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Studies of upward flashes from tall structures around the world have been reported since 1939. The characteristics of the triggering mechanism and of the upward flashes are of increasing interest to wind power turbines, telecommunication toware and power distribution companies. Observations of upward flashes in Brazil are recent. Since 2012, upward events were observed in all different seasons of year. They initiate on several towers in Sao Paulo, a city in southeast Brazil at an average elevation of around 800 meters above sea level and a flash density of 15 flashes/km².year. Some of the towers are located on top of buildings or hills. In this study, we will present some characteristics of these upward flashes, based on high speed video observation: flash duration, presence of subsequence of return stroke, previous lightning events, initial continuous current pulses and the presence recoil leader.

During the early afternoon of 22 September 2013, severe storms, accompanied by large hail, damaging winds, heavy precipitation and dangerous lightning, devastated a region between 100 and 200 km south-southwest of the Bauru S-band Doppler radar. Several extremely intense storm cells moved at up to 100 km/h east-southeastward and at least one of them spawned a tornado when it reached the town of Taquarituba, in Southeastern Brazil. The synoptic pattern was very favorable for the development of severe weather conditions over southeastern Brazil, due to a cyclogenesis process that generated an MCS (Mesoscale Convective System), with a squall line inserted. The convective cells were tracked throughout their lifetime by IPMet´s Doppler radars. The cells intensified drastically, with towers overshooting into the stratosphere (10 dBZ ≤ 20 km) and shortly before reaching the town of Taquarituba, that particular cell displayed extremely strong radial shear just above the cloud base, which led to the formation of a deep meso-cyclone, from which the tornado spawned and touched down at around 14:30h LT. Before the tornado touch-down relatively few CG strokes were observed near the tornadic cell, but thereafter the frequency increased rapidly. The IC activity was extremely high at most times. WRF model proofed itself extremely efficient to forecast the severe thunderstorm.

High-speed video records of two bipolar cloud-to-ground flashes were analyzed in detail. They were both initiated by single positive return strokes and were followed by more than one subsequent negative stroke. Due to the elevated cloud-base height of its parent thunderstorm, the initiation processes of each subsequent stroke could be registered optically below cloud base. In the first event (Case 1) it was possible to observe that all four subsequent negative strokes were initiated by recoil leaders that retraced one horizontal channel segment previously ionized by the positive leader that preceded the first stroke. Those recoil leaders connected to the original vertical channel segment and propagated towards ground, producing four subsequent strokes that had the same ground contact point of the original positive discharge. The second event (Case 2), on the other hand, presented fifteen subsequent strokes that were initiated by recoil leaders that did not reach the original channel of the positive stroke. They diverged vertically towards ground, making contact approximately 11 kilometers away from the original positive strike point. These are the first optical evidences that both single- and multiple-channel bipolar flashes occur as a consequence of recoil leader activity in the branches of the initial positive return stroke. For both events their total channel length increased progressively with time at a growth rate equivalent to a propagation speed of the order of 104 m/s, comparable to those reported for typical positive leaders.

The objective of this work is the analysis of overall characteristics of 35 cloud-to-ground (CG) strokes that presented two or more contact points to the ground in a millisecond scale. This dataset includes both the classical forked strokes (first observed in streak camera records) and the new class of this type of phenomenon, called upward illumination strokes, introduced in more recent works. The genesis of the latter is very similar to the classical forked strokes, i. e., one branch from the main trunk of a stepped leader produces a second stroke after the first return stroke occurs. The main difference from the classical forked stroke events are: a) UI stroke channels appear to completely disconnect from the main trunk during its development, b) the time between strokes is longer than in the case of classical forked strokes and c) the peak currents of the UI strokes are, usually, very small. From the visual inspection of the 35 selected events, 22 were classified as forked strokes and 13 UI strokes. A new name was given to the broad class of strokes that present two or more contact points in a millisecond and sub-millisecond scale, multi ground contact strokes (MGCS). Subclasses received the names forked strokes and UI strokes, related to the previous findings from the literature. All MGCS flashes were recorded during the summer season of 2013 in Southeastern Brazil as part of a five-day campaign employing a network of high-speed camera sensors known as the RAMMER network. The high-speed video records were obtained by three identical cameras installed in São José dos Campos and a fourth mobile camera (whose only difference from the other three is its capability to record colored images). All four cameras were set up for recording at 1200 x 500 pixels spatial resolution, 2500 frames per second, and 400-μs time interval between frames. A total of 357 negative CG flashes were recorded. The physical processes that generate either forked strokes and UI strokes are discussed in details. RAW data from BrasilDAT network was used to identify and give more information about the MGCS, such as: peak current estimates and precise interstroke intervals in the microsecond range. Plots of time intervals between strokes versus peak current added new information on the physical characteristics and distinctive features of UI and forked strokes.

During the summer season of 2012, a network of high-speed cameras, called RAMMER network, recorded two bipolar flashes produced by a thunderstorm that occurred on March 13th. Data from BrasilDAT network provided location and peak current information for the events. Additional RAW data from the sensors, allowed more detailed analyses. Both bipolar flashes presented multiple negative return strokes, and there was intense recoil leader activity bellow cloud base. The objective of this work is the evaluation of the peak currents of those recoil leaders. The bipolar nature of these flashes allowed a unique way to calibrate the camera luminosity with the stroke peak currents estimated by the local lightning location system (LLS). Recoil leaders are commonly visible below cloud base during positive flashes development, but have not yet been observed during negative flashes in a similar fashion. The bipolar flashes observed had one positive return stroke and multiple negative return strokes that were used in the calibration process. In order to evaluate the recoil leaders peak current, the luminosity levels of each video were calibrated using the unsaturated pixel brightness levels during the negative return strokes and the data from the BrasilDAT LLS. The same high-speed camera used during the observation campaign was tested in laboratory to determine its CMOS sensor response curve. Through a scatter diagram of luminosity (estimated from the pixel intensity values) versus estimated peak current (provided by the BrasilDAT network), it was shown that both physical quantities are related. The calibrated pixel values were used to create equations to calculate the recoil leader peak currents. A total of 281 recoil leaders were identified, 191 in flash #1 and 90 in flash #2. Results show that recoil leader estimates are closely related to previous observations of cloud discharges by LLS. The geometric mean value was 1.06 kA, with a maximum of 7.7 kA. Less than 14% presented peak currents comparable to weak return strokes (> 2 kA).

Pesquisas têm mostrado ao longo dos últimos anos a relevância da modelagem climática global e regional para simular o clima presente e, principalmente, o futuro. Todavia, o Painel Brasileiro de Mudanças Climáticas (PMBC, 2013) ressalta que há muitas incertezas nas formulações dos modelos numéricos para resolver o sistema climático e isto se reflete na magnitude dos erros sistemáticos das simulações. Esta avaliação dos erros, por sua vez, também contém as incertezas oriundas da qualidade das observações, cuja rede sobre a América do Sul, principalmente nas Regiões Norte do Brasil é deficiente do ponto de vista espacial e temporal.

No INPE vem sendo utilizado em forma operacional um Modelo Simples de Água no Solo (MSAS) que determina o campo de umidade para todo o Brasil. O mesmo utiliza as informações disponíveis de precipitação e de evapotranspiração potencial, calculada a partir de variáveis meteorológicas e uma classificação e parametrização do solo desenvolvida com base em informações de perfis de solos sobre toda a América do Sul. Nesse contexto, o objetivo do trabalho é descrever a variabilidade climática e espacial da umidade do solo simulada sobre a América do Sul e apresentar informações de umidade do solo factíveis de serem utilizadas em modelos atmosféricos como condições iniciais. Primeiramente foi realizado um levantamento das informações hidrometeorológicas disponíveis no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE, no Instituto Nacional de Meteorologia – INMET e na Agência Nacional de Águas – ANA, que permitam a estimativa da evaporação potencial. A partir das informações obtidas foram calculados os campos interpolados para a América do Sul para as variáveis: precipitação e evapotranspiração diária. Logo, realizou-se um controle de qualidade das variáveis de referência através da análise estatística dos campos interpolados diários, acumulados mensal e anual. Esta metodologia permite identificar regiões que apresentam desvios elevados, podendo concentrar o esforço nas mesmas a fim de reconhecer as estações de observação que são fontes de erro. As climatologias de umidade do solo obtidas para as diferentes regiões brasileiras são consistentes com as características hidroclimáticas.

A vegetação terrestre, especialmente florestas tropicais, libera grande quantidade de compostos orgânicos voláteis biogênicos (COVBs) para a atmosfera. Estima-se que as emissões globais de COVBs são dominantes (1150 Tg C/ano) em relação aos compostos orgânicos voláteis antrópicos (50 – 100 Tg C/ano). Em regiões tropicais, as emissões de COVBs correspondem aproximadamente a 70% das emissões totais, corroborando a importância que a Floresta Amazônica possui em relação às emissões globais de compostos naturais. A análise desses COVBs é útil para o entendimento regional e global da química da atmosfera, do ciclo do carbono e do clima. Estudos observacionais e de modelagem realizados em regiões florestais são úteis para um entendimento regional e global da química da atmosfera e mais especificamente da sua capacidade oxidativa. Neste estudo pretende-se obter informação da composição química da atmosfera da Floresta Amazônica através de medidas experimentais (aéreas e de superfície) e da utilização dos modelos CCATTBRAMS e MEGAN para investigar a emissão de COVBs, a capacidade oxidativa da atmosfera e fatores que alteram o regime de emissões dos COVBs. O experimento SAMBBA (do inglês, The South American Biomass Burning Analysis), que ocorreu durante o mês de setembro de 2012 na região Amazônica, forneceu medidas da química/física da atmosfera a partir da aeronave (FAAM BAE-146), sítio de superfície em Porto Velho (RO) e da torre de observação k-34 a noroeste de Manaus (AM). No âmbito desta proposta de doutorado, a integração e interpretação das observações prevê o uso do modelo CCATT-BRAMS acoplado ao modelo MEGAN. A realização do experimento SAMBBA forneceu uma valiosa base de dados que poderá ser incorporada nos modelos numéricos de qualidade do ar em desenvolvimento no INPE; em um primeiro momento na escala regional e posteriormente na escala global, oferecendo assim uma oportunidade única de avanço na compreensão e modelagem do sistema terrestre.

Na América Latina, o rápido processo de urbanização caracterizou-se principalmente por uma situação de desigualdade na distribuição de renda e nas precárias condições da saneamento básico. No Brasil, a Politica Nacional de Saneamento Básico de 2007 define como uma das diretrizes a prioridade para as ações que promovam a equidade social e territorial no acesso ao saneamento básico, mas a desigualdade de acesso aos bens de consumo coletivo, especialmente os relativos ao saneamento básico, revela heterogeneidades intraurbanas que correspondem à formas de estratificação caracterizadas principalmente pela segregação socioespacial. Sendo a cidade um produto do consumo coletivo, entende-se que seja premente a necessidade de qualificação e aprofundamento da discussão sobre equidade na acessibilidade a estes bens e serviços públicos e coletivos. A proposta desta tese é identificar o sistema de estratificação urbana à partir de um diagnóstico da desigualdade de acesso aos bens de consumo coletivo e da distribuição dos grupos sociais no espaço urbano, que utiliza a Região Metropolitana do Vale do Paraíba e Litoral Norte (RMVPLN) como área de estudo. Esta região apresenta condições históricas dispares mas alguns processos semelhantes no que diz respeito às desigualdades nas configurações da acessibilidade aos serviços públicos e à tendência à dispersão do tecido urbano metropolitano determinantes de um padrão desigual de consumo coletivo. A estratificação urbana será interpretada à partir da construção de um índice que utiliza parâmetros de investigação capazes de incorporar o consumo como componente central da relação população e ambiente. Parte da sistematização de indicadores de segregação residencial e indicadores parciais de cobertura e qualidade de acesso aos serviços e infraestruturas de saneamento: distribuição e abastecimento de água, de coleta, gestão e tratamento das águas residuais e dos resíduos sólidos urbanos; assim como aos equipamentos urbanos básicos. Estes indicadores serão avaliados em duas escalas espaciais: a metropolitana, cuja unidade de análise é o município, onde a delimitação administrativa e institucional nem sempre coincide com sua identidade político-econômica, e onde a interdependência das cidades cria um entrelaçamento formando cidades-regiões; e a escala intraurbana, cuja unidade de análise é o setor censitário do IBGE, e onde a localização determina a segregação, a coesão e a mobilidade das classes sociais, que por sua vez reestrutura o espaço interno das cidades.

A pesquisa de tese relaciona a conservação do solo e a produção de cana-de-açúcar no Estado de São Paulo baseando-se no período de 2005 até o presente e em cenários para os anos de 2020 e 2030. Para tanto, são consideradas três metodologias: o Índice de Conservação do Solo, baseado na estimativa da taxa de perda de solo via Equação Universal da Perda de Solo (EUPS); na modelagem de uso da Terra através do LUCCME (modelo espacialmente explícito para estudos de mudança de uso e cobertura da terra) e na produtividade em escala pontual do modelo INLAND (Modelo Integrado de Processos Superficiais). Como resultados tem-se até o momento o mapeamento da estimativa da perda de solo em (resolução de 30 metros); o mapeamento das situações de planejamento do Estado de São Paulo, o qual mostra as áreas onde as estimativas das taxas de perda de solo excedem a taxa de recuperação (e vice-versa) e as áreas onde o solo encontra-se esgotado (do ponto de vista da perda das suas funções ecossistêmicas); mapeamento do Índice de Conservação do Solo para o Estado de São Paulo. Atualmente a pesquisa encontra-se na fase de utilização do modelo LUCCME com o objetivo de determinar, no futuro, as áreas para onde a cana-de-açúcar se expandirá. Para tanto foi construído banco de dados com as variáveis biofísicas e socioeconômicas que potencialmente influenciam na expansão da cultura, foi criado plano celular de 1 km e está sendo realizada análise exploratória das variáveis. A etapa seguinte trata-se da obtenção dos dados de produtividade via modelo INLAND no período de 2005 até o presente e, após a inserção do Índice de Conservação do Solo no módulo de incertezas do mesmo, serão obtidos dos dados de produtividade no futuro. As análises e discussões finais da tese serão baseadas no resultado integrado das três etapas metodológicas descritas.