Detecção de fenômenos extremos na camada limite atmosférica noturna acima da floresta Amazônica a partir da análise de sinais precursores

Content Provider	Semantic Scholar
Author	Farias, Francisco Otávio Miranda
Copyright Year	2017
Abstract	E estudada a ocorrencia de fenomenos extremos (FE) na camada limite estavel (CLE) acima da floresta Amazonica. Para isso foi utilizada metodologia disponivel na literatura, baseada na deteccao estatisticamente robusta de sinais precursores que antecedem a existencia de um ponto de ruptura que marca o limiar entre dois estados qualitativamente diferentes do sistema dinâmico investigado. Tais sinais precursores sao detectaveis nos periodos que antecedem tal transicao critica em que ha um amortecimento consideravel das flutuacoes turbulentas, como se isto funcionasse como fenomeno precursor da irrupcao dos fenomenos extremos, o que indica processos caracteristicos de "critical slowing down” (CSD), conforme a conceituacao de Dakos et al. (2012). Eles apresentam-se associados a forte atividade convectiva, com diminuicoes consideraveis nos valores da temperatura potencial equivalente, θE, e com aumentos consideraveis nas concentracoes de ozonio, O3 (assumidas como variaveis de estado), alem de alteracoes na direcao do vento e aumentos abruptos nos valores da velocidade do vento (U), em geral indicando a transicao de um regime de turbulencia fraca para outro de turbulencia forte. A aplicacao de outra metodologia para a caracterizacao de FE’s, baseada na utilizacao da decomposicao do sinal em escalas usando-se a Transformada Wavelet (TW) e a utilizacao da informacao referente aos valores das fases do sinal nas escalas permitiu a deteccao de singularidades associadas a ocorrencia do FE, alem da caracterizacao de processos associados a sua geracao, como a existencia de bifurcacoes sub-harmonicas e super-harmonicas, respectivamente antes e depois da eclosao do FE e de dobramento de periodo. A utilizacao de diagramas de Poincare, nos quais foi usada informacao que precede, e tambem que sucede o FE, permitiu a identificacao de ponto fixo e ciclo-limite repulsores antes do FE e de ciclo-limite e ponto fixo atratores depois do FE. Este ultimo permaneceu existindo enquanto foi possivel se manter um regime de turbulencia suficientemente forte, apos o que o padrao de oscilacao dos sinais medidos pouco acima da copa florestal sofreu modificacao drastica, com reflexos nos padroes de interacao entre a floresta e a atmosfera. As series temporais usadas foram obtidas em torre meteorologica erigida na reserva Biologica do Cuieiras, localizada a 60 km a norte/noroeste da cidade de Manaus, norte do Brasil (S 2°36.11', W 60°12.56'), durante o periodo correspondente a estacao chuvosa da Amazonia, quando das campanhas experimentais do projeto GoAmazon (Observations and Modeling of the Green Ocean Amazon) em 2014/15. No presente estudo foram efetuados diversos testes estatisticos para comprovar a ocorrencia de fenomenos do tipo CSD na camada limite atmosferica, particularmente, na camada limite noturna. Foram analisados quatro casos em que ocorreu CSD em periodos precursores da transicao entre os dois regimes de turbulencia supramencionados, o que se verificou sempre durante a estacao chuvosa da regiao. Aqui serao inicialmente aprofundadas as analises para o caso do dia 12 de abril de 2014 por se tratar do dia com maior disponibilidade de dados e para o qual foram obtidos os melhores resultados, em comparacao com os demais casos identificados, possivelmente por se tratar de um evento em que a forte nuvem convectiva que desencadeou o FE a superficie teve seu eixo de deslocamento espacial disposto de forma a apontar para a regiao onde estava a torre experimental. Como principais conclusoes, podem ser mencionados: i) foram feitos varios testes estatisticamente robustos que comprovaram aexistencia de CSD para alguns casos na atmosfera tropical. Ao que se saiba este foi o primeiro caso comprovado de CSD para dados experimentais na camada limite noturna; ii) os casos em que se obteve maior robustez nas tendencias dos indicadores de CSD foram aqueles em que o eixo de deslocamento da nuvem estava apontando na direcao da torre experimental; iii) as variaveis que se mostraram mais adequadas para verificar a ocorrencia de CSD foram 𝜃 e concentracao de 𝑂; iv) Aumentos significativos nos indicadores ocorrem uma unica vez por transicao, reafirmando os principios do CSD ja analisados na literatura disponivel e discutidos ao longo do presente manuscrito; v) Todas as tendencias positivas para existencia de CSD ocorreram sempre em transicoes entre regimes de turbulencia fraca e forte e estiveram sempre acompanhadas de mudancas de pelo menos 45° na direcao do vento e presenca de conveccao profunda nos arredores do sitio experimental; vi) para alguns casos verificou-se a existencia de ciclos repulsores e atratores associados as flutuacoes de variaveis como a velocidade do vento. Esses ciclos foram obtidos a partir da construcao de diagramas de Poincare associando as flutuacoes das variaveis e suas respectivas derivadas temporais. Observe-se que os diagramas de Poincare associados aos dados de velocidade do vento foram plenamente satisfatorios para este estudo de caso. Para os demais casos tal robustez nao foi plenamente verificada, mas com os ciclos sempre evidentes para todos os casos analisaos. Com tal metodologia foi possivel obter informacoes sobre o processo nao linear envolvendo a interacao dos movimentos engendrados em nuvens convectivas fortes com a superficie.
File Format	PDF HTM / HTML
Alternate Webpage(s)	http://bdtd.inpa.gov.br/bitstream/tede/2260/5/Tese_Francisco_Corrigido_Final_16042017.pdf
Language	English
Access Restriction	Open
Content Type	Text
Resource Type	Article