Lívia Souza Freire Grion.

Simulações computacionais da atmosfera são a base para a previsão do tempo e do clima, funcionando bem para fenômenos que cobrem grandes áreas (como frentes frias e furacões) e para fenômenos de tamanhos bem pequenos (dispersão de poluentes num raio de 1 km, por exemplo), mas encontram uma barreira para fenômenos com uma escala de tamanho intermediária, entre 1 e 10 km, conhecida como zona cinzenta. Nessa faixa, os modelos falham devido ao comportamento caótico da atmosfera, conhecido como turbulência (aquela mesma sentida pelo avião em nuvens, mas que também está presente próximo ao chão). Este projeto investigará a fundo o comportamento da zona cinzenta da atmosfera, utilizando um conjunto de ferramentas matemáticas, estatísticas e computacionais. O objetivo principal é aumentar o grau de previsibilidade dos fenômenos que ocorrem na escala de 1 a 10 km.

O projeto FUSP 2024 visa investigar os gradientes horizontais e verticais de temperatura na Amazônia central e seu papel nos transportes de energia e matéria, utilizando tecnologia de medição distribuída de temperatura (DTS) com fibra óptica e simulações do tipo Large Eddy Simulation (LES). Realizado no sítio do Amazon Tall Tower Observatory (ATTO), o estudo integrará dados micrometeorológicos e de gases de efeito estufa para entender melhor as trocas de calor e matéria entre floresta e atmosfera, com foco em fenômenos como oscilação da camada limite e hotspots de emissão de metano.

Diversas fontes de partículas potencialmente perigosas estão presentes ao redor do planeta. Fontes naturais incluem erupções vulcânicas, tempestades de areia e poeira, emissões de gases tóxicos por lagos vulcânicos, deposição de sedimentos em estuários, etc. As fontes antropogênicas vão desde poluição de rotina (industrial, de transportes) e partículas emitidas pelos indivíduos (espirro, tosse) até grandes catástrofes em plantas químicas ou nucleares, causadas por eventos naturais ou acidentes. Além do impacto local, esses graves eventos podem gerar uma crise global quando os poluentes emitidos localmente se espalham e se dispersam por longas distâncias devido ao escoamento turbulento presente na atmosfera. Lidar com esses problemas adequadamente requerem uma modelagem acurada do processo de dispersão. A pandemia de Covid-19, que se propaga principalmente por vias aéreas, é um novo exemplo que ilustra a importância do transporte turbulento de partículas. O presente projeto se propõe a investigar os mecanismos responsáveis pela dispersão de partículas e aerossóis a partir de uma fonte local, se estendendo muitas vezes até a escala global, devido à turbulência atmosférica, oceânica ou fluvial. Mais especificamente, através da combinação de experimentos, simulações e modelagem matemática, o nosso objetivo é melhorar o entendimento acerca dos mecanismos físicos de dispersão turbulenta relativa e concentração preferencial. Esses mecanismos são importantes para a heterogeneidade e flutuações na distribuição de partículas, que pode ser temporária ou persistente, e que torna a modelagem do risco real extremamente complexa. Nosso consórcio engloba especialistas brasileiros e franceses com habilidades complementares em relação à metodologia (experimentos/métodos numéricos/matemática) e à abordagem (modelagem de sistemas/escoamentos geofísicos), o que garantirá a obtenção de resultados e aplicações relevantes como resultado do projeto proposto.

Programa Jovens Pesquisadores em Centros Emergentes / Auxílio à Pesquisa: A região que corresponde as primeiras centenas de metros da atmosfera, conhecida como camada-limite atmosférica (CLA), concentra todas as trocas de energia, gases e partículas entre a atmosfera e os elementos que compõem a superfície do planeta. Ela possui um escoamento turbulento cuja representação computacional mais fiel se dá pela técnica Large-Eddy Simulation (LES). Nessa técnica, os processos físicos que ocorrem na CLA são simulados em um domínio tri-dimensional, permitindo não só o estudo detalhado do transporte turbulento, como também a validação de modelos simplificados necessários em outros estudos ambientais e meteorológicos. Um dos problemas do uso dessa técnica, entretanto, está na representação da turbulência próximo à superfície, já que o alto custo computacional da simulação força o primeiro pontode grade a estar a alguns metros do chão, acima da região onde ocorrem diversas trocas. Nesse projeto é proposto o uso do modelo uni-dimensional One-Dimensional Turbulence (ODT) na representação das trocas de superfície dentro do LES. No ODT o escoamento é simulado ao longo de uma linha, e as trocas turbulentas são representadas por um modelo estocástico. Ao inserir um ODT em cada célula do LES adjacente à superfície, é possível simular trocas verticais instantâneas entre a atmosfera e elementos presentes na superfície. O projeto será dividido em duas etapas, sendo que na primeira fase será dada prioridade ao desenvolvimento e validação do acoplamento ODT-LES. Na segunda fase serão escolhidos problemas de grande relevância para a aplicação do modelo. Exemplos de problemas que poderão ser investigados são as trocas entre plantações e atmosfera, o transporte de areia e poeira em regiões desérticas, e o escoamento em ambientes urbanos e na presença de usinas eólicas

Projeto de pesquisa para financiamento de bolsa de pós-doutorado: A obtenção de estimativas acuradas de fluxos de escalares a partir de medições dentro da subcamada rugosa sobre florestas é ainda um problema essencialmente não resolvido. Além disso, experimentos recentes na subcamada rugosa sobre a floresta Amazônica têm gerado um grande volume de dados de alta qualidade, e alguns deles originais, que convidam a uma reanálise ampla das características da turbulência local e dos fatores que impactam a relação fluxo-gradiente, ou equivalentes, na região. Portanto, o presente projeto visa a investigação e proposição de possíveis soluções ou alternativas para o uso de modelos de fluxo-gradiente na subcamada rugosa da floresta Amazônica

The focus of this research project is on the lifting of sand by the wind, known as saltation, and how it is portrayed by weather and climate models. Wind-blown sand has direct impacts, such as forming dunes, but also secondary impacts when the sand particles impact and eject much finer dust particles. These particles are known as mineral dust aerosols and are one of the major contributors to global particulate matter, which affects human health, weather, climate, ecosystems, atmospheric chemistry, and the hydrological cycle. Current numerical models treat saltation as a uniform process, when studies have shown that saltation is actually driven by turbulent winds close to the surface and is highly intermittent. The researchers plan to improve the representation of the saltation process through a combination of theory, field campaigns, fine-scale modeling (Large-Eddy Simulation) and global-scale (Earth System) modeling. The work will involve four main tasks: 1) Linking the intermittency and intensity of sand transport to atmospheric turbulence, 2) linking atmospheric turbulence to the overall atmospheric boundary layer properties from weather and climate models, 3) developing an improved dust emission parameterization that accounts for turbulence-drive intermittency, and 4) testing the hypothesis that intermittency plays an important role in the timing and magnitude of dust events

This proposed research aims to study the lifecycle of secondary aerosols in pristine and polluted conditions in the atmospheric boundary layer (ABL) of Amazonia. The investigation spans the biological and physical conditions influencing emissions and reactions of precursors (biogenic and anthropogenic volatile organic compounds, VOCs), formation, transport of aerosols out of the ABL and their role on cloud formation and precipitation triggers. A combination of measurements of turbulent energy, trace gas and aerosol fluxes, boundary-Iayer profiles with tethered balloons and model simulations will be performed for two regions in Central Amazonia: a region with (clean air) pristine forest landscape and a region largely influenced by the plume of pollution near the city of Manaus. With innovative measurements of the vertical distribution of aerosols and cloud-condensation nuclei in the ABL and a more detailed description of dynamics and thermodynamics of the tropical stable and convective boundary layers interacting with the surface, we aim to better understand how the forest land cover influences cumulus initiation, with emphasis on how boundary-layer air is injected into the cloud layers, and how these processes are altered under the influence pollutant outflow from a megacity like Manaus

Ciência sem Fronteiras / Doutorado pleno no exterior: O objetivo da pesquisa proposta é desenvolver modelos teóricos e numéricos para estudar a dispersão turbulenta de partículas pesadas (com diâmetro entre 10 e 100 micrômetros) na camada limite atmosférica. Objetivos específicos: avaliar matematicamente o problema da dispersão de partículas pesadas na atmosfera, identificando as características físicas do problema e desenvolvendo modelos simplificados capazes de ajudar na compreensão do problema; desenvolver um modelo utilizando a técnica numérica de Simulação de Grandes Vórtices (LES) para o campo de concentração de partículas pesadas que incorpore a resposta inercial das partículas nas escalas não resolvidas; desenvolver modelos de condição de contorno para LES que incorporem os efeitos de inércia das partículas no entranhamento de partículas da superfície e na deposição das partículas; validar os resultados obtidos com LES utilizando dados experimentais
disponíveis na literatura; utilização de um modelo de LES validado no estudo dos efeitos de tamanho e densidade das partículas, estabilidade atmosférica, dentre outros, na dispersão e deposição de partículas pesadas

Modelo Regulatório de Qualidade do Ar para o Estado do Paraná . Este projeto destina-se a desenvolver um modelo regulatório de qualidade do ar para o Estado do Paraná. Ele é demandado pelo IAP (Instituto Ambiental do Paraná), e inclui o desenvolvimento do modelo de dispersão, das interfaces computacionais, do módulo de banco de dados meteorológicos e de módulos específicos de micrometeorologia, por exemplo para determinar a altura da camada-limite atmosférica.