The co-influence of the sea breeze and the coastal upwelling at Cabo Frio: a numerical investigation using coupled models

A coupled atmospheric-oceanic model was used to investigate whether there is a positive feedback between the coastal upwelling and the sea breeze at Cabo Frio - RJ (Brazil). Two experiments were performed to ascertain the influence of the sea breeze on the coastal upwelling: the first one used the coupled model forced with synoptic NE winds of 8 m s-1 and the sign of the sea breeze circulation was set by the atmospheric model; the second experiment used only the oceanic model with constant 8 m s-1 NE winds. Then, to study the influence of the coastal upwelling on the sea breeze, two more experiments were performed: one using a coastal upwelling representative SST initial field and the other one using a constant and homogeneous SST field of 26°C. Finally, two more experiments were conducted to verify the influence of the topography and the spatial distribution of the sea surface temperature on the previous results. The results showed that the sea breeze can intensify the coastal upwelling, but the coastal upwelling does not intensify the sea breeze circulation, suggesting that there is no positive feedback between these two phenomena at Cabo Frio.Um modelo acoplado atmosférico-oceânico foi usado para investigar se há retroalimentação positiva entre a ressurgência costeira e a brisa marítima em Cabo Frio - RJ (Brasil). Dois experimentos foram realizados para verificar a influência da brisa marítima na ressurgência costeira: o primeiro usou o modelo acoplado, forçado com vento de escala sinótica de NE e 8 m s-1, e o sinal da brisa foi dado pelo modelo atmosférico; o segundo utilizou apenas o modelo oceânico com vento constante de NE e 8 m s-1. A fim de estudar a influência da ressurgência costeira na brisa marítima, mais dois experimentos foram realizados com o modelo acoplado: um com um campo inicial de temperatura da superfície do mar (TSM), representativo da ocorrência de ressurgência costeira; e o outro com um campo constante e homogêneo de TSM de 26°C. Por fim, mais dois experimentos foram feitos para verificar a influência da topografia e da distribuição espacial da temperatura da superfície do mar nos resultados anteriores. Os resultados mostraram que a brisa pode intensificar a ressurgência, mas a ressurgência não intensifica a brisa, sugerindo não haver em Cabo Frio, retroalimentação positiva entre esses dois fenômenos.We thank the Brazilian Research Agency CNPq (grants 142007/2005-6 and 305893/2009-2) for funding this work and for the support given by the Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP

Transporte de Poluentes pela Brisa Marítima em São Paulo sob a Alta do Atlântico Su

A circulação de brisa marítima e continental tem importância expressiva na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), influenciando a direção predominante do vento na escala diurna e podendo ocasionar transporte de poluentes. No verão de 2014, o ozônio ultrapassou os Padrões de Qualidade do Ar da CETESB durante 43 dias, quando a Alta Subtropical do Atlântico Sul se fortaleceu sobre a região Sudeste do Brasil. Buscou-se compreender como a brisa marítima e continental influenciaram o transporte dos poluentes CO, NO, NO2 e O3 na área de estudo, utilizando o modelo WRF/Chem, no período 28/01-01/02/2014. Foram construídos dois cenários: CTRL – emissões veiculares baseadas em inventários atuais de emissão de poluentes, e SENS – retirada de cerca de 75% das emissões na RMSP. A análise dos resultados, por meio de mapas com a distribuição espacial dos poluentes no domínio, demonstrou a importância da circulação de brisa para o transporte de poluição. A análise do campo de divergência mostrou-se útil para a identificação das frentes de brisa. Concentrações de O3 mais altas foram simuladas na região pré-frontal devido à estagnação e acúmulo de poluentes trazidos das áreas mais poluídas por onde a frente de brisa passou, ocasionando o transporte de ozônio para áreas distantes a noroeste durante a tarde. Ocorre também transporte de poluentes para sul durante o início da manhã com a brisa continental. O movimento ascendente do ar na região pré-frontal ocasionado pela convergência propicia o transporte vertical de ozônio durante a tarde.The land-sea breeze circulation is important for the Metropolitan Region of São Paulo (MRSP), influencing predominant wind direction during the night and day, and so, the transport of pollution in the local scale. In the summer of 2014, there were 43 exceedances of the state air quality by ozone, when the South Atlantic Subtropical High strengthened over southeast Brazil. We aimed to study how the land-sea breeze circulation influenced the transport of the pollutants CO, NO, NO2 and O3 in the study area using the WRF/Chem model in the period 28/01-01/02/2014. Two scenarios were considered: CTRL – vehicular emissions based on current emission inventories and SENS – removing 75% of emissions in the MRSP. Results were analysed through maps with the spatial distribution of pollutants in the domain and showed the importance of the land-sea breeze circulation for the transport of pollution. Analysis of the divergence field proved useful for identifying the sea breeze front. Higher O3 concentrations were simulated in the prefrontal convergence line, due to stagnation and accumulation of pollutants brought by the passage of the sea breeze over polluted areas, resulting in the transport of ozone and other pollutants to distant areas northwest during the afternoon and evening. There was also transport of pollutants to the south in the early morning caused by the land breeze. Upward air motion due to the convergence in the prefrontal region caused vertical transport of ozone during the afternoon

DESENVOLVIMENTO DE UM APLICATIVO PARA AUXÍLIO NA TOMADA DE DECISÃO PARA PEQUENOS AGRICULTORES

Pequenos produtores familiares são responsáveis por parte significativa da produção agrícola brasileira. Esses produtores podem ser beneficiados pela implantação de sensores meteorológicos e pela análise desses dados para apoiar decisões sobre o tratamento de seus cultivos. Uma variável importante para a qualidade dos produtos agrícolas é a quantidade de água disponível no solo durante o desenvolvimento dos cultivos. O presente trabalho desenvolveu e implantou um sistema de informação que utiliza sensores de baixo custo e plataformas gratuitas para geração e divulgação de dados meteorológicos. Os dados coletados são combinados com dados públicos de pluviosidade de uma estação na região e aplicados em um modelo de balanço hídrico. Este modelo apresenta indicadores de excedente e déficit hídrico que podem ser apresentados através de site na Internet, ou, de aplicativo para dispositivos móveis. Os resultados das variáveis medidas permitem um conhecimento mais aprofundado do microclima local. O produtor, tendo recebido a informação, pode usá-la como elemento para decisões sobre irrigação dos cultivos.  Por isso, é importante a participação dos agricultores na produção da solução tecnológica. Verifica-se também a relevância do trabalho em equipes interdisciplinares para a criação de soluções tecnológicas que auxiliem o manejo sustentável do meio ambient

Pervasive gaps in Amazonian ecological research

Biodiversity loss is one of the main challenges of our time,1,2 and attempts to address it require a clear un derstanding of how ecological communities respond to environmental change across time and space.3,4 While the increasing availability of global databases on ecological communities has advanced our knowledge of biodiversity sensitivity to environmental changes,5–7 vast areas of the tropics remain understudied.8–11 In the American tropics, Amazonia stands out as the world’s most diverse rainforest and the primary source of Neotropical biodiversity,12 but it remains among the least known forests in America and is often underrepre sented in biodiversity databases.13–15 To worsen this situation, human-induced modifications16,17 may elim inate pieces of the Amazon’s biodiversity puzzle before we can use them to understand how ecological com munities are responding. To increase generalization and applicability of biodiversity knowledge,18,19 it is thus crucial to reduce biases in ecological research, particularly in regions projected to face the most pronounced environmental changes. We integrate ecological community metadata of 7,694 sampling sites for multiple or ganism groups in a machine learning model framework to map the research probability across the Brazilian Amazonia, while identifying the region’s vulnerability to environmental change. 15%–18% of the most ne glected areas in ecological research are expected to experience severe climate or land use changes by 2050. This means that unless we take immediate action, we will not be able to establish their current status, much less monitor how it is changing and what is being lostinfo:eu-repo/semantics/publishedVersio

Pervasive gaps in Amazonian ecological research

Biodiversity loss is one of the main challenges of our time,1,2 and attempts to address it require a clear understanding of how ecological communities respond to environmental change across time and space.3,4 While the increasing availability of global databases on ecological communities has advanced our knowledge of biodiversity sensitivity to environmental changes,5,6,7 vast areas of the tropics remain understudied.8,9,10,11 In the American tropics, Amazonia stands out as the world's most diverse rainforest and the primary source of Neotropical biodiversity,12 but it remains among the least known forests in America and is often underrepresented in biodiversity databases.13,14,15 To worsen this situation, human-induced modifications16,17 may eliminate pieces of the Amazon's biodiversity puzzle before we can use them to understand how ecological communities are responding. To increase generalization and applicability of biodiversity knowledge,18,19 it is thus crucial to reduce biases in ecological research, particularly in regions projected to face the most pronounced environmental changes. We integrate ecological community metadata of 7,694 sampling sites for multiple organism groups in a machine learning model framework to map the research probability across the Brazilian Amazonia, while identifying the region's vulnerability to environmental change. 15%–18% of the most neglected areas in ecological research are expected to experience severe climate or land use changes by 2050. This means that unless we take immediate action, we will not be able to establish their current status, much less monitor how it is changing and what is being lost

Patterns of the atmospheric and the oceanic circulations at the coastal upwelling area of Cabo Frio

Um modelo oceânico de 1 ½ camadas é desenvolvido e acoplado ao modelo atmosférico tridimensional de meso escala TVM-NH, com a finalidade de estudar a interação entre a circulação atmosférica e o fenômeno de ressurgência costeira na região de Cabo Frio (RJ Brasil). A condição de contorno do modelo oceânico foi testada e provou ser pouco reflexiva. O modelo oceânico demonstrou ser capaz de representar a distribuição espacial e evolução temporal da temperatura da superfície do mar na região de estudo. O modelo acoplado foi então utilizado para estudar a influência conjunta entre a ressurgência costeira e a circulação de brisa marítima. Verificou-se que a brisa marítima intensifica a ressurgência, mas a ressurgência não intensifica a brisa marítima e, portanto, não foi verificada a retroalimentação positiva entre os dois fenômenos. Resultados mostraram que a cobertura do solo não tem influência significativa na circulação atmosférica da região, porém a topografia é fator determinante dos padrões de circulação atmosférica e é a causadora dos jatos de baixos níveis encontrados na região, devendo ser considerada em estudos sobre as circulações atmosférica e oceânica da região. Com ventos predominantes de NE, a topografia acelera o vento em superfície, intensificando indiretamente o fenômeno de ressurgência costeira, e o ar marinho penetra no continente, aumentando a estabilidade estática da atmosfera. Com ventos predominantes de SW, o padrão de ressurgência é interrompido, aumentando a temperatura da superfície do mar, transportando ar continental sobre o oceano e diminuindo a estabilidade da atmosfera. No período de inverno, na situação de interrupção do padrão de ressurgência, a atmosfera é menos estável, principalmente sobre o oceano, e somente nessa situação é observada a presença de brisa terrestre. As correntes oceânicas em superfície, na situação com ressurgência, têm direção principal de nordeste, e, na situação sem ressurgência, têm direção principal de sudeste. O acoplamento dos modelos foi um importante instrumento para o estudo das características da camada limite atmosférica da região de Cabo Frio, pois, nessa região, a circulação atmosférica, a topografia, a circulação oceânica e a evolução espacial e temporal da temperatura da superfície do mar estão fortemente inter-relacionadas.A 1½-layer oceanic model is developed and coupled to the three-dimensional mesoscale atmospheric model, TVM-NH, to study the interaction between the atmospheric circulation and the coastal upwelling phenomenon at the Cabo Frio area (RJ Brazil). The boundary condition of the oceanic model was tested and it proved to be weakly reflective. The ocean model has been shown to represent the spatial distribution and temporal evolution of the sea surface temperature in the region of study. The coupled model was then used to study the combined influence of coastal upwelling and sea breeze circulation and it was found that the sea breeze intensifies the upwelling, but the upwelling does not enhance the sea breeze. Therefore, it was not found a positive feedback between coastal upwelling and sea breeze. Results showed that the soil cover has no significant influence on the atmospheric circulation in the region, but the topography plays an important role on the pattern of the atmospheric circulation. The topography is the cause of the low level jets found in the area and, therefore, it should be considered in studies of atmospheric and oceanic circulations. With NE prevailing winds, the topography accelerates the surface winds, indirectly intensifying the coastal upwelling phenomenon, and the marine air penetrates over the continent, increasing the static stability of the atmosphere. With SW prevailing winds, the upwelling pattern is disrupted, increasing the sea surface temperature, transporting continental air over the ocean and increasing the instability of the atmosphere. During winter, when the upwelling pattern is disrupted, the atmosphere is less stable, especially over the ocean, and only in this situation it is observed the presence of land-breeze circulation. The surface ocean currents, during upwelling, are mainly from NE direction and, without upwelling, are mainly from SE direction. The coupled model was an important tool for studying the characteristics of the atmospheric boundary layer in the region of Cabo Frio, because, in this region, the atmospheric circulation, topography, ocean circulation and the spatial and temporal evolution of the sea surface temperature are strongly interrelated

Patterns of the atmospheric and the oceanic circulations at the coastal upwelling area of Cabo Frio

Um modelo oceânico de 1 ½ camadas é desenvolvido e acoplado ao modelo atmosférico tridimensional de meso escala TVM-NH, com a finalidade de estudar a interação entre a circulação atmosférica e o fenômeno de ressurgência costeira na região de Cabo Frio (RJ Brasil). A condição de contorno do modelo oceânico foi testada e provou ser pouco reflexiva. O modelo oceânico demonstrou ser capaz de representar a distribuição espacial e evolução temporal da temperatura da superfície do mar na região de estudo. O modelo acoplado foi então utilizado para estudar a influência conjunta entre a ressurgência costeira e a circulação de brisa marítima. Verificou-se que a brisa marítima intensifica a ressurgência, mas a ressurgência não intensifica a brisa marítima e, portanto, não foi verificada a retroalimentação positiva entre os dois fenômenos. Resultados mostraram que a cobertura do solo não tem influência significativa na circulação atmosférica da região, porém a topografia é fator determinante dos padrões de circulação atmosférica e é a causadora dos jatos de baixos níveis encontrados na região, devendo ser considerada em estudos sobre as circulações atmosférica e oceânica da região. Com ventos predominantes de NE, a topografia acelera o vento em superfície, intensificando indiretamente o fenômeno de ressurgência costeira, e o ar marinho penetra no continente, aumentando a estabilidade estática da atmosfera. Com ventos predominantes de SW, o padrão de ressurgência é interrompido, aumentando a temperatura da superfície do mar, transportando ar continental sobre o oceano e diminuindo a estabilidade da atmosfera. No período de inverno, na situação de interrupção do padrão de ressurgência, a atmosfera é menos estável, principalmente sobre o oceano, e somente nessa situação é observada a presença de brisa terrestre. As correntes oceânicas em superfície, na situação com ressurgência, têm direção principal de nordeste, e, na situação sem ressurgência, têm direção principal de sudeste. O acoplamento dos modelos foi um importante instrumento para o estudo das características da camada limite atmosférica da região de Cabo Frio, pois, nessa região, a circulação atmosférica, a topografia, a circulação oceânica e a evolução espacial e temporal da temperatura da superfície do mar estão fortemente inter-relacionadas.A 1½-layer oceanic model is developed and coupled to the three-dimensional mesoscale atmospheric model, TVM-NH, to study the interaction between the atmospheric circulation and the coastal upwelling phenomenon at the Cabo Frio area (RJ Brazil). The boundary condition of the oceanic model was tested and it proved to be weakly reflective. The ocean model has been shown to represent the spatial distribution and temporal evolution of the sea surface temperature in the region of study. The coupled model was then used to study the combined influence of coastal upwelling and sea breeze circulation and it was found that the sea breeze intensifies the upwelling, but the upwelling does not enhance the sea breeze. Therefore, it was not found a positive feedback between coastal upwelling and sea breeze. Results showed that the soil cover has no significant influence on the atmospheric circulation in the region, but the topography plays an important role on the pattern of the atmospheric circulation. The topography is the cause of the low level jets found in the area and, therefore, it should be considered in studies of atmospheric and oceanic circulations. With NE prevailing winds, the topography accelerates the surface winds, indirectly intensifying the coastal upwelling phenomenon, and the marine air penetrates over the continent, increasing the static stability of the atmosphere. With SW prevailing winds, the upwelling pattern is disrupted, increasing the sea surface temperature, transporting continental air over the ocean and increasing the instability of the atmosphere. During winter, when the upwelling pattern is disrupted, the atmosphere is less stable, especially over the ocean, and only in this situation it is observed the presence of land-breeze circulation. The surface ocean currents, during upwelling, are mainly from NE direction and, without upwelling, are mainly from SE direction. The coupled model was an important tool for studying the characteristics of the atmospheric boundary layer in the region of Cabo Frio, because, in this region, the atmospheric circulation, topography, ocean circulation and the spatial and temporal evolution of the sea surface temperature are strongly interrelated

Modelagem da dispersão atmosférica de material particulado (MP10) e os impactos da utilização de veículos de carga movidos a GNL em São Paulo

The Brazilian transport system is based on the use of highways and heavy-duty trucks are the main vehicles used to transport goods, responsible for 70% of vehicular particulate matter (PM10) emissions in the State of São Paulo. Therefore, the search for alternative technologies to reduce emissions from the transport sector is increasing. Considering the importance of reducing pollutants emissions and the air quality improvement in large urban centers, this research aims to calculate and evaluate the particulate matter (PM10) emissions from heavy-duty trucks on an avenue (Avenida Marginal Tietê) in the city of São Paulo. For this, the atmospheric dispersion model AERMOD was used to calculate the average PM10 concentrations emitted by heavy-duty trucks powered by diesel, and the impacts derived from the replacement of 100% of this fuel by liquefied natural gas (LNG) was evaluated. Results show that the automotive technology replacement helps to reduce 99% of PM10 by the analyzed avenue, but further studies are needed to assess the total concentration and other possible impacts, such as effects on human health resulting from exposure to this pollutant on this avenue.O sistema de transporte brasileiro baseia-se no modo rodoviário, sendo os caminhões o principal veículo utilizado no transporte de mercadorias, responsável por 70% das emissões de material particulado (MP) veiculares do Estado de São Paulo. Por isso, é cada vez maior a busca por tecnologias alternativas para reduzir as emissões do setor de transportes. Tendo em vista a necessidade de reduzir poluentes e melhorar a qualidade do ar em grandes centros urbanos, o objetivo dessa pesquisa é calcular e analisar as emissões de material particulado com diâmetro de até 10μm (MP10) provenientes de veículos de carga rodoviários na Avenida Marginal Tietê, na cidade de São Paulo. O presente trabalho faz uso do modelo de dispersão atmosférica AERMOD para calcular as concentrações médias desse poluente, decorrentes da emissão dos caminhões movidos a Diesel, e os impactos da substituição de 100% deste combustível pelo gás natural liquefeito (GNL). Os resultados mostram que a substituição tecnológica auxilia na redução de 99% das emissões de MP10 ao longo do trecho da Avenida analisado, mas são necessários outros estudos para avaliar a concentração total e outros possíveis impactos, como os efeitos na saúde da população decorrentes da exposição desse poluente nessa via

Observational and numerical study of the time evolution of the planetary boundary layer at the urban area of São Paulo, Brazil

The MCITY project, conducted by the Group of Micrometeorology at the Institute of Astronomy, Geophysics and Atmospheric Sciences (IAG) of the University of São Paulo (USP), intends to investigate the micrometeorological features of the urban climate of the cities of São Paulo and Rio de Janeiro. This knowledge is crucial to better understand the atmosphere dynamics and consequently air quality, weather conditions and Urban Heat Islands phenomenon in these two cities. The present work analyses part of the data that are being collected during the project: an experiment that comprises a series of atmospheric soundings performed during the austral summer and winter at the Campo de Marte airport, near the center of the city of São Paulo. The two periods were chosen because observations indicate that the climate in São Paulo is divided in two predominant seasons: a wet and hot summer, with monthly averaged maximum values of temperature and precipitation in February (22.5 °C and 255 mm, respectively), and of humidity from December to January and from March to April (80 %), and a dry and cold winter, with monthly averaged minimum values of temperature and humidity from July to August (16 °C and 74 %, respectively) and of precipitation in August (35 mm). During the experiment, that lasted 10 days in the summer (from February 19th to February 28th of 2013) and in the winter (from August 6th to August 16th of 2013), a sounding was launched every 3 hours, night and day, totalizing 80 vertical profiles of temperature, humidity and wind speed and direction for each campaign. Then, experiments with the Weather Research and Forecast (WRF) model were performed to simulate the same days and hours of the soundings. The WRF model is an atmospheric numerical model, suitable for scales ranging from meters to thousands of kilometers, that is being used worldwide in a broad range of applications. It is designed to be a flexible, state-of-the-art atmospheric simulation system, that is portable and efficient on available parallel computing platforms. The goal of this work is to investigate the time evolution of the Planetary Boundary Layer at the city of São Paulo during the period of the two campaigns: austral summer and winter, by analyzing the soundings and comparing with the results of the WRF model. So far, only the summer soundings have been analyzed and simulated. The soundings showed that the PBL height reached over 2000 m during the day and then collapsed to no more than 250 m during the night, but there is evidence of a residual layer. Another interesting feature is the wind vertical profile. The wind reaches over 12 m s-1 almost every night, around 800 m of height. The results from the model do not entirely agree with the soundings, but some patterns are present, indicating that it is an important tool to better understand the physical processes occurring in the atmospheric boundary layer.FAPESPFAPERJCNP