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Os raios são fenômenos atmosféricos muito recorrentes em baixas latitudes, entre os trópicos, locais mais quentes e úmidos. Os primeiros estudos relacionados a este tipo de fenômeno baseavam-se na estimativa de sua ocorrência. Com o avanço da tecnologia, foi possível adquirir imagens, por intermédio de câmeras de alta velocidade, da propagação dessas descargas, além de dados físicos como sinal de campo elétrico, corrente elétrica e raios-x produzidos pelo canal do raio. Os raios são divididos em três tipos: intranuvem, descendente e ascendente, podendo ainda ser de polaridade positiva ou negativa. O raio analisado neste trabalho foi um ascendente, que parte do solo em direção a nuvem. Esse tipo de descarga ocorre com menor frequencia, pois precisa de situações muito singulares para ser iniciada. Ocorre apenas em estruturas consideradas altas, partindo sempre do mesmo ponto de origem. Este trabalho apresenta a classificação dos raios registrados durante a campanha realizada entre 2018 e 2021 na cidade de São Paulo São José dos Campos, onde foram instaladas câmeras de alta velocidade e sensores de campo elétrico próximos ao local do evento. Primeiramente foi desenvolvida uma tabela contendo o tipo de raio (intranuvem, descendente ou ascendente), a polaridade (negativa ou positiva) e o tempo de sua ocorrência (adquirido por intermédio de antena de GPS). Esses dados foram associados ao sinal de campo elétrico ambiente, para que a ocorrência da descarga elétrica fosse confirmada. Em seguida, com a utilização das informações da tabela e imagens da câmera rápida, foram feitas análises preliminares do comportamento das descargas de retorno subsequentes de um raio ascendente associadas a variação do campo elétrico ambiente produzido por elas. Essas análises irão auxiliar no desenvolvimento da pesquisa referente a raios ascendentes feita no INPE. 

 Este trabalho, iniciado em agosto de 2020, tem como objetivo dar continuidade ao projeto de Iniciação Científica em andamento desde 2018, a fim de tratar da questão da modelagem para auxiliar nas diferentes etapas do gerenciamento dos resíduos sólidos urbanos (RSU). Primeiramente, foi realizado uma revisão bibliográfica sistemática global com o intuito de analisar estatisticamente as principais restrições para a construção de um aterro sanitário. Dessa etapa foi publicado o artigo intitulado A worldwide meta-analysis review of restriction criteria for landfill siting using Geographic Information System em 2020 pela revista internacional Waste Management & Research. Contudo, ainda que este estudo tenha levantado o estado da arte em relação as diferentes restrições para a construção de aterros sanitários adotadas em diversos artigos científicos, não se considerou as principais legislações relacionadas a este tema como a Europeia (EU), Norte Americana (US), Brasileira (BR) e adotada pelo World Bank (WB). Portanto, este trabalho realiza uma análise espacial para todo território do estado de São Paulo dos diferentes cenários de restrições para aterros sanitários usando as principais legislações mundiais através de um sistema de informações geográficas. Os resultados da análise espacial demonstraram que a legislação mais restritiva é a BR em que aproximadamente 56% da área do estado foi considerada inapropriada para aterros sanitários, seguida da WB com 37%, EU com 31% e, US com apenas 12%. Também foram espacializados os 471 aterros sanitários do estado de São Paulo utilizados entre os anos de 2011 e 2019, e observou-se que 216 deles estão localizados em áreas consideradas impróprias segundo a legislação BR, 97 segundo o WB, 86 segundo a legislação da EU e 28 segundo a US. Por último, foi elaborado um cenário considerando os valores das medianas encontradas no artigo de revisão sistemática citado anteriormente e observou-se que ele foi o mais severo entre todos os cenários e considerou 63% do território do estado de São Paulo como impróprio para aterros sanitários, sendo que apenas 52 aterros encontram-se fora desta área, ou seja, em áreas consideradas apropriadas. 

Despite consensus on the overall downward trend in Amazon forest loss since the previous decade, data from local logging activity and remotely sensed biomass, fire, and burned-area changes still vary widely in their estimated yearly carbon emissions from deforestation. Here, we use sixteen years of satellite-derived carbon monoxide (CO) columns to constrain fire CO emissions from the Amazon basin between 2003 and 2018. Through data assimilation, we produce 3-daily maps of fire CO emissions over the Amazon that we verified to be consistent with a long-term monitoring program of aircraft CO profiles over five sites in the Amazon.Our new product independently confirms a long-term decrease of 54% in deforestation-related CO emissions over the study period. Interannual variability is large, with known anomalously dry years showing a more than fourfold increase in basin-wide fire emissions. At the level of individual Brazilian states, we find that both soil moisture anomalies and human ignitions determine fire activity, suggesting that future carbon release from fires depends on drought intensity as much as on continued forest protection. Our study shows that the atmospheric perspective on deforestation has become a valuable additional monitoring instrument that complements existing methods. Extension of such a perspective to an operational framework is timely considering the increased fire intensity in 201920.

A geração fotovoltaica de eletricidade mostra um crescimento consistente nos últimos anos. De acordo com a Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (ABSOLAR) o Brasil ultrapassou a marca de 7,0 GW de potência instalados em 2020, evoluindo no Ranking Mundial para o 16° lugar dentre os países que utilizam dessa energia. O Atlas Brasileiro de Energia Solar indica elevada incidência energética em todo território, com a presença de um cinturão solar que percorre todo o Nordeste, Centro-oeste e a porção do sudeste do país. No entanto, a intermitência temporal do recurso solar pode impactar na operação da usina de geração e na qualidade da energia entregue à rede de distribuição de eletricidade. O desenvolvimento de estudos e a disponibilização de informações cientificamente embasadas pode dar suporte ao crescimento da participação da energia solar na matriz energética nacional, sem prejudicar a qualidade e a segurança do sistema elétrico do país. Esta pesquisa foi iniciada pelo ex-bolsista José Antônio Teixeira Filho e posteriormente substituída pela graduanda Driely de Souza Jesse em Março/2021. Este trabalho está sendo executado em cooperação entre o Laboratório de Modelagem e Estudos de Recursos Renováveis de Energia do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e a Universidade Federal de São Paulo, utilizando a base de dados do Atlas Brasileiro de Energia Solar com 17 anos de imagens de satélite. O objetivo deste projeto é avaliar a perda de eficiência na geração de energia fotovoltaica referente à orientação e inclinação de telhados. O primeiro passo é o desenvolvimento de um código numérico para estimativa da irradiação global em plano inclinado, seu objetivo é a análise estatística de dados observados que avalie a anisotropia da incidência de radiação solar. O segundo passo é a estimativa da irradiação solar considerando a anisotropia, e por fim, gerar os gráficos em coordenadas polares para radiação incidente em diferentes orientações e inclinações da superfície inclinada. A pesquisa está se consolidando conforme há familiaridade com a ferramenta já disponível em linguagem python. A primeira etapa está em andamento e possibilitou a geração de um diagrama solar junto aos cálculos de variáveis solares. Espera-se que esta pesquisa ajude a compreender a disponibilidade de energia solar para a geração distribuída e claro, dar suporte para desenvolvimento de projetos que alcancem o máximo desempenho possível na geração, diminuindo assim o custo final da energia fotovoltaica produzida e o tempo de retorno do investimento realizado. 

O elemento da geodiversidade é determinante do padrão de mineração, porque sua natureza define como será a interação com os seres humanos e a paisagem final dos serviços ecossistêmicos (SE). Os centros urbanos demandam areia para crescer e a infraestrutura das mineradoras traz riscos que precisam ser estudados para apoiar a gestão. Levando isso em consideração, este estudo foi desenvolvido para analisar as mudanças observadas nos SE após 70 anos de exploração, na área do Zoneamento Ambiental para Mineração de Areia, no vale do rio Paraíba do Sul, Brasil. Foram estudadas variáveis socioambientais e aplicado o Método da Análise Hierárquica (AHP), para criar um índice dos SE no fechamento e gerar o Mapa da Reserva da Geodiversidade do Cinturão Quaternário (RGCQ), analisado sob a égide dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) 6, 8, 9, e 11. Devido a abundância de lagoas de cavas, que incorporou risco tecnológico na paisagem final, foi criado o Índice de Vulnerabilidade Hídrica Social Urbana (IVHSU) e mapeada a segurança hídrica de grupos da população intraurbana de um dos municípios do zoneamento, destacando a dificuldade de acesso à água, causada pela ruptura de uma barragem de areia. Os resultados mostraram o cenário de SE no fechamento, em geral, ligado ao elemento da geodiversidade, tamanho da empresa e cumprimento da lei, o que levou a um padrão de encerramento com predomínio das variáveis instalações da mina e reflorestamento com vegetação nativa. Este padrão resultou no fornecimento de SE de Conhecimento de educação e emprego, de Regulação de controle da erosão, de Provisão de habitat à fauna e Cultural de recreação. Estes cenários não foram apenas resultado da adequação à legalização ambiental, mas também influenciados pelas mudanças sócio-político-econômicas. Apesar da provisão de SE, a aderência aos ODS foi pequena, limitada principalmente ao uso de cavas como reservatórios de água. O risco tecnológico incorporado à paisagem, resultou em vulnerabilidade hídrica da população com piores condições socioeconômicas na área urbana da cidade. O arcabouço desenvolvido na análise usou indicadores complexos, proporcionando uma visão holística do sistema, que permitiu identificar alternativas para políticas públicas, conformando uma ferramenta poderosa para o processo decisório.

É de suma importância ter disponível séries temporais de irradiância solar de um determinado local na superfície da Terra para aplicação em áreas científicas e tecnológicas. Em um caso mais específico, como a geração de eletricidade pela energia solar são necessários dados detalhados de irradiância solar do local escolhido para modelar o desempenho de uma planta fotovoltaica. Frequentemente, estas séries temporais são obtidas pelas medições realizadas no solo ou são derivadas de imagens de satélites. No entanto, as medições de radiação solar podem apresentar descontinuidades no registro dos dados, que duram de minutos a dias, o que geralmente é causado pelo mau funcionamento dos instrumentos de medições, manutenção preventiva e corretiva deficientes e ausência de energia nos equipamentos. Esta falta de dados é prejudicial para o estudo de viabilidade de uma planta ou sistema fotovoltaico em um determinado local, pois a ausência de dados acarreta no crescimento das incertezas das avaliações sobre o potencial técnico disponível no local. Portanto, nesses casos se faz necessária a utilização de séries temporais geradas sinteticamente ou matematicamente para preencher as lacunas de dados das medições. Modelos estatísticos para a geração de séries temporais podem utilizar diversas metodologias, incluindo o aprendizado de máquina com a utilização de redes neurais artificiais capazes de acumular conhecimentos a partir de exemplos e repetições. Este trabalho propõe o desenvolvimento e emprego de metodologias de aprendizado de máquinas para a previsão de dados de irradiação solar por meio de séries temporais. A pesquisa foi iniciada pelo ex-bolsista Rafael Mariano Juvêncio, posteriormente substituído pela estudante Mariane Souza Guarachi em maio de 2021. Neste período foi realizado o levantamento bibliográfico do conhecimento publicado sobre a geração de séries temporais e capacitação no uso da linguagem Python. Em continuidade serão utilizados diferentes conjuntos de preditores e topologias de redes neurais com o intuito de investigar o desempenho no preenchimento de ausência de dados em séries temporais. 

Impactos diretos e indiretos sobre ecossistemas e sistemas climáticos são provenientes de ações antrópicas. A alteração ou a manutenção antrópica do uso e cobertura da terra constituem-se como um dos principais fatores de transformação da paisagem e de impactos ambientais. O imageamento orbital permite a investigação de tais aspectos por meio da análise do comportamento do pixel (espectral e temporal), padrões de textura, forma e contexto. Para tanto, técnicas de processamento e classificação de imagens são apropriadas conforme as classes de uso e cobertura de interesse e às resoluções intrínsecas da imagem de sensoriamento remoto analisada. O uso destes métodos neste trabalho teve como objetivo identificar a classe Mosaico de Ocupação e as subclasses da condição da pastagem: em uso; degradadas; em recuperação, sendo elas derivadas de um processo de refinamento do Projeto de Mapeamento Anual da Cobertura e Uso do Solo do Brasil Mapbiomas 4.0 e 5.0. A primeira classe foi analisada por fotointerpretação via segmentação de imagens e as subclasses de pastagem via processamento multi-temporal de NDVI. Este estudo foi aplicado para a bacia hidrográfica do Paraíba do Sul para os anos de referência de 2000, 2010 e 2018. Espera-se que, com o acoplamento destas novas classes às do Mapbiomas, possa contribuir com novas análises da paisagem, vislumbrando possíveis impactos sobre o sistema socioecológico na bacia hidrográfica em questão. 

The side effect of the expansion of agricultural activities in the Brazilian Cerrado resulted in a loss of its native vegetation, biodiversity decline, and increasing greenhouse gas emissions. Recent expansion has mainly occurred in the northern Cerrado, a region known as MATOPIBA, which is the latest agricultural frontier in Brazil and is largely cultivated for agricultural commodities. In this paper, we investigate the spatiotemporal behaviour of Cerrado vegetation and agricultural areas in the Cerrado MATOPIBA (CM) region between 1990 and 2017. Moreover, we analyse the planted area expansion of soybean and other important crops for the region and their productivity, and examine how pasturelands have changed over time. We also present a map of private rural lands and analyse whether they comply with the national Forest Code (FC) regarding in-farm areas of natural vegetation that ought to be preserved by law. Finally, we estimate how much of the current deforestation rates could be avoided in the CM region if the Soy Moratorium (SoyM) or the FC are implemented. Results show a loss of almost 8.4 Mha of the Cerrado vegetation in the study area and an expansion of 4.3 Mha of agricultural lands between 1990 and 2017. Our analysis indicates that soybean planted areas expanded by 326% between 2000 and 2017 and that soybean average productivity increased from 2483 kg/ha in 2000 to2906 kg/ha in 2017. In addition to soybean, other crops also contributed to the agribusiness economy in the CM region, with corn being the crop with the greatest expansion of planted areas over the same period (643,443 ha), and cotton the cultivation with the highest increase in productivity (from 2300 kg/ha to 3822 kg/ha) in these 17 analysed years. Pasturelands expanded from 6.4 Mha in 2000 9.8 Mha in 2017. In 2018, private rural properties consisted of only 7188 large properties and occupied 19.5 Mha, whereas small and medium properties accounted for 136,586 farms and covered a total of only 17.5 Mha. With respect to the national FC, the deficit of preservation areas in the CM region, in relation to the agricultural area of each municipality, totalled almost 1.4 Mha in 2017, with large properties responsible for 57% of this deficit. Looking at the policies and mechanisms to protect the native vegetation of the CM region, we have that 17,219,250 ha can still be deforested on the rural properties in this region; and, if the SoyM was expanded to the Cerrado MATOPIBA region, almost 900,000 ha covered by native vegetation on the categories of farms selected would have been prevented to be converted to soybeans since 2010. The findings from this paper provide a comprehensive understanding of the land use and land cover changes and of the Cerrado deforestation patterns in the CM region for the last decades, and gather information on conservation policies in place to suggest improvements. Several datasets were combined, mainly focus on quantitative analysis, to investigate the geospatial dynamics of natural and agribusiness areas in the study region, and suggest the need to reinforce the preservation of Cerrado native vegetation areas, particularly those that are liable to be legally deforested.

Este trabalho, iniciado em agosto de 2020, tem como objetivo a geração de um Ano meteorológico Típico para regiões do Brasil. O TMY (Typical Meteorological Year) é uma base de dados bastante aplicada no setor de energia solar, principalmente no dimensionamento de plantas de geração fotovoltaica. Apenas algumas localidades no Brasil já possuem os dados processados, portanto o desenvolvimento de um pacote computacional que processe e disponibilize os dados de TMY para qualquer região do Brasil é traz contribuição importante para o setor energético do país fornecendo assim informações relevantes e que agregaram ainda mais ao mercado solar no país. A metodologia para determinação do TMY é um está bastante consolidada na literatura científica e consiste na aplicação de métodos estatísticos para análise de dados meteorológicos que melhor a fim de identificar aqueles meses que representam as condições meteorológicas típicas tomando como base a climatologia de um período de 30 anos . O projeto teve como resultados o desenvolvimento da metodologia para determinação de ano meteorológico típico e a realização do mesmo com base em dados observados em estações meteorológicas automáticas operadas pelo INMET para o período de 2000 a 2018.

A reconstrução 3D do canal do raio é um dado muito importante na pesquisa em eletricidade atmosférica, pois proporciona o entendimento do comportamento da descarga líder antes e depois de tocar o solo. Esse projeto visa facilitar a reconstrução 3D do canal do raio a partir da instalação de equipamentos capazes de adquirir imagens da sua propagação e conexão com o solo. Nas imediações do INPE, foram instaladas câmeras de alta velocidade com a finalidade de obter imagens das conexões de raios a duas torres de aproximadamente 40 m de altura. Essas câmeras têm capacidade de gravação de no mínimo 30.000 imagens por segundo, gerando arquivos de vídeo muito pesados, e por conta disso, as gravações devem conter somente o tempo entre a propagação e a conexão de um raio com o solo. Considerando que o tempo entre a propagação em direção ao solo e a conexão, de uma descarga elétrica não ultrapassa um segundo, muitas vezes o responsável pela aquisição das imagens não tem reflexo suficiente para fazer o acionamento manual desse tipo de câmera, resultando na perda da captura das imagens da descarga líder. Foram também instaladas câmeras de vigilância por serem um meio de adquirir dados visuais de raios que, apesar de serem gravados em baixo nível de detalhamento, geram horas de conteúdo com pouca chance de um raio passar despercebido. Entretanto, como a taxa de aquisição dessas câmeras de vigilância não eram superiores a 60 imagens por segundo, os resultados não foram satisfatórios, pois a qualidade de imagem não atendia os requisitos para reconstrução 3D resultando muitas vezes em apenas um quadro contendo a imagem da descarga elétrica. Tanto os sistemas de câmeras de alta velocidade quanto os de vigilância foram instalados na torre do CEA. Outro local onde as câmeras de vigilância foram instaladas é a torre pertencente ao CTA. Além disso, para garantia de captura das imagens de raios com melhor resolução espacial e temporal, foi utilizada a câmera da marca Eken, modelo H9R (resolução de 720p à 120 imagens por segundo) instalada no laboratório de monitoramento (prédio CCST) para gravar de forma manual durante toda a tempestade. Por conta da dificuldade de aquisição de boas imagens dos raios em razão das imediações do INPE não proporcionarem um bom campo de visão para as câmeras, a maioria dessas câmeras foram transportadas para o exterior a fim de que terceiros façam a captura de imagens em regiões mais convenientes, e assim compartilharmos os dados. Somando isso com a pandemia, não havia mais tanta demanda de trabalho a não ser trabalhar com os dados já adquiridos pela equipe. Desde então temos trabalhado em uma forma de catalogar todas as imagens de raios já adquiridos desde o início dessa pesquisa no INPE em forma de um diário, que contenha além da imagem das descarga elétrica, dados sobre o tipo de raio, o horário exato da conexão e a câmera que fez a captura da imagem. Por ser um trabalho extremamente extenso, esse tem ocupado toda a carga horária em home office.

A Mata Atlântica é o bioma brasileiro que mais sofreu com o desmatamento, comprometendo o elevado potencial de fornecimento de serviços ecossistêmicos das suas florestas. Devido ao seu elevado grau de endemismo e intensa ameaça antrópica, a Mata Atlântica figura hoje como um dos hotpots de biodiversidade. Para reverter esse cenário, ações de reflorestamento com espécies nativas da Mata Atlântica vêm sendo incentivadas. O presente trabalho teve por objetivo avaliar a sazonalidade do crescimento do tronco e de produção de serrapilheira em três fragmentos de florestas da Mata Atlântica em diferentes estágios de regeneração ~5 anos (RP), ~12 anos (R12) e ~40 anos (R40). A pesquisa foi desenvolvida na Estação Experimental Ecohidrológica de São Francisco Xavier (EEE-SFX). Sob administração do LabEcoh/INPE, a EEE-SFX está instalada na propriedade particular Fazenda da Serra, localizada Área de Proteção Ambiental de São Francisco Xavier (APA-SFX), distrito de São José dos Campos, SP. O período de análise dos dados foi de junho de 2019 a abril de 2021. O crescimento diamétrico foi avaliado por meio do monitoramento mensal de sessenta dendrômetros de fita distribuídos igualmente nos três fragmentos. A produção de serrapilheira foi avaliada por meio de trinta coletores de serrapilheira, distribuídos igualmente nos três fragmentos. A precipitação mensal foi obtida da estação meteorológica instalada na EEE-SFX. A análise dos mostrou que i) o crescimento do tronco ocorre prioritariamente no período chuvoso; respectivamente 73,7%; 84,4% e 91,9% do crescimento total registrado ao longo dos 22 meses de monitoramento ocorreu no período chuvoso (outubro a abril); ii) a produção de serrapilheira ocorre principalmente no período seco (junho a setembro), com menor produção na RP (5,59 Mg ha-1ano-1) comparada às demais áreas (R12, 9,08 Mg ha-1 ano-1 e R40, 8,54 Mg ha-1ano-1); iii) as árvores da área de regeneração mais recente (RP) apresentaram maior crescimento acumulado no período (Comprimento na Altura do Peito, CAP de 113,3 cm) do que nas áreas de regeneração mais antiga (R12, CAP de 77,8 cm e R40, CAP de 31,8 cm).