Carlos Augusto Morales Rodriguez.

Este projeto de pesquisa apresenta um estudo para: i) consolidar e caracterizar as primeiras medidas de raios feitas com um interferômetro de VHF desenvolvido no Brasil e; ii) validar um sistema de previsão de queda de raios. O interferômetro de VHF foi desenvolvido em parceria com a Universidade Politécnica da Catalunha (UPC) enquanto que o sistema de previsão de raios contou com a colaboração da UFMS e a empresa brasileira EPL. A tecnologia de interferometria permite capturar e descrever a localização (azimute e elevação) das fontes de radiação emitidas pela descarga elétrica. O sistema de previsão de queda de raios por outro lado, combina duas tecnologias de sensores que medem o campo elétrico eletrostático e localização de raios a partir das redes de detecção de descargas atmosféricas STARNET e LINET para emitir avisos sobre a atividade elétrica da região. Esta ferramenta identifica o desenvolvimento de nuvens que ainda não produziram raios e tempestades elétricas que se deslocam para a área de interesse. Para consolidar as medidas do interferômetro de VHF pretende-se usar medidas concomitantes com câmeras de alta velocidade (> 10000 frames por segundo), em conjunto com os raios detectados pelas redes LINET e LMA a ser instalada, e as formas de onda de uma antena lenta e o campo eletrostático da rede de sensores de campo elétrico da USP. Em seguida, será construído um banco de dados de raios que irá caracterizar o tamanho, a velocidade e direção de propagação, o tipo e polaridade dos raios, número de descargas por flash, altura do ponto de ruptura e pontos conectantes. Já para avaliar o desempenho do sistema de previsão de queda de raios está sendo proposta uma análise baseada em tabelas de contingência que permitem calcular a probabilidade de detecção (POD), taxa de falso alarme (FAR) e índice de sucesso (CSI) em função da distância e tipo de aviso usando como referência as medidas de raios detectadas pela LINET e STARNET.

Este projeto pretende validar e caracterizar os raios detectados por um interferômetro em VHF (20-80 MHz) desenvolvido pelo Laboratório STORM-T/USP em parceria com o LRG/UPC (INTERF) e validar o sistema de previsão de queda raios desenvolvido pela UFMS, EPL e STORM-T/USP (PREVRAIOS).

Este projeto de pesquisa propõe estudar ao longo destes quatro anos as característicaselétricas das tempestades na América do Sul com o objetivo de (i) caracterizar a estruturamicrofísica e elétrica das tempestades elétricas; (ii) identificar as assinaturas elétricas emicrofísica das tempestades que produzem e não produzem raios gama terrestre (TGF); (iii)identificar as assinaturas associadas com diferenças taxas de raios intra-nuvem e nuvem-terra;(iv) identificar assinaturas de raios durante a ocorrência de quedas de granizo, rajadas devento, tornados e TGF.

O Centro para Segurança Hídrica e Alimentar em Zonas Críticas tem o objetivo de prover soluções e aperfeiçoamentos no enfrentamento de problemas de segurança hídrica e alimentar no estado de SP, com ênfase na gestão de risco em escala local e regional, a serem trabalhados em zonas críticas com conexões de clima, água e vegetação. O plano científico está estruturada sobre eixos disciplinares de Hidroclimatologia e Hidrogeologia, e complementares entre si para buscarem soluções modernas, aplicáveis no âmbito das seguintes macrorregiões: Piracicaba-Capivari-Jundiaí; Alto Tietê; Alto Paraíba do Sul; Mogi-Guaçú; Pardo; Sapucaí-Grande e Alto Paranapanema. A proposta tem 7 temas de investigação estão delineados na proposta:1) Escalas de trabalho em macrorregiões e zonas críticas; 2)Redes de monitoramento hidrológico e agrometeorológico; 3)Previsão climática; 4)Padrões geofisicos de água superficial e subterrânea; 5)Índices hidrológicos e agrometeorológicos;6)Previsão de chuva de curtíssimo prazo; 7)Desafios hidroclimáticos em áreas urbanas. Na componente agrícola se focará a etapa de produtividade vegetal no campo dentro da cadeia de produção agrícola, por meio de informações aperfeiçoadas ao planejamento de plantio, irrigação, colheita e operações. Na componente hídrica propriamente dita, propõe-se aperfeiçoar as informações de previsibilidade hidrológica no curto prazo (1 a 4 dias), médio e longo prazo (30 dias a 6 meses) para auxiliar a tomada de decisão no planejamento de gestão de reservatórios e abastecimento; aperfeiçoar critérios de outorga para captação hídrica e demanda de irrigação, e na escala de curtíssimo prazo (1h) para alertas de tempestades severas com riscos de granizo e inundações. Na componente ambiental propõe-se qualificar e quantificar a conexão vegetação-clima nos desafios enfrentados com soluções baseadas na natureza, como a restauração da vegetação em áreas de cabeceiras e enfaticamente em nascentes e faixas ripárias, e nas áreas urbanas encontrar a adequação ótima entre infraestrutura verde/azul e infraestrutura cinza, visando o conforto térmico humano, a infiltração das águas pluviais, e efeitos no microclima como alternativas de adaptação aos extremos climáticos no presente. Finalmente, os índices hidrológicos, climáticos e agrometeorológicos serão estimados no clima futuro, em conformidade com projeções climáticas regionalizadas.

Procedimentos industriais de manutenção, construção, manobras com material inflamável ou eventos socioesportivos em áreas abertas devem ser interrompidas quando há risco de queda de raios, pois aumenta a segurança das pessoas e reduz perdas econômicas. No entanto, um tempo prolongado na interrupção destas atividades também causam incômodos à população e o ideal é a retomada o quanto antes das atividades, garantindo a máxima segurança a população, bem como de bens materiais. Neste sentido, sistemas que viabilizem a tomada de decisão para interromper e retornar as atividades sob risco de descargas elétricas tem grande valia. Assim, este projeto busca desenvolver um aplicativo dektop e uma adaptação desse aplicativo para celular que seja capaz de emitir um alerta automático de risco de queda de raios na região onde se encontra o usuário em tempo real, além de produzir novas funcionalidades que contribuem para alta performance do alerta com a utilização de diferentes tecnologias. O desenvolvimento do produto requer a implementação de uma rede com pelo menos 32 sensores a serem distribuídos pela cidade de São Paulo, enviando dados para um servidor na nuvem. Caso exista essa rede e o usuário tenha interesse em mais informações, tais como imagens de radar, registro dos campos elétricos da rede, plotagem do campo elétrico pelo problema inverso e etc., este poderá pagar pelo acesso diferenciado e usufruir das informações de outros níveis. Se o usuário for empresa, será oferecido um relatório completo para suporte à tomada de decisão que inclui todas as telas do sistema integrado com as variáveis analisadas para emissão do alerta. Este produto consiste em fazer uma sinergia entre os diversos sistemas de proteção existentes (SLT e SCE) e já acessíveis à empresa. É esperado um produto diferenciado no mercado com alto desempenho, precisão e que resulte, principalmente, na minimização de riscos à sociedade.

Para desenvolver o sistema de monitoramento e previsão de alagamentos, enchentes e descargas elétricas para a RMSP foram feitos estudos para caracterizar os sistemas precipitantes e modelar a evolução temporal a partir de algoritmos de inteligência artificial, caracterizar a distribuição espacial dos raios na RMSP, desenvolver um algoritmo de inteligência artificial para classificar os raios intra-nuvem e nuvem terra, construir um sistema de detecção de raios através da técnica de interferometria e finalmente reativar aoperação do radar meteorológico do ChuvaOnline.

Neste projeto, desenvolveremos um algoritmo que automatiza a metodologia de emissão de alertas de risco de queda de raios em determinada área a partir da integração de três tecnologias disponíveis: Sistema de localização de descargas elétricas (SLT), sensor de radiação eletromagnética de variação lenta (SREVL) e sensores de campo eletrostático (SCE) apoiados por imagem de vídeo em tempo real (MÓDULO DE APOIO)

O projeto pesquisa propôs estudar as características elétricas das tempestades que produzem raios gama terrestre (TGF) dentro do Programa de Pesquisador Visitante no Exterior da Chamada PrInt CAPES/USP.
Dentro deste escopo, realizei uma visita de 6 meses, 7 de Setembro de 2019 à 7 de Março de 2020, à Universidade Politécnica da Catalunha (UPC) na província de Barcelona na Espanha, para desenvolver diversas atividades de pesquisa com o Dr. Joan Montanyá que coordena o Laboratório LRG (Lightning Research Group).
O desenvolvimento deste projeto de pesquisa ficou concentrado na compreensão dos mecanismos microfísicos associados à produção de TGFs em tempestades elétricas e a caracterização de TGFs na América do Sul. Além disso, interagi com os pesquisadores e alunos do laboratório LRG no uso de tecnologias de VHF para a detecção das fontes de radiação emitidas por raios em 3D e detecção de TGFs e raios X a partir das medidas da missão espacial Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM)
Para compreender os processos microfísicos associados aos TGF foram utilizadas as medidas coincidentes do radar de precipitação (PR) do satélite Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) e de TGFs detectados pelas missões AGILE, FERMI-GHB e RHESSI. A partir desta sinergia, foi possível identificar assinaturas no perfil vertical da chuva que demonstram que a distância entre os centros de carga elétrica acima da isoterma de 0oC controla a produção de TGF. Esta analise gerou a elaboração do artigo intitulado ?Tropical TGF Paradox: A Perspective From TRMM Precipitation Radar?, em anexo, que foi submetido ao Geophysical Research Letters e já se encontra na segunda revisão.
Em relação à caracterização dos TGFs na América do Sul, foi desenvolvida uma metodologia que combina as medidas de descargas atmosféricas da rede de detecção de raios STARNET coordenada por mim e o GOES Lightning Mapper (GLM) durante as detecções de TGF da missão ASIM. 
Por último, a interação com o grupo de pesquisadores e estudantes do LRG levou a um estudo para compreender as detecções da missão ASIM a partir de medidas de raios em 3D da rede COLMA dos sensores óticos GLM e LIS-ISS, bem como de radares meteorológicos na Colômbia. Este estudo encontra-se em fase final de elaboração de um artigo, que deverá ser submetido ao Journal Geophysical Research nos próximos meses.

Este projeto de pesquisa propôs uma metodologia para caracterizar as tempestades desde a
sua formação na forma de nuvens até a ocorrência das descargas elétricas. Espera-se que esta
metodologia abra novos caminhos para compreender os processos de eletrificação das nuvens
que estão associados aos crescimentos dos hidrometeoros, bem como na concepção de novas
parametrizações de física de nuvens que permitirão prever a ocorrência de descargas elétricas
por meio de modelos numéricos de previsão de tempo.

Desenvolvimento de antenas de detecção de raios, de custo reduzido, capaz de discriminar os
diferentes tipos de descargas atmosféricas. A antena operará em áreas hostis (subestações e
linhas), para proporcionar, financeiramente, a coleta de dados para as áreas de manutenções
preditivas da Coelce.

O processo físico no interior das nuvens é um dos componentes mais desconhecidos do sistema climático. A descrição desses processos através de parâmetros meteorológicos convencionais ainda precisa ser bastante aprofundada de forma que modelos de previsão de tempo e clima consigam descrever, com precisão, o tipo e as características dos hidrometeoros, os perfis de liberação de calor latente, o balanço radiativo, o entranhamento de ar na nuvem e as correntes ascendentes e descentes. Os modelos uenuméricos estão se aprimorando e rodando em resoluções espaciais nas quais esses processos precisam ser explicitamente descritos. Por exemplo, a análise dos efeitos do aquecimento global em uma dada região necessita de simulações descrevendo todos esses processos. Outra aplicação importante que necessita conhecer os processos das nuvens é a estimativa de precipitação por satélite. O programa espacial brasileiro tem planejado o lançamento em 2014 de um satélite para inferência da precipitação - esse satélite fará parte da constelação do GPM (Global precipitation Measurement). Nuvens quentes, responsáveis por grande parte da precipitação nos trópicos, principalmente nas regiões costeiras, são pouco estudadas e não são consideradas nas estimativas de precipitação por satélite. Este Projeto realizará experimentos de campo em sete sítios com diferentes padrões climáticos, para estudar os regimes de precipitação no Brasil. Esses experimentos utilizarão radar polarimétrico, lidar polarizado, radiômetro de microonda, disdrômetros, radiosondas e vários outros instrumentos. As análises serão realizadas considerando as características microfísicas e a evolução com o ciclo de vida, os modelos de estimativa de precipitação, o desenvolviemnto da tempestade e a formação de descargas elétricas, os processos na camada limite e a modelagem da microfísica. Este projeto tem o objetivo de reduzir as incertezas na estimativa da precipitação e progredir no conhecimento dos processos das nuvens, principalmente das nuvens quentes. A pesquisa a ser realizada abrangerá estudos de clima e os processos físicos por meio de observações convencionais e especiais para criar um banco de dados descrevendo os processos de nuvens dos principais sistemas de precipitação no Brasil. O Projeto pretende criar e explorar essa base de dados para melhorar a estimativa de precipitação por satélites e validar e estudar as parametrizações da microfísica das nuvens.

Os recentes avanços tecnológicos na área de eletrônica e computação permitem
um contínuo monitoramento das tempestades, inclusive sobre o Brasil.
Entretanto, os instrumentos utilizados para a detecção das tempestades são
altamente onerosos, tem tecnologia estrangeira e não possibilitam modificações
que permitam entender melhor o processo das medidas de descargas
atmosféricas bem como o detalhamento completo das tempestades. Dessa
maneira, este projeto apresenta uma metodologia para o desenvolvimento e a
consequente implementação de um sistema com tecnologia brasileira para a
detecção 3D dos raios intra-nuvem e nuvem terra sobre o Estado do Mato
Grosso do Sul. Adicionalmente, este projeto propõe a extensão da rede de
detecção de descargas atmosféricas a longa distância ?World-ZEUS? sobre o
Brasil de forma a garantir uma melhor cobertura e eficiência de detecção. De
uma forma geral, este projeto viabilizará uma idenpendência tecnológica
estrangeira na construção de sensores, permitirá um maior conhecimento dos
processos envolvidos nas tempestades, auxiliará a defesa civil e a previsão do
tempo a partir do monitoramento contínuo de tempestades que se formam e se
deslocam sobre o território brasileiro, e por fim irá consolidar o desenvolvimento
de um centro de excelência na região centro-oeste do Brasil.