Defesa de dissertação de doutorado
Aluno: Jorge Rosas Santana
Programa: Meteorologia
Título: “Os efeitos 3D das nuvens sobre a radiação solar em superfície e variação das propriedades das nuvens em dois sítios característicos do Brasil”
Orientadora: Profa. Dra. Marcia Akemi Yamasoe - IAG/USP
Comissão Julgadora:
Membros Titulares:
- Profa. Dra. Marcia Akemi Yamasoe (orientadora)
- Prof. Dr. Pedro Leite da Silva Dias – IAG/USP
- Prof. Dr. Alexandre Lima Correia –IF/USP
- Prof. Dr. Fernando Ramos Martins - UNIFESP - Campus Santos (por videoconferência)
- Prof. Dr. José Vanderlei Martins – UMBC
Resumo:
As estimativas da profundidade óptica efetiva das nuvens (ECOD) foram realizadas
para o período de 2012-2018 em duas regiões importantes: a Região Metropolitana
de São Paulo (MASP, acrônimo em inglês) e ao redor de uma área de floresta
tropical preservada na Amazônia, representando, respectivamente, um ambiente
urbano e um ambiente prístino. Além disso, o impacto dos efeitos tridimensionais
(3D) das nuvens na radiação de onda curta na superfície foi avaliado utilizando
diversas geometrias de campos de nuvens. O estudo destaca a importância e a
multifuncionalidade dos Multifilter Rotating Shadowband Radiometers (MFRSR), que
permitem a estimativa da ECOD e também possibilitam o desenvolvimento de
algoritmos auxiliares para classificar diferentes cenários de estimativa, incluindo
condições de céu encoberto e obstrução do disco solar pelas nuvens. A avaliação
das metodologias confirma a viabilidade da classificação de condições de céu
encoberto utilizando o MFRSR e se o disco solar esteja visível ou encoberto por
nuvens. Diferenças estatísticas na ECOD entre a Amazônia (valor médio de 31,1) e
São Paulo (valor médio de 32,8) foram observadas ao longo de todo o período. As
diferenças mais significativas ocorreram na primavera, com uma média de ECOD de
27,8 na Amazônia e 35,7 em São Paulo. Essas diferenças provavelmente podem ser
atribuídas a mudanças nas propriedades microfísicas das nuvens, devido à
combinação da convecção da umidade com partículas de aerossóis transportadas de
outras regiões durante a estação de queimadas. Um estudo de caso sobre o
transporte de aerossóis das queimadas em direção a São Paulo revelou impactos
radiativos intensos, com a irradiância solar caindo para 0 e valores estimados de
ECOD chegando a 300. Além disso, os efeitos radiativos das nuvens na superfície
foram 7% mais intensos no dia das queimadas em comparação com outros dias
nublados. Os efeitos 3D dos campos de nuvens foram avaliados usando simulações
3D e comparados com simulações 1D da Individual Pixel Approximation (IPA). Para
esse propósito, utilizamos diversas geometrias de nuvens 3D, como uma única
nuvem cúbica, nuvens estratocúmulos estocásticas e nuvens cúmulos quase
realistas obtidas por simulações LES na Amazônia. Os campos de nuvens foram
usados como entrada para o código Monte Carlo MYSTIC, um modelo de última
geração de transferência radiativa 3D. Os resultados mostraram a complexidade
dos efeitos 3D, influenciados principalmente pela geometria solar, profundidade
óptica das nuvens, espessura das nuvens e albedo da superfície. Utilizando uma
nuvem cúbica, foram observados impactos significativos do albedo da superfície e
da espessura da nuvem. Enquanto o aumento do albedo da superfície ajudou a
aumentar os valores positivos dos efeitos 3D, o aumento da espessura da nuvem
intensificou o efeito de sombreamento, contribuindo para valores mais negativos
dos efeitos 3D. De modo geral, para os campos de nuvens analisados, os efeitos 3D
na irradiância global descendente foram negativos, como observado nos campos de
nuvens cúbicas (mínimo de -40% em nuvens opticamente espessas) e nas
simulações LES (mínimo de -16%). No entanto, nuvens estratocúmulos rasas e
estocásticas exibiram valores positivos (máximo de 10%). Variações na fração de
nuvens, geometria solar e ECOD também foram identificadas como mecanismos-
chave que impulsionam os efeitos 3D em campos de nuvens fragmentadas.
Palavras- chave: profundidade óptica das nuvens, Transferência radiativa 3D, nuvens, medições em
superfície.