivos, especialmente en períodos y situaciones de transición convectiva. Estos conocimientos pueden aplicarse a los modelos de transferencia radiativa y a las previsiones meteorológicas a corto plazo.

En este proyecto se realizará una revisión bibliográfica de los métodos existentes para la clasificación automática de nubes con cámaras de imagen implementando técnicas de aprendizaje automático, lo que permitirá estimar los futuros campos de nubes, evaluando los procesos de convección superficial y profunda. La erosión de la capa límite nocturna y la evolución de la capa límite convectiva a primera hora de la mañana también se benefician de estos resultados. La validación se realizará a partir de los datos e imágenes recogidos en dos experimentos, procedentes del GoAmazon 2014/5, realizado en la Amazonia, y de la red SONDA en varias localidades de Brasil, en particular en el Valle del Paraíba. La metodología permitirá la clasificación automática de las imágenes, además de la caracterización de su evolución.

Estudiante: Vinicius Roggério da Rocha

Grado: Doctorado

Orientador: Gilberto Fisch

Financiador: CAPES

Los módulos fotovoltaicos en general han sido evaluados bajo condiciones muy bien controladas teniendo en cuenta el espectro solar estándar según la norma ASTM G-173-03, elaborada con datos de Norteamérica. Considerando que el clima norteamericano es particular para esa región y que el espectro en el campo tiende a variar durante el año, se puede afirmar que tal evaluación puede no ser representativa para las condiciones encontradas en todo el territorio brasileño. Por lo tanto, este trabajo tiene como objetivo realizar una evaluación preliminar del efecto de las variaciones espectrales en el rendimiento de los módulos fotovoltaicos de seis tecnologías diferentes en una región particular de Brasil.

Estudiante: Guilherme Marques Neves

Grado: Doctorado

Orientadores: Enio Bueno Pereira / Waldeir Amaral Vilela

Financiador: CAPES

El sector energético es uno de los que más contribuye a las emisiones de gases de efecto invernadero. Los datos de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación indican que más del 30% de estas emisiones están asociadas a la producción de energía y calor. La generación de electricidad a partir de fuentes renovables depende de la evaluación previa de la disponibilidad y la variabilidad de los recursos asociados. Los modelos computacionales son una forma de obtener esta información con fines de planificación y gestión en este ámbito. Para ello, los modelos deben ser capaces de representar con precisión los fenómenos físicos, teniendo en cuenta los factores atmosféricos locales. Sin embargo, los modelos de transferencia radiativa empleados en los estudios de la irradiancia solar son limitados e ineficaces a la hora de separar la irradiancia global calculada en sus componentes normales directos y difusos.

Este trabajo tiene como objetivo implementar mecanismos para separar estos componentes y mejorar la modelización espectral adoptada en el modelo BRASIL-SR, cuya importancia en el país queda demostrada por su uso en la elaboración del Atlas Brasileño de Energía Solar. Las funcionalidades aquí propuestas permitirán que el modelo genere mapas más precisos de las componentes radiativas, contribuyendo a la planificación y desarrollo de la matriz energética brasileña basada en fuentes renovables y también con otros sectores de la sociedad para los cuales la evaluación espectral de la irradiancia solar es una información necesaria, como la salud (radiación ultravioleta) y la productividad agrícola (radiación fotosintéticamente activa), entre otros.

Estudiante: Antonio Maurício Zarzur

Grado: Doutorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

El sistema climático global presenta variaciones que afectan la disponibilidad de los recursos energéticos. El análisis de variabilidad de los recursos energéticos es de gran importancia para la planificación energética nacional, pudiendo además traer beneficios a otros sectores de la sociedad. Los estudios sobre la influencia de la variabilidad atmosférica sobre la disponibilidad de los recursos solar y eólico son escasos, principalmente para escalas interanuales e interdecadas. A partir de datos climáticos que comprenden reanálisis de modelos atmosféricos, imágenes de satélite y observaciones en superficie y utilizando técnicas de análisis estadístico multivariada, se pretende investigar, en conjunto, de qué manera los recursos solar, eólico e hidráulico varían sobre el territorio nacional, con énfasis en escalas estacionales e interanuales. Esta variabilidad temporal entre diferentes fuentes permite explorar posibles complementariedades, mientras que su variabilidad espacial permite cuantificar el efecto de suavizado de las curvas de carga, fenómeno de suma importancia en un país de dimensiones continentales como Brasil. Por lo tanto, se pretende identificar regiones favorables a la instalación de cada tipo de planta generadora a partir de modelos de optimización espacial, obteniéndose patrones de distribución de unidades generadoras que minimicen el riesgo de escasez de energía. Estudios de este tipo se vuelven gradualmente más relevantes en la medida en que se camina hacia una matriz eléctrica diversificada y se evidencian como fundamentales para la sostenibilidad de las principales economías del mundo. Se espera que los resultados de este trabajo constituyan otra fuente de información para dar soporte a las decisiones del gobierno en la planificación de la expansión del sistema eléctrico nacional.

Estudiante: André Rodrigues Gonçalves

Grado: Doctorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Inexistente

La investigación consiste en analizar las características espectrales de los materiales que componen las superficies urbanas en Brasil, su relación con el uso de la tierra y la demanda de energía. Tiene el objetivo de proporcionar informaciones técnicas que resulten en la atenuación del fenómeno de calentamiento de las áreas urbanas, denominado Isla de Calor. La metodología consiste en analizar el fenómeno en la escala del edificio y en la escala de las ciudades y a través de modelos y simulaciones promover la interacción con datos reales: materiales, métodos constructivos, clima y uso. El resultado de este proyecto pretende complementar informaciones sobre los factores que determinan la eficiencia energética de las ciudades, el bienestar humano y la preservación ambiental y proporcionar subsidios para la implantación de parámetros urbanísticos relacionados.

Estudiante: Fabiana Lourenço e Silva Ferreira

Grado: Doctorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

El modelo de transferencia radiativa BRASIL-SR fue desarrollado por LABREN/CCST/INPE y utiliza imágenes de satélite junto con datos climatológicos medios mensuales para calcular estimaciones de la irradiación solar incidente, lo que permite cartografiar los lugares adecuados para el uso de los recursos solares. Las estimaciones proporcionadas por el modelo se centran en los resultados mensuales y también en la transmitancia atmosférica calculada sólo para las medias horarias en el centro del intervalo mensual, debido al elevado coste computacional. A pesar de estar exhaustivamente validadas y presentar errores del mismo orden que otras herramientas computacionales de la literatura, las extrapolaciones realizadas implican valores de sesgo más elevados en las estimaciones de irradiancia horaria y diaria. Este trabajo tuvo como objetivo optimizar el rendimiento computacional del modelo BRASIL-SR en sistemas multinúcleo, mediante el uso de directivas de paralelización de OpenMP con programación de los bucles y cambio en los datos de entrada y salida al formato NetCDF. El tiempo de procesamiento del modelo BRASIL-SR se redujo de 27 horas a 1 hora y 30 minutos, utilizando 24 hilos. También se investigaron otras técnicas de optimización tradicionales, como el bloqueo y la vectorización, pero no presentaron una mejora del rendimiento debido a la estructura del código del modelo. Con el resultado inicial de esta investigación, fue posible cambiar el modo de cálculo de la transmitancia, que antes se calculaba para el centro del intervalo mensual, por el cálculo de la transmitancia diaria. Se desarrolló un script para realizar el preprocesamiento y el procesamiento del modelo, obteniendo un tiempo total de preprocesamiento y procesamiento de 1 hora y 40 minutos, una mejora del 3700%. El uso del modelo paralelizado con OpenMP, junto con los scripts de Python desarrollados para la operacionalización del modelo, será determinante para el desarrollo de modelos de predicción de irradiación solar a corto y muy corto plazo, siendo de extrema relevancia para la toma de decisiones de diversos actores, como por ejemplo el Operador del Sistema Eléctrico Nacional.

Disponible en Producción / Tesis y Dissertaciones

Estudiante: Jefferson Gonçalves de Souza

Grado: Maestría

Orientador: Celso Luiz Mendes / Rodrigo Santos Costa

Financiador: CAPES

La variabilidad de la energía solar es una de las cuestiones más importantes en la integración de la energía solar en la red de energía. El desarrollo de métodos de estimación del movimiento de las nubes y de la consiguiente flotabilidad en la generación de energía hacen de este estudio de gran importancia para el sector energético brasileño. De esta forma, el trabajo tuvo como objetivo clasificar y estudiar las nubes en diferentes regiones del territorio brasileño, utilizando ilustradores del cielo, para un conocimiento climatológico regional y posibles previsiones a corto plazo del movimiento de las mismas.

Estudiante: Eduardo Weide Luiz

Grado: Doctorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiadores: CAPES / CNPq

El objetivo del trabajo fue realizar una evaluación cuidadosa para la estimación y previsión de corto plazo y alta resolución del potencial eólico en alta resolución espacial a través de simulaciones con dos versiones del modelo WRF (WRF-Real y WRF-LES) para algunas regiones del Nordeste de Brasil.

Estudiante: Lucía Iracema Chipponelli Pinto

Grado: Doctorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

Siendo de conocimiento que Brasil posee un enorme potencial del recurso de energía solar, el presente proyecto se propuso desarrollar una metodología para la previsión estacional de irradiación solar, buscando la explotación comercial de plantas fotovoltaicas, con el propósito de contribuir con la planificación energética del país, reducir la necesidad de operación de plantas termoeléctricas que utilizan combustibles fósiles y amenazar los riesgos a la seguridad energética nacional. Esto se hizo mediante un enfoque que involucra el tratamiento de datos históricos, el modelado numérico y el uso de redes neuronales artificiales, a fin de buscar un análisis conjunto de la información obtenida.

Estudiante: Maria Francisca Azeredo Velloso

Grado: Doctorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

Se realizó el estudio de variaciones y cambios climáticos de los vientos extremos mínimos y máximos a 10m a partir de la base de datos de viento a 10m de los aeródromos brasileños y del downscaling para América del Sur del modelo global HadCM3 hecho por el modelo regional ETA climático para el escenario futuro de 2010 a 2100 del escenario A1B del IPCC AR4. Se hizo también una corrección del sesgo de las salidas del modelo EtaHadCM3 empleando el método de Redes Neurales Artificiales.

Estudiante: Marcelo Pizzuti Pes

Grado: Doctorado

Orientadores: Enio Bueno Pereira / José A. Marengo

Financiadores: INCT / CAPES

El modelo WRF fue utilizado para generar predicciones de radiación solar en superficie para el Nordeste brasileño, las cuales fueron ajustadas por modelos estadísticos basados en regresiones lineales múltiples y redes neuronales artificiales.

Estudiante: Francisco José Lopes Lima

Grado: Doctorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiadores: CAPES / CNPq

La investigación tuvo como objetivo desarrollar metodologías para estimar parámetros de nebulosidad utilizando datos de irradiación de onda larga incidente en la superficie, junto con datos meteorológicos medidos en estaciones de superficie en dos localidades, Brasilia (DF) y Petrolina (PE). La primera metodología empleó conceptos de física atmosférica para la estimación de la fracción de cobertura de nubes y presentó comportamiento similar a la climatología de las localidades estudiadas. El segundo método propuso la utilización de Redes Neurales Artificiales para la estimación del Coeficiente de Cobertura Efectiva de Nubes y presentó buena correlación con las mediciones satelitales. Además, el método logró evaluar bien las no linealidades de la estimación, cuando comparado con métodos lineales como Regresión Lineal Múltiple.

Estudiante: Eduardo Weide Luiz

Grado: Maestría

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

Las estimaciones de los campos de irradiación solar superficial se realizaron para el territorio del noreste brasileño en los años 2008 a 2011. Para este propósito, se utilizó un método de estimación basado en la interpolación de Kriging. Para evaluar su rendimiento, se realizó una intercomparación de los valores estimados por interpolación con valores medidos en puntos de muestreo representados por plataformas de recolección de datos (PCDs) y estimaciones realizadas por el modelo físico de transferencia radiativa Brasil-SR. La evaluación se realizó utilizando índices estadísticos aliados al método de validación cruzada y el análisis visual de mapas de la variabilidad espacial de la irradiación solar.

Estudiante: Roque Magalhães Brito dos Santos

Grado: Maestría

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

Diversos estudios han demostrado, a lo largo de las últimas décadas, que en realidad la radiación solar que llega a la superficie terrestre no permanece inalterada a lo largo de las décadas, pero sufre aumentos y disminuciones conocidos como solar brightening y solar dimming, respectivamente. Sin embargo, la escasez de datos de radiación solar medidos en superficie a largo plazo en Brasil sigue siendo un problema para la evaluación de la ocurrencia de estos fenómenos. En este estudio se propuso evaluar las tendencias de la nebulosidad, el principal factor modulador de la radiación solar, a través del estudio de la variabilidad espacio-temporal del coeficiente de cobertura de nubes, determinado a través de imágenes satelitales. Con el fin de hacerlo, se desarrollaron métodos de estimación de las radiancias de cielo claro y encubierto, necesarias para estimar el coeficiente de cobertura efectiva de nubes. La radiación de cielo claro se determina a través del histograma de frecuencias de la radiancia visible medida por los satélites, asignándose a ella el valor más frecuente observado en una determinada área de las imágenes en el período de un trimestre. La radiación de cielo encubierta, a su vez, es determinada a través de un ajuste que relaciona la textura de la parte superior de las nubes, a través de la desviación estándar de la radiancia visible cuya medida de infrarrojo es superior a 280 K, con la geometría sol-pixel-satélite . El coeficiente de cobertura de nubes fue estimado para todas las imágenes de los satélites GOES-8, GOES-10 y GOES-12, en los horarios 1145, 1445, 1745 y 2045 GMT, en el período de 1999 a 2012. Se evaluaron las tendencias los coeficientes a través del empleo del test no paramétrico de Mann-Kendall, con un nivel de significancia del 5%.

Estudiante: Márcio Cecconi

Grado: Maestría

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

La influencia de los aerosoles atmosféricos en la cuantificación del recurso solar se evaluó a partir de tres fuentes de datos de visibilidad horizontal: la base climatológica del modelo, la interpolación de los valores de visibilidad de 105 aeropuertos en Sudamérica y las estimaciones de visibilidad obtenidas a través del espesor óptico de los aerosoles procedente del modelo CATT-BRAMS. Las simulaciones que utilizaron los datos de visibilidad horizontal observados en los aeropuertos presentaron mejoras más significativas en los valores de las estimaciones de irradiación global, mientras que los resultados de las simulaciones con la base de visibilidad horizontal estimada presentaron un mejor desempeño en los meses y en las regiones donde había una elevada carga de aerosoles, con disminuciones puntuales de sesgo y RMSE de hasta un 11%. Incluso cuando las nuevas bases no indicaron mejoras, los valores de error fueron cercanos a los obtenidos en las integraciones del modelo que utilizaron la visibilidad horizontal climatológica.

Estudiante: Rodrigo Santos Costa

Grado: Doctorado

Orientadores: Enio Bueno Pereira / Fernando Ramos Martins

Financiadores: CAPES / CNPq

Las salidas del modelo ETA fueron ajustadas por modelos estadísticos basados en regresiones lineales múltiples y redes neuronales artificiales para la previsión de viento en superficie (50 m). Los resultados mostraron una ganancia significativa en las correlaciones y reducción de los errores en la previsión de viento en un horizonte de 36 horas.

Estudiante: André Rodrigues Gonçalves

Grado: Maestría

Orientadores: Enio Bueno Pereira / Fernando Ramos Martins

Financiador: CAPES

El trabajo desarrolló una nueva metodología de análisis, representación del conocimiento visual y clasificación de los patrones atmosféricos a partir de los valores de los píxeles de imágenes obtenidas en la superficie. La metodología pretende sustituir a los observadores sinópticos (OS) que clasifican el cielo a partir de conocimiento tácito y criterios subjetivos. Los métodos de análisis planteados en la literatura especializada y en los equipos disponibles comercialmente utilizan un enfoque binario de los resultados y la simplificación matemática. La metodología propuesta establece un dominio de tarea adecuado para mapear los datos representados por los valores de los píxeles en conocimiento, necesario para la clasificación de los patrones basados ​​en la teoría de la física atmosférica. Los resultados preliminares indicaron que la metodología propuesta es superior a la principal técnica existente en la literatura especializada en los siguientes aspectos: modelación matemática más rigurosa, discriminación precisa de los patrones atmosféricos observables en las imágenes, invariancia en relación al ángulo de incidencia solar (brillo), comparación de las imágenes con sensores de radiación solar y la identificación de otros fenómenos atmosféricos a partir de las mismas imágenes.

Estudiante: Sylvio Luiz Mantelli Neto

Grado: Doctorado (Ingeniería y Gestión del Conocimiento)

Orientadores: Aldo von Wangenheim / Enio Bueno Pereira

Financiador: Inexistente

El trabajo consistió en desarrollar una metodología para evaluar los impactos del cambio climático sobre el potencial eólico en la región Sur de Brasil. Para este estudio, se utilizaron series climatológicas observacionales, reanálisis ERA40 de 1960 a 2007 y las proyecciones del modelo climático ETA HadCM del CPTEC, para el escenario climático A1B hasta 2100.

Estudiante: Marcelo Pizzuti Pes

Grado: Maestría

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

La Isla de Marajó, en el estado de Pará, región norte de Brasil, presenta un bajo nivel de desarrollo económico en comparación con otras regiones del país. Entre otros factores que limitan este desarrollo está la baja disponibilidad de energía que, en la actualidad, proviene exclusivamente de termoeléctricas en sistemas aislados. Este trabajo tuvo como objetivo hacer un relevamiento preliminar sobre la viabilidad de la generación de energía eólica en la región. Los resultados indicaron que los mejores vientos ocurren en los meses de septiembre a noviembre a lo largo de la región costera, en la parte norte-noreste de la isla. Para esa región se verificó un potencial eólico medio de 151 W/m² y un factor de forma de 1,7. Basándose en los datos de viento obtenidos por el modelo ETA y empleando el paquete comercial WasP de análisis de sistemas eólicos, se desarrolló un escenario de empleo de la energía eólica en esquema de cogeneración con las termoeléctricas hoy instaladas en la región.

Estudiante: Eliude Introvini da Cruz Segundo

Grado: Maestría

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CNPq

Las salidas del modelo ETA fueron ajustadas por modelos estadísticos basados en regresiones lineales múltiples y redes neuronales artificiales para la predicción de la radiación solar en superficie, evidenciando ganancias en la aplicación de modelos estadísticos en el post-procesamiento de modelos atmosféricos.

Estudiante: Ricardo André Guarnieri

Grado: Maestría

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CNPq

El trabajo describe el desarrollo del prototipo de un sistema de mapeo automático de la fracción de cobertura de nubes y los primeros resultados obtenidos. Se utilizó un sistema que consiste en una cámara digital marca Pixera, modelo PCS20232, operando en el rango de radiación visible, junto con una lente gran angular FCE8 de fabricación de Nikon con una abertura nominal de 178°. Los resultados encontrados fueron comparados con la transmitancia atmosférica (Kt) y la razón entre la radiación solar global y la difusa (Kd), además del modelo BRASIL-SR, que estima la radiación solar en superficie. Se emplearon, comparativamente, como entrada del modelo, las fracciones de nubes generadas por el nuevo sistema imageador y datos obtenidos por el satélite GOES-8. Los resultados mostraron diferencias importantes que se atribuyeron al hecho de que los datos obtenidos por el imageador no contienen información sobre la profundidad óptica de las nubes.

Estudiante: Mariza Pereira de Souza Echer

Grado: Doctorado (Geofísica Espacial)

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CNPq

En este trabajo se evaluaron, desarrollaron e implementaron en el modelo BRASIL-SR parametrizaciones de índice de cobertura de nubes y de aerosoles lanzados a la atmósfera en eventos de quemada, buscando la mejora de las estimaciones de irradiación solar. Se han propuesto dos técnicas para la composición de imágenes de cielo claro y encubierto. El análisis visual de las composiciones de imágenes mostró que la Razón IR / VIS presenta mayor eficiencia en la identificación de píxeles con condiciones persistentes. La técnica implementada para parametrización de los aerosoles de quemada adoptó propiedades ópticas obtenidas con el uso de la Global Aerosol Data Set y presentó buena concordancia con valores obtenidos en las misiones TRACE-A y SCAR-B. Los estudios permitieron concluir que, con parámetros más adecuados para los procesos de determinación de la cobertura de nubes y de la influencia de los aerosoles, el desempeño del modelo es mejorado.

Estudiante: Fernando Ramos Martins

Grado: Doctorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: FAPESP

El trabajo presenta un método para aumentar la precisión de la estimación de la cobertura de nubes realizada a partir de la superficie y compararla con imágenes de satélite. Se utilizaron: una cámara digital de bajo costo desde la superficie, algoritmos de procesamiento de imágenes, un modelo físico atmosférico para el cálculo de la radiación solar en la superficie, datos de irradiación solar, datos sinópticos e imágenes del satélite GOES-8. La metodología propuesta concluyó que la interpretación de la estimación de la cobertura de nubes no puede ser binaria, asignando a un píxel de una imagen la correspondiente representatividad de una nube o no, incluso con una escala de valores intermedios de transparencia. Tal clasificación puede inducir a errores de interpretación, pues existen en el cielo una serie de manifestaciones físicas como esparcimiento y la turbidez atmosférica que, a pesar de representar un cielo claro, pueden confundir un sistema de interpretación automatizado debido a la proximidad de valores de intensidad con una nube de pequeña profundidad óptica (como cirrus y los bordes de otros tipos de nubes), superdimensionando el valor final de la cobertura de nubes. Esta constatación fue posible sólo después de utilizar la difusión anisotrópica en las imágenes de las nubes.

Estudiante: Sylvio Luiz Mantelli Neto

Grado: Maestría (Ciencias de la Computación)

Orientadores: Aldo von Wangenheim / Enio Bueno Pereira

Financiador: Inexistente

El nuevo método descrito en el trabajo emplea una base de datos obtenida en la superficie a través de una cámara digital con sensor de Charge Coupled Device (CCD), en el rango de radiación visible y la adquisición de imágenes en rojo, verde y azul (RGB). Para analizar las imágenes colectadas se desarrolló un algoritmo cuya función es clasificar los píxeles, basándose en un proceso de decisión empíricamente preestablecido por los observadores de campo, determinando así la fracción de cielo encubierto por nubes. Los atributos RGB se transformaron en Intensidad, matiz y Saturación (IHS) utilizando la saturación (S) en la separación de los píxeles que corresponden a cielo y nubes. La metodología fue probada en imágenes recogidas en la Estación Antártica Brasileña "Comandante Ferraz" y los resultados mostraron que la técnica es adecuada al trabajo propuesto. El porcentaje de acierto para los píxeles clasificados como cielo claro quedó entre el 94% y el 99% y para los clasificados como totalmente encubierto entre el 99,96% y el 100%. El porcentaje de acierto para cielo parcialmente encubierto presenta una gran dificultad de validación por la propia característica subjetiva del proceso de identificación visual, normalmente empleado en las estaciones meteorológicas. La evaluación de los resultados de la clasificación automática realizada por el método fue obtenida por el análisis de "estudio de casos" con base en diversos estados de cobertura del cielo. Estos casos fueron elegidos para representar: (1) cielo con patrones bien definidos de cobertura de nubes (contornos de nubes bien definidas) y (2) cielo con patrones mal definidos y gran cantidad de nubosidad (nubes con bordes mal definidos y/o estados de cobertura indefinidos). Para estas condiciones, el programa de reconocimiento también muestra una respuesta coherente al proceso subjetivo de clasificación basado en la inspección visual. Las imágenes recogidas para diferentes valores de ángulo zenital y estados de cobertura de nubes fueron clasificadas por el método. El algoritmo de clasificación dividió los resultados en tres casos distintos: (1) efectivamente nubes (11% a 82,93%); (2) estado indefinido (10% a 23,41%) y (3) cielo claro (13,82% a 85,32%). Todos los grupos se probaron con un nivel de confianza del 99,73%.

Estudiante: Mariza Pereira de Souza Echer

Grado: Maestría (Geofísica Espacial)

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CNPq