Abstract Changes in the physical and biogeochemical properties of water columns are frequently associated with cold fronts and mesoscale convective systems due to increased cloud cover. The effects of low-level jet (LLJ) events on thermal stratification and water quality, however, remain undescribed, particularly for tropical reservoirs. Here, water temperature time series are combined with meteorological data, LIDAR observations, ERA5 reanalysis data, and hydrodynamical modeling to investigate the impact of an event of LLJ over the Furnas hydropower reservoir in Brazil. The LLJ event was characterized by dry, intense, and persistent winds (~10 m s-1) blowing for more than 12 hours over the main fetch of the reservoir. In the downwind side of the lake, the surface mixed layer depth increased by 50% during the LLJ event. The changes to the water column were produced by a combination of wind-induced upwelling, shear-driven mixing, and nocturnal convective overturning, different from the heat balance expected during passing cold fronts and mesoscale convective systems. The results suggest that both momentum and heat fluxes during LLJ events need to be accounted for in lake modelings to reproduce the vertical mixing process.

Resumo O Projeto “uso de VANT para prospecção eólica em sistemas aquáticos” consistiu num esforço multi-instrumental e multi-institucional para estudar a camada limite atmosférica influenciada por extensos corpos d’água e pelas feições do entorno como colinas, rampas e mudanças abruptas de rugosidade. Dois trabalhos de campo foram conduzidos em setembro e novembro de 2016 ao longo do sistema aquático e no seu entorno. Durante os experimentos foram utilizadas duas torres anemométricas, uma instalada sobre uma ilha e outra sobre uma colina. Além disso, um sistema flutuante para prospecção eólica, desenvolvido no âmbito do projeto, foi utilizado para hospedar uma torre de 10 m e um LIDAR Doppler que possibilitou o levantamento de perfis a 200 m, algo inédito em sistemas aquáticos continentais brasileiros. O perfil vertical de temperatura e umidade foi levantado por balões cativos e, um VANT, adaptado para realizar perfis verticais do vento foi utilizado pela primeira vez no Brasil, e é objetivo deste trabalho apresentar os detalhes de seu desenvolvimento bem como da validação dos respectivos dados. Este artigo tem como objetivo também apresentar um visão geral sobre o projeto e descrever a instrumentação e desenho amostral utilizado. Artigos adicionais, submetidos para esta revista, consideram diferentes aspectos da pesquisa e trazem resultados inéditos sobre escoamentos sobre colinas, a influência do fetch nestes sistemas e os aspectos moduladores da estabilidade atmosférica nestes ambientes.

Abstract The Project “unmanned aerial vehicles to wind assessment in aquatic systems” was a multi-institutional and multi-instrument experiment carried out to measure, in detail, the spatial characteristics of mean wind over a large tropical aquatic system and how is the flow modulated by hill, ramp and abrupt roughness change. Two field experiments were conducted during September and November 2016 in the Furnas reservoir and surrounding, an extensive (~1,250 km2) Brazilian typical reservoir. During the experiments, two towers were deployed on a hill and isle, and on the anchored buoy was installed a 10 m mast and a Doppler Lidar with a stabilizing mechanism. Vertical profile of temperature and humidity was obtained by attach sensor to tethered balloon. The present paper provides an overview of the Project as a whole, including a detailed description of the study area and the instrumentation and attempts to prove the viability of using an unmanned 6-motors rotorcraft, commonly known as a hexacopter, as a promising low-cost alternative to traditional platforms for vertical profiling in the atmospheric boundary layer.

Resumo Este artigo é uma contribuição do Projeto “uso de VANT para prospecção eólica em sistemas aquáticos”, que consistiu num esforço multi-instrumental e multi-institucional para estudar a camada limite atmosférica influenciada por extensos corpos d’água e pelas feições do entorno como colinas, rampas e mudanças abruptas de rugosidade. O trabalho apresenta o resultado de um experimento específico, realizado em novembro de 2016, que visou estudar a camada limite atmosférica (CLA) influenciada por colinas. Durante os experimentos foram levantados perfis verticais do vento a partir de um VANT, utilizado pela primeira vez no Brasil, para esta finalidade. O escoamento do vento, no topo da colina, apresentou forte intensificação a 20 m de altura. Os resultados foram comparados com um modelo analítico baseado na teoria linear aplicado a um terreno real.

Abstract This paper represents a contribution of the Project “unmanned aerial vehicles to wind assessment in aquatic systems”, a multi-institutional and multi-instrumented experiment carried out to measure, in detail, the characteristics of winds over a large tropical aquatic system and how the flow is modulated by hill, ramp and abrupt roughness changes. It presents results from experiments conducted during november 2016 over a typical hill site that is adequate for installation of wind turbines. During the experiments, both hilltop and upstream wind profile data were obtained using an unmanned rotorcraft, commonly known as a hexacopter. The flow speed at 20 m over the top of hill was found to be increased by a factor of 1.8. The results were compared with an analytical model which makes a careful application of linear theory to real terrain.

Resumo O presente estudo apresenta uma aplicação do modelo de mesoescala WRF à simulação de um episódio de vento intenso e persistente que ocorre com frequência irregular no reservatório de Guapé, MG. Tal evento altera a rotina da população na região, fazendo com que, por exemplo, a embarcação que faz a travessia entre as cidades de Guapé e Capitólio interrompa o serviço. Durante um destes episódios, ocorrido em 22 de setembro de 2016, foram realizadas medidas utilizando um LIDAR Zephir ZP300 e uma torre anemométrica, e estes dados foram posteriormente utilizados para validar as simulações. Para a avaliação dos resultados, foram comparadas pressão, temperatura, umidade e velocidade do vento simuladas e observadas. A análise dos perfis verticais de velocidade simulados sugere a presença de um jato de baixos níveis, posicionado em torno de 500 m acima da superfície, gerado por um gradiente de temperatura pós-frontal, cuja parte inferior teria sido acelerada pelo relevo e pela variação de rugosidade superficial terra-água. Mais estudos encontram-se atualmente em andamento para que se possa sugerir à população e às autoridades locais algum tipo de ação preventiva.

Abstract This study presents an application of the WRF mesoscale model to the simulation of an intense and persistent wind episode that occurs with irregular frequency in the Guapé reservoir, MG. Such an event changes the routine of the residents, forcing for example, the ferryboat between the cities of Guapé and Capitólio to interrupt the service. During one of these episodes, occurred on September 22th, 2016, measurements were made using LIDAR Zephir ZP300 and an anemometric tower, and these data were later used to validate the simulations. For the evaluation of the results, simulated and observed pressure, temperature, humidity and wind velocity were compared. The analysis of the simulated vertical velocity profiles suggests the presence of a low level jet, positioned around 500 m above the surface, generated by a post-frontal temperature gradient, whose lower part would have been accelerated by the topography and by the variation of the surface roughness following the land-water interface. More studies are currently under way to suggest to the population and local authorities some kind of preventive action.