Impact of climate induced glacial melting on coastal marine systems in the Western Antarctic Peninsula region

IMCOAST is an international research program that features a multidisciplinary approach involving geo and biological sciences, field investigations, remote sensing and modeling and knowledge into the hydrographical and biological history of the marine coastal ecosystems of the Western Antarctic Peninsula region

Mesh geometry: Impacts on flood extension and flows in TELEMAC – 2D

HydrodynamicsAbstrac

Application of the TELEMAC-3D to simulate flooding and hydrodynamic patterns of Southern Brazilian wetlands

Hydrodynamic

Identificação de setores com necessidade de dragagem na hidrovia da Lagoa Mirim - RS, Brasil

O transporte hidroviário está entre os meios de transporte mais antigos e usados no mundo, além disso, quando comparado com outros modais de transporte mais utilizados no Brasil, apresenta uma melhor eficiência energética e acarreta menores impactos sociais e ambientais. Atualmente se tem discutido sobre a ampliação do potencial de transporte de cargas entre o Brasil e o Uruguai com a reabertura da Hidrovia da Lagoa Mirim. Portanto, conhecer a variabilidade natural do nível das águas desse ambiente é de extrema importância social, econômica e ambiental, uma vez que, a hidrodinâmica do corpo de água afeta diretamente as condições de navegabilidade, padrões de deposição de sedimentos e as operações de dragagem. No presente trabalho, investigamos a hidrodinâmica da Lagoa Mirim através de modelagem numérica, o foco principal é analisar as séries temporais de profundidade desse corpo lagunar e apontar os locais a serem dragados. Concluiu-se que a variabilidade do nível dessa lagoa é governada principalmente pela descarga dos rios em escalas intra-sazonais e anuais, e pelos ventos em escalas sinóticas de tempo. Através dos resultados obtidos, foi possível inferir que as regiões que necessitam de dragagem estão na parte norte, um pequeno trecho central e no extremo sul da Lagoa Mirim

Estudo numérico de trocador de calor solo-ar considerando variação anual realística de temperatura do ar e da superfície do solo em região da Universidade Federal do Rio Grande-FURG

In order to improve the thermal condition inside built environments and consequently to reduce the consumption of electricity, the Earth-Air Heat Exchanger (EAHE) is a device that uses renewable energy from the solar radiation that reaches the soil surface and is deposited in the form of thermal energy. Its operating principle consists of forcing the ambient air to flow inside one or more ducts buried in the ground, which due to its thermal inertia allows the heat exchange with the flowing air. In this way, the soil removes heat from the air in seasons of higher temperatures, and provides heat to the air in seasons of the year when temperatures are lower. Thus, this work has the objective of analyzing numerically the thermal behavior of an EAHE installation, considering the soil of a region of the Federal University of Rio Grande (FURG), as well as the realistic annual temperature variation of air and surface for this region. Through a validated and verified computational model, numerical simulations were performed in Fluent software (based on the Finite Volume Method). The results indicated that the ideal installation depth for the EAHE is 2.00 m, with thermal potential for improving the thermal condition of environments built in both summer and winter.Com o propósito de melhorar a condição térmica no interior de ambientes construídos e, consequentemente, reduzir o consumo de energia elétrica, o Trocador de Calor Solo-Ar (TCSA) é um dispositivo que utiliza a energia renovável proveniente da radiação solar que atinge a superfície do solo e é armazenada como energia térmica. Seu princípio de funcionamento consiste em forçar o ar ambiente a escoar no interior de um ou mais dutos enterrados no solo, que devido a sua inércia térmica permite a troca de calor com o ar em escoamento. Dessa forma, o solo retira calor do ar em estações do ano de temperaturas mais elevadas, e cede calor ao ar em estações do ano em que as temperaturas são mais baixas. Sendo assim, este trabalho tem o objetivo de analisar numericamente o comportamento térmico de uma instalação de TCSA, considerando o solo de uma região da Universidade Federal do Rio Grande (FURG), bem como a variação anual realística de temperatura do ar e da superfície do solo dessa mesma região. Através de um modelo computacional, validado e verificado, foram realizadas simulações numéricas no software Fluent (baseado no Método dos Volumes Finitos). Os resultados apontaram que a profundidade de instalação ideal para o TCSA é de 2,00 m, existindo potencial térmico para melhoria da condição térmica de ambientes construídos tanto no verão quanto no inverno

Estimativa do derretimento e descarga de água na porção norte da Península Antártica

O presente trabalho reconstruiu uma série de 21 anos de derretimento superficial (D) e descarga de água (DA) na porção norte da Península Antártica. Foram utilizados dados de temperatura do ar a 2 m da superfície do projeto de reanálise ERA-Interim, do European Center for Medium Range Weather Forecast (ECMRWF), para o cálculo destas estimativas. Imagens Envisat ASAR classificadas em neve úmida e neve seca em 18 datas no verão de 2006/2007 foram comparadas com a área de derretimento resultante do modelo. Uma equação linear foi ajustada a essas áreas, a qual foi posteriormente utilizada para a correção dos totais anuais da área de derretimento, do derretimento e da descarga de água. Os valores corrigidos foram entre 8% e 22% maiores que os calculados inicialmente, sendo as maiores diferenças em anos de picos negativos nas variáveis modeladas. Os valores máximos de derretimento e descarga de água foram, respectivamente, 7,75 Gt e 3 Gt no ano de 1998/1999. Os mínimos ocorreram no ano 2009/2010, sendo 1,5 Gt e 0,15 Gt. Ambas variáveis apresentaram grande variabilidade interanual. Os meses de janeiro e fevereiro apresentaram o valor médio de derretimento e descarga de água mais elevados (D = 1,4 e 1,5 Gt e DA = 1,4 e 1,3 Gt), bem como os maiores desvios-padrão (Jan=0,3 e Fev=0,6 Gt). Os máximos e mínimos anuais em D e DA em geral acompanham os picos da temperatura média dos meses de verão medidas nas estações meteorológicas presentes no local de estudo. Em termos espaciais, verificou-se que na costa oeste o derretimento e a descarga ficam restritos às regiões costeiras e ilhas. As plataformas de gelo desintegradas durante o período de estudo (Larsen A, Prince Gustav e Larsen B) e suas adjacências foram as mais contínuas áreas de derretimento e descarga de água, que ocorriam de forma persistente e intensa.A 21-year time series of glacier surface melt and runoff was reconstructed for the northern Antarctic Peninsula. Surface air temperature from the ERA-Interim reanalysis project, carried out by the European Center for Medium Range and Weather Forecast (ECMRWF), was the main source of data for these estimates. 18 Envisat ASAR images, obtained during the summer of 2006/2007, were classified on wet and dry snow and, then, compared with the melt area obtained by the model. A linear regression was performed between both wet snow and melt area, and the equation was used to correct the annual melt area, melt and runoff. These corrected values were 8% and 22% higher than the model results. This percentage increases as model results values diminish. Melt (M) and runoff (R) maxima were found in 1998/1999, with respectively values of 7.75 Gt and 3 Gt. The minima were found in 2009/2010 (1.5 Gt and 0.15 Gt, respectively). Both variables showed high interannual variability. Melt and runoff highest means and standard deviations were detected in January and February (M=1.4± 0.3 and 1.5± 0.6 Gt, R=1.4± 0.3 and 1.3± 0.6). Maximum and minimum values of M and R, follow those patterns observed in the mean summer temperature measured on the available meteorological station. In the west side of the Peninsula, melt and runoff are restricted to coastal areas and islands. The former ice shelves Larsen A and B and Prince Gustav and their vicinity were the most continuous and largest melt and runoff areas observed

Derretimento superficial e descarga de água de derretimento nos últimos 34 anos na Península Antártica

Esta tese investiga o comportamento espaço-temporal do derretimento superficial e o aporte efetivo de água de derretimento ao oceano na Península Antártica durante o período 1980 – 2014, em resolução anual. Foi utilizado um modelo empírico baseado nos dias de temperatura positiva, calibrado com dados de ablação medidos em 29 estacas glaciológicas posicionadas no domo Bellingshausen (ilha Rei George), durante os verões de 2007 a 2012. O modelo foi validado na mesma área por medidas independentes de ablação, realizadas em estacas e por um sensor ultrassônico, durante os verões de 1998 e 2000. Nas ilhas Livingston e Vega, o modelo foi validado por medidas de balanço de massa superficial de verão, inverno e anual, integradas espacialmente, durante o período de 2001 – 2011 e 1999 – 2014, respectivamente para cada ilha. Dados de reanálise ERA-Interim foram regionalizados e utilizados para a alimentação do modelo. O método de regionalização foi validado utilizando dados atmosféricos medidos em 28 estações meteorológicas. Durante o período estudado, o derretimento superficial médio foi 75 Gt, com desvio padrão de 54 Gt. A descarga de derretimento média foi de 9 Gt, com desvio padrão de 8 Gt. O máximo derretimento superficial ocorreu em 1985 (129 Gt) e de descarga efetiva em 1993 (40 Gt). Ambos apresentaram valores mínimos em 2014 (26 Gt e 0,37 Gt, respectivamente). Não foram identificadas tendências temporais estatisticamente significativas para a área total investigada. Os resultados mostram que a área flutuante produziu 68% do derretimento superficial médio e 61% da descarga efetiva média, enfatizando sua importância para a hidrografia costeira. Durante os 7 anos que precederam o colapso da plataforma de gelo Larsen B, a retenção do derretimento superficial foi maior que 95% nas áreas flutuantes, acompanhada de persistentes anomalias negativas de descarga de derretimento. Excluindo as ilhas, as adjacências da plataforma de gelo Larsen B exibiram os maiores derretimento superficial e descarga de derretimento específicos, enfatizando a importância do fluxo de água de derretimento para a desestabilização e colapso de plataformas de gelo. Não foi possível estabelecer uma relação quantitativa entre os índices de Oscilação Sul e Oscilação Antártica e os padrões de derretimento superficial. Entretanto, foi observado que anomalias concomitantemente negativas nos dois índices ocorreram em 1993 e 2006, coincidindo com anomalias positivas de derretimento superficial e descarga de derretimento abrangendo a totalidade da área de estudo. Na região leste da Península Antártica foram encontradas tendências estatisticamente significativas de decréscimo do derretimento superficial, as quais podem estar associadas ao aumento da extensão do gelo marinho no mar de Weddell. A fragmentação da área de estudo resultou em tendências temporais diferentes entre si e com significâncias estatísticas mais fortes, demonstrando que a Península Antártica não se comporta como uma unidade climática e glaciológica.This work investigates the spatio-temporal behavior of the surface melt and runoff on the Antarctic Peninsula from 1980 to 2014 in annual resolution. An empirical model based on the Positive Degree Days approach was used to estimate the surface melt and runoff. The model was calibrated using ablation data measured in 29 glaciological stakes at Bellingshausen Dome (King George Island), from 2007 to 2012. The model was validated at the same area using independent measurements carried out in 1998 and 2000, using ablation stakes and an ultrasonic ranger. In the Livingston and Vega islands, the model was validated by winter, summer and annual surface mass balance measurements, spatially integrated, from 2001 – 2011 and 1999 – 2014, respectively for each island. The model was fed by ERA-Interim downscaled reanalysis data. This downscaling method was validated using atmospheric measurements from 28 weather stations. During the studied period, the average surface melt was 75 Gt with standard deviation of 54 Gt. The average runoff was 9 Gt with 8 Gt of standard deviation. Surface melt maximum values occurred in 1985 (129 Gt), while in 1993 occurred the maximum runoff (40 Gt). Both showed minimum values in 2014 (surface melt 26 Gt, runoff 0.37 Gt). No statistical significant trends exist for the total area. The results reveal that the floating ice areas produce 68% of the mean runoff and 61% of the mean surface melt, emphasizing their importance to coastal hydrography. During the seven years preceding the Larsen B collapse, surface melt retention was higher than 95% on the floating ice areas, together with persistent negative runoff anomalies. Excluding the islands, the vicinity of this former ice shelf exhibits the highest specific surface melt and runoff. This emphasizes the importance of meltwater flow and retention for ice shelf breakup. It was not possible to establish a quantitative relation between climatic modes, such as the Southern Oscillation and the Southern Annular Mode, and the meltwater production. Nevertheless, two widespread surface melt positive anomalies occurred in 1993 and 2006, concomitantly to negative anomalies in both indexes. The east area of the Antarctic Peninsula shows statistically significant trends for surface melt and runoff decrease. These trends may be related to an increase in sea ice extent in the Weddell Sea during the same period. The fragmentation of the study area led to different temporal trends with increased statistical significance. It demonstrates that the Antarctic Peninsula does not behave as a climatological and glaciological unity

Derretimento superficial e descarga de água de derretimento nos últimos 34 anos na Península Antártica

Esta tese investiga o comportamento espaço-temporal do derretimento superficial e o aporte efetivo de água de derretimento ao oceano na Península Antártica durante o período 1980 – 2014, em resolução anual. Foi utilizado um modelo empírico baseado nos dias de temperatura positiva, calibrado com dados de ablação medidos em 29 estacas glaciológicas posicionadas no domo Bellingshausen (ilha Rei George), durante os verões de 2007 a 2012. O modelo foi validado na mesma área por medidas independentes de ablação, realizadas em estacas e por um sensor ultrassônico, durante os verões de 1998 e 2000. Nas ilhas Livingston e Vega, o modelo foi validado por medidas de balanço de massa superficial de verão, inverno e anual, integradas espacialmente, durante o período de 2001 – 2011 e 1999 – 2014, respectivamente para cada ilha. Dados de reanálise ERA-Interim foram regionalizados e utilizados para a alimentação do modelo. O método de regionalização foi validado utilizando dados atmosféricos medidos em 28 estações meteorológicas. Durante o período estudado, o derretimento superficial médio foi 75 Gt, com desvio padrão de 54 Gt. A descarga de derretimento média foi de 9 Gt, com desvio padrão de 8 Gt. O máximo derretimento superficial ocorreu em 1985 (129 Gt) e de descarga efetiva em 1993 (40 Gt). Ambos apresentaram valores mínimos em 2014 (26 Gt e 0,37 Gt, respectivamente). Não foram identificadas tendências temporais estatisticamente significativas para a área total investigada. Os resultados mostram que a área flutuante produziu 68% do derretimento superficial médio e 61% da descarga efetiva média, enfatizando sua importância para a hidrografia costeira. Durante os 7 anos que precederam o colapso da plataforma de gelo Larsen B, a retenção do derretimento superficial foi maior que 95% nas áreas flutuantes, acompanhada de persistentes anomalias negativas de descarga de derretimento. Excluindo as ilhas, as adjacências da plataforma de gelo Larsen B exibiram os maiores derretimento superficial e descarga de derretimento específicos, enfatizando a importância do fluxo de água de derretimento para a desestabilização e colapso de plataformas de gelo. Não foi possível estabelecer uma relação quantitativa entre os índices de Oscilação Sul e Oscilação Antártica e os padrões de derretimento superficial. Entretanto, foi observado que anomalias concomitantemente negativas nos dois índices ocorreram em 1993 e 2006, coincidindo com anomalias positivas de derretimento superficial e descarga de derretimento abrangendo a totalidade da área de estudo. Na região leste da Península Antártica foram encontradas tendências estatisticamente significativas de decréscimo do derretimento superficial, as quais podem estar associadas ao aumento da extensão do gelo marinho no mar de Weddell. A fragmentação da área de estudo resultou em tendências temporais diferentes entre si e com significâncias estatísticas mais fortes, demonstrando que a Península Antártica não se comporta como uma unidade climática e glaciológica.This work investigates the spatio-temporal behavior of the surface melt and runoff on the Antarctic Peninsula from 1980 to 2014 in annual resolution. An empirical model based on the Positive Degree Days approach was used to estimate the surface melt and runoff. The model was calibrated using ablation data measured in 29 glaciological stakes at Bellingshausen Dome (King George Island), from 2007 to 2012. The model was validated at the same area using independent measurements carried out in 1998 and 2000, using ablation stakes and an ultrasonic ranger. In the Livingston and Vega islands, the model was validated by winter, summer and annual surface mass balance measurements, spatially integrated, from 2001 – 2011 and 1999 – 2014, respectively for each island. The model was fed by ERA-Interim downscaled reanalysis data. This downscaling method was validated using atmospheric measurements from 28 weather stations. During the studied period, the average surface melt was 75 Gt with standard deviation of 54 Gt. The average runoff was 9 Gt with 8 Gt of standard deviation. Surface melt maximum values occurred in 1985 (129 Gt), while in 1993 occurred the maximum runoff (40 Gt). Both showed minimum values in 2014 (surface melt 26 Gt, runoff 0.37 Gt). No statistical significant trends exist for the total area. The results reveal that the floating ice areas produce 68% of the mean runoff and 61% of the mean surface melt, emphasizing their importance to coastal hydrography. During the seven years preceding the Larsen B collapse, surface melt retention was higher than 95% on the floating ice areas, together with persistent negative runoff anomalies. Excluding the islands, the vicinity of this former ice shelf exhibits the highest specific surface melt and runoff. This emphasizes the importance of meltwater flow and retention for ice shelf breakup. It was not possible to establish a quantitative relation between climatic modes, such as the Southern Oscillation and the Southern Annular Mode, and the meltwater production. Nevertheless, two widespread surface melt positive anomalies occurred in 1993 and 2006, concomitantly to negative anomalies in both indexes. The east area of the Antarctic Peninsula shows statistically significant trends for surface melt and runoff decrease. These trends may be related to an increase in sea ice extent in the Weddell Sea during the same period. The fragmentation of the study area led to different temporal trends with increased statistical significance. It demonstrates that the Antarctic Peninsula does not behave as a climatological and glaciological unity