PESQUISA E DESENVOLVIMENTO

Um consórcio de mais de 200 cientistas de 38 grupos de pesquisa de 15 estados brasileiros, com o apoio de 12 instituições de 11 países, está envolvido no 2º projeto INCT-Mudanças Climáticas (INCT-MC). Este novo projeto é continuidade do INCT-MC anterior (2009 a 2014) e baseia-se nos resultados científicos e tecnológicos obtidos por ele, onde foram abordados e desenvolvidos os seguintes estudos: base científica das mudanças ambientais globais; impactos, adaptação, vulnerabilidade; mitigação e esforços de inovação tecnológica em modelos do sistema climático, geo-sensores e sistema de prevenção de desastres naturais. Mais informações sobre o INCT-MC anterior podem ser obtidas em: http://inct.ccst.inpe.br/. Nesta continuação do INCT-MC serão aplicados os principais resultados científicos do INCT anterior. Entre eles podemos mencionar a grande contribuição científica para os relatórios do IPCC AR5 e o PBMC e também o reforço científico da Rede CLIMA. O INCT-MC anterior mostrou, entre outras coisas, que os extremos de chuva (similares aos que causaram as enchentes e deslizamentos de terra na região serrana de Rio de Janeiro em janeiro de 2011) estão sendo mais frequentes e intensos desde 1950, podendo gerar vulnerabilidade em áreas de alta densidade populacional no Sudeste do Brasil. Esta vulnerabilidade pode aumentar no futuro se medidas de redução de riscos aos desastres naturais não forem criadas e implementadas.

Coordenador: Tercio Ambrizzi

Financiadores: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Como a energia proveniente do Sol participa de diversos processos atmosféricos, os modelos de mesoescala para previsão de tempo estimam a radiação solar incidente na superfície. Estas estimativas encontram aplicações na agropecuária, na arquitetura e no setor de energia. No setor energético, as previsões de radiação solar de curto prazo podem ser empregadas nas atividades de geração (operação de sistemas híbridos que utilizem energia solar) e de distribuição de energia elétrica (previsão de despacho de carga em linhas de transmissão). A descrição da maioria dos fenômenos atmosféricos por meio de equações diferenciais envolve incertezas causadas pelos métodos de modelagem. Uma estratégia para lidar com as incertezas em modelos numéricos de previsão é aplicar um Model Output Statistical (MOS), alimentado pelos dados produzidos pelos modelos numéricos. A metodologia MOS é uma técnica de refinamento da previsão que consiste em determinar uma relação estatística entre um preditando e variáveis previstas por um modelo numérico em diferentes horizontes de previsão. A utilização desta técnica vem se apresentando como fundamental na prática operacional da previsão numérica. O projeto proposto tem por meta desenvolver metodologia de modelagem de alta resolução com uso do modelo WRF (Weather Research and Forecasting) para estimativa e previsão de irradiação solar na superfície considerando as características climáticas e ambientais encontradas no território brasileiro, adotando métodos de inteligência artificial como técnica de refinamento estatístico e redução de incertezas das estimativas e previsões.

Coordenador: Fernando Ramos Martins (UNIFESP)

Financiador: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Coordenador: Fernando Ramos Martins (UNIFESP)

Financiador: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

O conhecimento da variabilidade dos recursos energéticos em função da variabilidade climática é relevante não só para o planejamento energético do país, mas também para a avaliação da viabilidade econômica e detalhamento técnico de projetos e investimentos na produção e inserção dessas fontes renováveis no sistema de distribuição da eletricidade. Os estudos de viabilidade econômica e de planejamento energético deverão levar em conta os impactos climáticos e ambientais de curto, médio e longo prazo, como aumento ou redução de precipitação, aumento da frequência de tempestades ou alterações na cobertura do solo, etc. Exemplificando, o aumento da velocidade de ventos acima de valores de tolerância especificados no projeto de uma fazenda eólica pode impedir a produção de energia em virtude dos riscos de dano ao sistema mecânico dos aerogeradores instalados. Em decorrência, podem haver perdas econômicas e técnicas se esse aumento não for previsto no desenvolvimento do projeto.

Coordenador: Fernando Ramos Martins (UNIFESP)

Financiador: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

O principal objetivo deste estudo foi possibilitar a avaliação e caracterização da variabilidade temporal da cobertura de nuvens e sua influência no recurso solar incidente na superfície, informação importante para projetos de sistemas de geração de energia que empreguem tecnologia solar. Para tanto foi desenvolvida metodologia para estimar a frequência de ocorrência de cada valor de espessura ótica de nuvem para qualquer ponto do território brasileiro a partir de imagens de satélite, gerando estatísticas de frequência de nuvens, traduzidas na forma de índices específicos. Estes mapas regionais serão úteis para avaliar o impacto que a nebulosidade pode causar sobre diferentes plantas heliotérmicas, devido à inércia térmica específica de cada planta, ou mesmo à rede de transmissão de energia, uma vez que permitirá inferir o espectro de transientes esperado para cada região.

Coordenador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguêz de Mello (CENPES)

A previsão da disponibilidade de irradiação solar é de primordial importância para as centrais geradoras fotovoltaicas e heliotérmicas, uma vez que são dependentes de fatores meteorológicos. A escala considerada nas previsões pode variar de minutos a dias. O objetivo deste estudo foi o desenvolvimento e a integração de um sistema híbrido de previsão de irradiação solar através da combinação de diferentes metodologias. Foram desenvolvidos métodos de previsão por câmeras imageadoras de céu instaladas em solo para um horizonte de 30 minutos através da projeção de movimento de nuvens. No horizonte de 1 a 6 horas foram utilizadas imagens de satélite para a obtenção de campos futuros de nuvens e consequentemente previsões de irradiância solar através de modelos de transferência radiativa. Por fim, foi utilizada modelagem meteorológica de mesoescala ajustada por redes neurais artificiais para fornecer previsões no horizonte de 12 a 72 horas. Os resultados serão validados em uma planta heliotérmica piloto desenvolvida por instituições parceiras do INPE. Espera-se que os resultados tragam um ganho de previsibilidade da geração solar no país, reduzindo riscos e trazendo segurança para a inserção da geração solar no sistema interligado nacional.

Coordenador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguêz de Mello (CENPES)

Coordenador: Fernando Ramos Martins (UNIFESP)

Financiador: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Desenvolvimento de modelos de transferência da radiação solar na atmosfera adaptados as características do clima e condições ambientais sazonais especificas das diversas regiões mesoclimáticas brasileiras, conjugando dados de satélite com dados de superfície, para geração de series sintéticas de radiação solar global, direta, difusa e direta normal no nível da superfície terrestre com menor incerteza.

Coordenador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguêz de Mello (CENPES)

Este projeto visou consolidar a investigação do potencial de aproveitamento eólico em reservatórios hidrelétricos tendo em vista o cenário atual e os cenários futuros projetados pelo IPCC, face a influência das mudanças climáticas. Este estudo (piloto) foi realizado para quarto importantes reservatórios hidrelétricos no estado de Minas Gerais: Furnas, Três Marias, Itumbiara (divisa de Minas Gerais e Goiás) e Estreito (divisa de Minas Gerais e São Paulo).

Coordenador: Arcilan Treviseu (UNIFEI)

Financiador: Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)

O projeto teve como objetivo principal o estabelecimento de parceria de longa duração entre o LABREN/DIIAV/INPE e o grupo de Meteorologia da Energia da Universidade de Oldenburg (EnMetOL), Alemanha, para o desenvolvimento de métodos e ferramentas de meteorologia aplicados especificamente para as demandas do setor energético no que tange a variabilidade espacial e temporal do potencial energético das fontes solar e eólica. Os resultados e produtos gerados por esta parceria contribuíram para impulsionar a inserção de fontes renováveis solar e eólica na matriz energética. No escopo deste projeto, parte do programa NoPa da CAPES, foi dada ênfase na qualificação e formação de recursos humanos por meio de intercâmbio de pesquisadores e estudantes de doutorado, estabelecimento de uma agenda conjunta de atividades de pesquisa e o desenvolvimento de métodos e ferramentas para prestação de serviços ao setor de energia.

Coordenador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

O projeto realizou estimativas dos impactos das alterações do clima futuro decorrentes do aquecimento global nos potenciais das energias solar e eólica do Brasil para os períodos de 2010-2040, 2040-2070 e 2070-2100. O projeto também visou disponibilizar prognósticos desses impactos para três cenários de emissões de gases de efeito estufa: A2, B2 e A1B, conforme classificação apresentada em relatórios do IPCC.

Coordenador: Fernando Ramos Martins (UNIFESP)

Financiador: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Criação de modelo de transferência radiativa na atmosfera que permita estimar a irradiação solar incidente no território nacional do Chile com o processamento de imagens de satélite, levando em conta suas condições geográficas e climáticas particulares. Para isso, o modelo Brasil-SR do INPE foi modificado e adaptado às condições chilenas.

Coordenador: Rodrigo Escobar Moragas (Universidade do Chile)

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

Desenvolvimento de metodologia para a previsão de energia eólica de curto prazo adequada a região do Nordeste brasileiro, embasada nas previsões numéricas disponibilizadas operacionalmente no país e compatível com o clima tropical, permitindo assim que as usinas eólicas adquiram maior competitividade e o sistema elétrico seja gerenciado de forma otimizada. Uma das maiores dificuldades para o desenvolvimento de pesquisas sobre vento para fins de aproveitamento eólico é a base de dados existente. Além da escassez de dados anemométricos, há também uma lacuna em termos de conhecimento da camada limite atmosférica (CLA), principalmente na região de maior potencial, o Nordeste. O projeto foi realizado através de uma parceria entre três instituições: UFAL, INPE e CTA.

Coordenador: Roberto Fernando da Fonseca Lyra

Financiador: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Geração e organização, em base de dados geo-referenciada, de informações técnico-científicas contendo dados ambientais, dados de recursos renováveis e informações sobre tecnologia e infra-estrutura disponível no Brasil.

Coordenador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Programa das Nações Unidas Para o Meio Ambiente (PNUMA)

O subprojeto visa realizar um estudo sobre os impactos dos diversos cenários de mudanças climáticas globais sobre o fluxo da radiação solar incidente e sobre o regime de ventos e, desta forma, estimar como essas mudanças irão alterar seus potenciais energéticos no Brasil no longo, médio e curto prazos.

Coordenador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Levantamento dos recursos de energia solar no Brasil, através da coleta, qualificação e distribuição de dados solares da rede nacional de coleta de dados ambientais SONDA e pela modificação do modelo de radiação BRASIL-SR para utilização de dados semi-horários de satélite.

Coordenador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguêz de Mello (CENPES)

Coordenador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP)

Coordenador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Programa das Nações Unidas Para o Meio Ambiente (PNUMA)

Em um cenário de mudanças climáticas globais e de esgotamento dos ecossistemas, a crescente demanda por recursos naturais implica na adoção de novas práticas nas atividades humanas. O conceito Nexus faz a leitura da inter-relação entre Água, Energia e Alimento e como ações podem afetar sistematicamente os três elementos. Propõe uma gestão apropriada, baseada em informação e governança, para garantir a disponibilidade e o acesso aos recursos no longo prazo.

No Brasil, a bacia do rio São Francisco é um território emblemático para o conceito Nexus, onde a água é demandada na geração de energia, produção de alimentos e uso direto pela população. Os períodos de seca intensificam a disputa pela água, com efeitos sociais, econômicos e políticos. Ao mesmo tempo, a irradiação solar é um recurso abundante na região, com um nível médio superior a 5 kWh/m²/dia. Subutilizado até agora, seu uso para gerar eletricidade tem potencial de reduzir a reserva de água, com possibilidade de alterar o índice de sustentabilidade da região.

Nesse contexto, a pesquisa objetiva analisar cenários de aplicação de tecnologias de fonte solar para gerar eletricidade em diferentes arranjos funcionais, econômicos, espaciais e de uso da terra. Nexus e Avaliação de Ciclo de Vida serão ferramentas metodológicas adotadas para compor os cenários e quantificar os indicadores de recursos. Os cenários visarão fornecer informações à tomada de decisão e subsidiar governança e políticas públicas apropriadas à segurança hídrica, energética e alimentar em uma região com assimetria nos usos de recursos.

Aluno: Érica Ferraz de Campos

Grau: Doutorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

Os módulos fotovoltaicos em geral têm sido avaliados em condições muito bem controladas levando em consideração o espectro solar padrão conforme norma ASTM G-173-03 elaborado com dados da América do Norte. Tendo em vista que o clima norte americano é particular daquela região e que o espectro em campo tende a variar durante o ano, pode-se afirmar que tal avaliação pode não ser representativa para as condições encontradas ao longo de todo território brasileiro. Por isso, este trabalho tem por objetivo realizar uma avaliação preliminar do efeito das variações espectrais no desempenho de módulos fotovoltaicos de seis tecnologias diferentes em uma determinada região do Brasil.

Aluno: Guilherme Marques Neves

Grau: Doutorado

Orientadores: Enio Bueno Pereira / Waldeir Amaral Vilela

Financiador: CAPES

O estudo da nebulosidade através de câmeras imageadoras instaladas em superfície tem como pontos positivos a resolução espacial das nuvens, da ordem de dezenas de metros, e a resolução temporal, que pode ser de segundos a alguns poucos minutos. A identificação e a classificação de nuvens são importantes para diversas áreas da meteorologia, podendo contribuir com o entendimento da evolução de processos convectivos, principalmente em períodos e situações de transição de convecção. Este conhecimento pode ser aplicado em modelos de transferência radiativa e previsão de tempo a curto prazo.

Neste projeto, será realizada uma revisão bibliográfica dos métodos existentes para classificação automática de nuvens com câmeras imageadoras através da implementação de técnicas de aprendizado de máquina, permitindo que os campos futuros da nebulosidade sejam estimados, avaliando processos de convecção rasa e profunda. A erosão da Camada Limite Noturna e a evolução da Camada Limite Convectiva no início da manhã também se beneficia destes resultados. A validação será realizada através do uso de dados e imagens coletadas em dois experimentos, oriundos do GoAmazon 2014/5, realizado na Amazônia, e da rede SONDA em diversos locais do Brasil, em particular no Vale do Paraíba. A metodologia permitirá a classificação automática das imagens, além da caracterização da sua evolução.

Aluno: Vinicius Roggério da Rocha

Grau: Doutorado

Orientador: Gilberto Fisch

Financiador: CAPES

O setor energético é um dos que mais contribuem com a emissão de gases de efeito estufa. Dados da Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura indicam que mais de 30% destas emissões estão associadas à produção de energia e calor. A geração de energia elétrica de fontes renováveis depende de avaliações prévias da disponibilidade e variabilidade dos recursos associados. Modelos computacionais são uma forma de obter-se essas informações para fins de planejamento e gestão de empreendimentos nessa área. Para tanto, os modelos devem ser capazes de representar com acurácia os fenômenos físicos, levando em consideração fatores atmosféricos locais. No entanto, modelos de transferência radiativa empregados nos estudos de irradiância solar são limitados e ineficientes na separação da irradiância global calculada em suas componentes direta normal e difusa.

Este trabalho visa implementar mecanismos de separação dessas componentes e aprimorar a modelagem espectral adotada no modelo BRASIL-SR, cuja importância no país é demonstrada por seu uso na elaboração do Atlas Brasileiro de Energia Solar. As funcionalidades aqui propostas possibilitarão que o modelo gere mapas mais acurados das componentes radiativas, contribuindo para o planejamento e desenvolvimento da matriz energética brasileira com base em fontes renováveis e também com outros setores da sociedade para os quais a avaliação espectral da irradiância solar é informação necessária, como os de saúde (radiação ultravioleta) e produtividade agrícola (radiação fotossinteticamente ativa), entre outros.

Aluno: Antonio Maurício Zarzur

Grau: Doutorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

O sistema climático global apresenta variações que afetam a disponibilidade dos recursos energéticos. A análise de variabilidade dos recursos energéticos é de grande importância para o planejamento energético nacional, podendo ainda trazer benefícios a outros setores da sociedade. Têm-se ainda que estudos quanto a influência da variabilidade atmosférica sobre a disponibilidade dos recursos solar e eólico são escassos, principalmente para escalas interanuais e interdecadais. A partir de dados climáticos que compreendem reanálises de modelos atmosféricos, imagens de satélite e observações em superfície e utilizando-se técnicas de análise estatística multivariada pretende-se investigar, em conjunto, de que maneira os recursos solar, eólico e hidráulico variam sobre o território nacional, com ênfase em escalas sazonais e interanuais. Essa variabilidade temporal entre diferentes fontes permite explorar possíveis complementariedades, enquanto sua variabilidade espacial permite que se quantifique o efeito de suavização das curvas de carga, fenômeno de suma importância em um país de dimensões continentais como o Brasil. Por conseguinte, pretende-se identificar regiões favoráveis a instalação de cada tipo de planta geradora a partir de modelos de otimização espacial, obtendo-se padrões de distribuição de unidades geradoras que minimizem o risco de escassez de energia. Estudos deste tipo tornam-se gradativamente mais relevantes na medida em que se caminha para uma matriz elétrica diversificada e evidenciam-se como fundamentais para a sustentabilidade das principais economias do mundo. Espera-se que os resultados deste trabalho constituam mais uma fonte de informações a dar suporte as decisões do governo no planejamento da expansão do sistema elétrico nacional.

Aluno: André Rodrigues Gonçalves

Grau: Doutorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: Inexistente

A pesquisa consiste em analisar as características espectrais dos materiais que compõe as superfícies urbanas no Brasil, sua relação com o uso da terra e demanda de energia. Tem o objetivo de fornecer informações técnicas que resultem na atenuação do fenômeno de aquecimento das áreas urbanas, denominado Ilha de Calor. A metodologia consiste em analisar o fenômeno na escala do edifício e na escala das cidades e através de modelos e simulações promover a interação com dados reais: materiais, métodos construtivos, clima e uso. O resultado deste projeto pretende complementar informações sobre os fatores que determinam a eficiência energética das cidades, o bem estar humano e a preservação ambiental e fornecer subsídios para implantação de parâmetros urbanísticos relacionados.

Aluno: Fabiana Lourenço e Silva Ferreira

Grau: Doutorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

O modelo de transferência radiativa BRASIL-SR foi desenvolvido pelo LABREN/CCST/INPE e utiliza imagens de satélite em conjunto com dados climatológicos médios mensais para o cálculo de estimativas de irradiação solar incidente, permitindo mapear os locais propícios para o aproveitamento do recurso solar. As estimativas fornecidas pelo modelo têm foco nos resultados mensais e ainda na transmitância atmosférica calculada apenas para médias horárias no centro do intervalo mensal, devido ao alto custo computacional. Apesar de exaustivamente validado e de apresentar erros na mesma ordem de outras ferramentas computacionais da literatura, as extrapolações realizadas implicam em maiores valores de viés nas estimativas de irradiação horaria e diária. Este trabalho teve por objetivo otimizar o desempenho computacional do modelo BRASIL-SR em sistemas com múltiplos núcleos, através da utilização de diretivas de paralelização do OpenMP com escalonamento dos laços e alteração nos dados de entrada e saída para o formato em NetCDF. O tempo de processamento do modelo BRASIL-SR foi reduzido de 27 horas para 1 hora e 30 minutos, utilizando 24 threads. Outras técnicas tradicionais de otimização, como blocagem e vetorização, também foram investigadas, mas não apresentaram uma melhoria no desempenho devido à estrutura do código do modelo. Com o resultado inicial desta pesquisa, foi possível alterar o modo de calculo da transmitância, que antes era calculado para o centro do intervalo mensal, para o calculo diário da transmitância. Um script foi desenvolvimento para a execução do préprocessamento e processamento do modelo, obtendo um tempo total de préprocessamento e processamento de 1 hora e 40 minutos, uma melhora de 3700%. A utilização do modelo paralelizado com OpenMP, juntamente com os scripts Python, desenvolvidos para a operacionalização do modelo, será determinante para o desenvolvimento de modelos de previsão de irradiação solar de curto e curtíssimo prazo, sendo de extrema relevancia para tomada de decisão de diversos atores, como por exemplo o Operador Nacional do Sistema Elétrico.

Disponível em Produção / Teses e Dissertações

Aluno: Jefferson Gonçalves de Souza

Grau: Mestrado

Orientador: Celso Luiz Mendes / Rodrigo Santos Costa

Financiador: CAPES

A variabilidade da energia solar é uma das mais importantes questões na integração da energia solar na rede de energia. O desenvolvimentos de métodos de estimativa do movimento das nuvens e da consequente flutuabilidade na geração de energia tornam esse estudo de grande importância para o setor energético brasileiro. Desta forma, o trabalho teve como objetivo classificar e estudar as nuvens em diferentes regiões do território brasileiro, utilizando imageadores do céu, para um conhecimento climatológico regional e possíveis previsões de curto prazo do movimento das mesmas.

Aluno: Eduardo Weide Luiz

Grau: Doutorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiadores: CAPES / CNPq

O objetivo do trabalho foi realizar uma avaliação criteriosa para a estimativa e previsão de curto prazo e alta resolução do potencial eólico em alta resolução espacial através de simulações com duas versões do modelo WRF (WRF-Real e WRF-LES) para algumas regiões do Nordeste do Brasil.

Aluno: Lucía Iracema Chipponelli Pinto

Grau: Doutorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

Sendo de conhecimento que o Brasil possui enorme potencial do recurso de energia solar, o presente projeto se propôs a desenvolver uma metodologia para a previsão sazonal de irradiação solar, visando a exploração comercial de plantas fotovoltaicas, com o intuito de contribuir com o planejamento energético do país, reduzir a necessidade de operação de plantas termelétricas que utilizam combustíveis fósseis e amenizar os riscos à segurança energética nacional. Isso foi feito através de abordagem envolvendo o tratamento de dados históricos, modelagem numérica e utilização de redes neurais artificiais, afim de buscar uma análise conjunta das informações obtidas.

Aluno: Maria Francisca Azeredo Velloso

Grau: Doutorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

Foi realizado o estudo de variações e mudanças climáticas dos ventos extremos mínimos e máximos a 10m a partir da base de dados de vento a 10m dos aeródromos brasileiros e do downscaling para a América do Sul do modelo global HadCM3 feito pelo modelo regional ETA climático para o cenário futuro de 2010 a 2100 do cenário A1B do IPCC AR4. Foi também feita correção do viés das saídas do modelo EtaHadCM3 empregando-se o método de Redes Neurais Artificiais.

Aluno: Marcelo Pizzuti Pes

Grau: Doutorado

Orientadores: Enio Bueno Pereira / José A. Marengo

Financiadores: INCT / CAPES

O modelo WRF foi utilizado para gerar previsões de radiação solar em superfície para o Nordeste brasileiro, as quais foram ajustadas por modelos estatísticos baseados em regressões lineares múltiplas e redes neurais artificiais.

Aluno: Francisco José Lopes Lima

Grau: Doutorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiadores: CAPES / CNPq

A pesquisa teve como objetivo desenvolver metodologias para estimar parâmetros de nebulosidade utilizando dados de irradiação de onda longa incidente na superfície, juntamente com dados meteorológicos medidos em estações de superfície em duas localidades, Brasília (DF) e Petrolina (PE). A primeira metodologia empregou conceitos de física atmosférica para a estimativa da fração de cobertura de nuvens e apresentou comportamento similar à climatologia das localidades estudadas. O segundo método propôs a utilização de Redes Neurais Artificiais para a estimativa do Coeficiente de Cobertura Efetiva de Nuvens e apresentou boa correlação com as medições satelitais. Além disso, o método conseguiu avaliar bem as não linearidades da estimativa, quando comparado com métodos lineares como Regressão Linear Múltipla.

Aluno: Eduardo Weide Luiz

Grau: Mestrado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

Foram feitas estimativas de campos de irradiação solar em superfície para o território do Nordeste brasileiro nos anos de 2008 a 2011. Para tanto, foi empregado um método de estimativa baseado em interpolação por krigagem. Para avaliação de seu desempenho, foi feita uma intercomparação dos valores estimados por interpolação com valores medidos em pontos amostrais representados por Plataformas Coletoras de Dados (PCDs) e estimativas realizadas pelo modelo físico de transferência radiativa BRASIL-SR. A avaliação foi realizada através de índices estatísticos aliados ao método de validação cruzada e a análise visual de mapas da variabilidade espacial da irradiação solar.

Aluno: Roque Magalhães Brito dos Santos

Grau: Mestrado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

Diversos estudos têm demonstrado, ao longo das últimas décadas, que de fato a radiação solar que chega à superfície terrestre não permanece inalterada ao longo das décadas, porém sofre aumentos e diminuições conhecidos como solar brightening e solar dimming, respectivamente. Entretanto, a escassez de dados de radiação solar medidos em superfície em longo prazo no Brasil ainda é um problema para a avaliação da ocorrência desses fenômenos. Diante disso, este estudo propôs-se a avaliar as tendências da nebulosidade, principal fator modulador da radiação solar, através do estudo da variabilidade espaço-temporal do coeficiente de cobertura de nuvens, determinado através de imagens de satélite. Para tanto, desenvolveram-se métodos de estimativa das radiâncias de céu claro e encoberto, necessárias à estimativa do coeficiente de cobertura efetiva de nuvens. A radiância de céu claro é determinada através do histograma de frequências da radiância visível medida pelos satélites, atribuindo-se a ela o valor mais frequente observado em uma determinada área das imagens no período de um trimestre. A radiância de céu encoberto, por sua vez, é determinada através de um ajuste que relaciona a textura do topo das nuvens, através do desvio padrão da radiância visível cuja medida de infravermelho seja superior a 280 K, com a geometria sol-pixel-satélite. O coeficiente de cobertura de nuvens foi estimado para todas as imagens dos satélites GOES-8, GOES-10 e GOES-12, nos horários 1145, 1445, 1745 e 2045 GMT, no período de 1999 a 2012. Foram então avaliadas as tendências desses coeficientes através do emprego do teste não paramétrico de Mann-Kendall, com nível de significância de 5%.

Aluno: Márcio Cecconi

Grau: Mestrado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

A influência dos aerossóis atmosféricos na quantificação do recurso solar foi avaliada a partir de três fontes de dados de visibilidade horizontal: a base climatológica do modelo, a interpolação dos valores de visibilidade de 105 aeroportos na América do Sul e as estimativas de visibilidade obtidas através da espessura óptica dos aerossóis oriunda do modelo CATT-BRAMS. As simulações que utilizaram os dados de visibilidade horizontal observada em aeroportos apresentaram melhorias mais significativas nos valores das estimativas de irradiação global, enquanto que os resultados das simulações com a base de visibilidade horizontal estimada apresentaram melhor desempenho nos meses e nas regiões onde havia uma elevada carga de aerossóis, com diminuições pontuais de viés e RMSE de até 11%. Mesmo quando as novas bases não indicaram melhorias, os valores de erro estiveram próximos àqueles obtidos nas integrações do modelo que utilizaram a visibilidade horizontal climatológica.

Aluno: Rodrigo Santos Costa

Grau: Doutorado

Orientadores: Enio Bueno Pereira / Fernando Ramos Martins

Financiadores: CAPES / CNPq

As saídas do modelo ETA foram ajustadas por modelos estatísticos baseados em regressões lineares múltiplas e redes neurais artificiais para a previsão de vento em superfície (50 m). Os resultados mostraram um ganho significativo nas correlações e redução dos erros na previsão de vento em um horizonte de 36 horas.

Aluno: André Rodrigues Gonçalves

Grau: Mestrado

Orientadores: Enio Bueno Pereira / Fernando Ramos Martins

Financiador: CAPES

O trabalho desenvolveu uma nova metodologia de análise, representação do conhecimento visual e classificação de padrões atmosféricos a partir dos valores dos píxeis de imagens obtidas na superfície. A metodologia visa substituir os observadores sinópticos (OS) que classificam o céu a partir de conhecimento tácito e critérios subjetivos. Os métodos de análise levantados na literatura especializada e nos equipamentos disponíveis comercialmente utilizam uma abordagem binária de resultados e simplificação matemática. A metodologia proposta estabelece um domínio de tarefa apropriado para mapear os dados representados pelos valores dos píxeis em conhecimento, necessário para a classificação dos padrões baseados na teoria da física atmosférica. Resultados preliminares indicaram que a metodologia proposta é superior à principal técnica existente na literatura especializada nos seguintes aspectos: modelamento matemático mais rigoroso, discriminação precisa dos padrões atmosféricos observáveis nas imagens, invariância em relação ao ângulo de incidência solar (brilho), comparação das imagens com sensores de radiação solar e a identificação de outros fenômenos atmosféricos a partir das mesmas imagens.

Aluno: Sylvio Luiz Mantelli Neto

Grau: Doutorado (Engenharia e Gestão do Conhecimento)

Orientadores: Aldo von Wangenheim / Enio Bueno Pereira

Financiador: Inexistente

O trabalho consistiu em desenvolver uma metodologia para avaliar os impactos das mudanças climáticas sobre o potencial eólico na região Sul do Brasil. Para esse estudo foram usadas séries climatológicas observacionais, reanálises ERA40 de 1960 a 2007 e as projeções do modelo climático ETA HadCM do CPTEC, para o cenário climático A1B até 2100.

Aluno: Marcelo Pizzuti Pes

Grau: Mestrado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CAPES

A Ilha da Marajó, no estado do Pará, região norte do Brasil, apresenta um baixo nível de desenvolvimento econômico comparativamente com outras regiões do país. Entre outros fatores que limitam esse desenvolvimento está a baixa disponibilidade de energia que, hoje, provem exclusivamente de termoelétricas em sistemas isolados. Este trabalho teve como objetivo fazer um levantamento preliminar sobre a viabilidade da geração de energia eólica na região. Os resultados indicaram que os melhores ventos ocorrem nos meses de setembro a novembro ao longo da região costeira, na parte norte-nordeste da ilha. Para essa região verificou-se um potencial eólico médio de 151 W/m² e um fator de forma de 1,7. Com base nos dados de vento obtidos pelo modelo ETA e empregando-se o pacote comercial WasP de análise de sistemas eólicos, foi desenvolvido um cenário de emprego da energia eólica em esquema de co-geração com as termoelétricas hoje instaladas na região.

Aluno: Eliude Introvini da Cruz Segundo

Grau: Mestrado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CNPq

As saídas do modelo ETA foram ajustadas por modelos estatísticos baseados em regressões lineares múltiplas e redes neurais artificiais para a previsão de radiação solar em superfície, evidenciando ganhos na aplicação de modelos estatísticos no pós-processamento de modelos atmosféricos.

Aluno: Ricardo André Guarnieri

Grau: Mestrado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CNPq

O trabalho descreve o desenvolvimento do protótipo de um sistema de mapeamento automático da fração de cobertura de nuvens e os primeiros resultados obtidos. Foi utilizado um sistema composto por uma câmara digital marca Pixera, modelo PCS20232, operando na faixa de radiação do visível, juntamente com uma lente grande angular FCE8 de fabricação da Nikon com uma abertura nominal de 178°. Os resultados encontrados foram comparados com a transmitância atmosférica (Kt) e a razão entre a radiação solar global e a difusa (Kd), além do modelo BRASIL-SR, que estima a radiação solar em superfície. Foram empregadas, comparativamente, como entrada do modelo, as frações de nuvens geradas pelo novo sistema imageador e dados obtidos pelo satélite GOES-8. Os resultados mostraram diferenças importantes que foram atribuídas ao fato de que os dados obtidos pelo imageador não contém informação sobre a profundidade ótica das nuvens.

Aluno: Mariza Pereira de Souza Echer

Grau: Doutorado (Geofísica Espacial)

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CNPq

Neste trabalho foram avaliadas, desenvolvidas e implementadas no modelo BRASIL-SR parametrizações de índice de cobertura de nuvens e de aerossóis lançados à atmosfera em eventos de queimada, buscando a melhoria das estimativas de irradiação solar. Foram propostas duas técnicas para a composição de imagens de céu claro e encoberto. A análise visual das composições de imagens mostrou que a Razão IR/VIS apresenta maior eficiência na identificação de pixels com condições persistentes. A técnica implementada para parametrização dos aerossóis de queimada adotou propriedades óticas obtidas com o uso da Global Aerosol Data Set e apresentou boa concordância com valores obtidos nas missões TRACE-A e SCAR-B. Os estudos permitiram concluir que, com parametrizações mais adequadas para os processos de determinação da cobertura de nuvens e da influência dos aerossóis, o desempenho do modelo é melhorado.

Aluno: Fernando Ramos Martins

Grau: Doutorado

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: FAPESP

O trabalho apresenta um método para aumentar a precisão da estimativa da cobertura de nuvens realizada a partir da superfície e compará-la com imagens de satélite. Foram utilizados: uma câmera digital de baixo custo a partir da superfície, algoritmos de processamento de imagens, um modelo físico atmosférico para o cálculo da radiação solar na superfície, dados de irradiação solar, dados sinópticos e imagens do satélite GOES-8. A metodologia proposta concluiu que a interpretação da estimativa da cobertura de nuvens não pode ser binária, atribuindo a um pixel de uma imagem a correspondente representatividade de uma nuvem ou não, mesmo com uma escala de valores intermediários de transparência. Tal classificação pode induzir a erros de interpretação, pois existem no céu uma série de manifestações físicas como espalhamento e a turbidez atmosférica que, apesar de representar céu claro, podem confundir um sistema de interpretação automatizado devido a proximidade de valores de intensidade com uma nuvem de pequena profundidade óptica (como cirrus e as bordas de outros tipos de nuvens), super dimensionando o valor final da cobertura de nuvens. Esta constatação foi possível somente depois de utilizar a difusão anisotrópica nas imagens das nuvens.

Aluno: Sylvio Luiz Mantelli Neto

Grau: Mestrado (Ciência da Computação)

Orientadores: Aldo von Wangenheim / Enio Bueno Pereira

O novo método descrito no trabalho emprega uma base de dados obtida em superfície através de uma câmara digital com sensor tipo Charge Coupled Device (CCD), na faixa de radiação do visível e aquisição de imagens em vermelho, verde e azul (RGB). Para analisar as imagens coletadas foi desenvolvido um algoritmo cuja função é a de classificar os píxeis, com base em um processo de decisão preestabelecido empiricamente por observadores de campo, determinando, assim, a fração de céu encoberto por nuvens. Os atributos RGB foram transformados para Intensity, Hue and Saturation (IHS) utilizando a saturação (S) na separação dos píxeis que correspondem a céu e a nuvens. A metodologia foi testada em imagens coletadas na Estação Antártica Brasileira "Comandante Ferraz" e os resultados mostraram que a técnica é adequada ao trabalho proposto. O percentual de acerto para os píxeis classificados como céu claro ficou entre 94% e 99% e para os classificados como totalmente encoberto entre 99,96% e 100%. O percentual de acerto para céu parcialmente encoberto apresenta uma grande dificuldade de validação pela própria característica subjetiva do processo de identificação visual, normalmente empregado nas estações meteorológicas. A avaliação dos resultados da classificação automática realizada pelo método, foi obtida pela análise de “estudo de casos” com base em diversos estados de cobertura do céu. Esses casos foram escolhidos de forma a representar: (1) céu com padrões de cobertura de nuvens bem definidos (contornos das nuvens bem definidos) e (2) céu com padrões pouco definidos e grande quantidade de nebulosidade (nuvens com bordas pouco definidas e/ou estados de cobertura indefinidos). Para essas condições o programa de reconhecimento também exibe resposta coerente com o processo subjetivo de classificação baseado na inspeção visual. Imagens coletadas para diferentes valores de angulo zenital e estados de cobertura de nuvens foram classificadas pelo método. O algoritmo de classificação dividiu os resultados em três casos distintos: (1) efetivamente nuvens (11% a 82,93%); (2) estado indefinido (10% a 23,41%) e (3) céu claro (13,82% a 85,32%). Todos os grupos foram testados com nível de confiança de 99,73%.

Aluno: Mariza Pereira de Souza Echer

Grau: Mestrado (Geofísica Espacial)

Orientador: Enio Bueno Pereira

Financiador: CNPq