Resumo Estudar a radiação solar é essencial para o conhecimento humano, visto que ela está presente em praticamente todas suas atividades. Assim, o objetivo desse trabalho é analisar a variação climática e sazonal da radiação solar direta normal e global na região de Maceió, estado de Alagoas, Nordeste do Brasil com condições do céu caracterizada pelo índice de claridade (Kt). O Kt foi determinado pela razão entre irradiância solar global e irradiância solar no topo da atmosfera. As maiores ocorrências de irradiância solar direta normal diária em condições de Kt ≥ 0,6 foram registradas entre 400 W m−2 e 700 W m−2 em todas as estações do ano. Sob condições de 0,4 ≤ Kt < 0,6, a irradiância solar direta normal diária ocorreu entre 200 W m−2 e 500 W m−2 e para condições de Kt < 0,4, seu valor máximo foi de 200 W m−2. Observou-se que os níveis de incidência solar na região de estudo dependem das condições de cobertura de nuvens, com pouca influência da sazonalidade.

Abstract Studying solar radiation is essential for human knowledge, since it is present in practically all its activities. Thus, the aim of this work was to analyze the climatic and seasonal variation of direct normal and global solar radiation in the region of Maceió, Alagoas State, Northeastern Brazil with sky conditions characterized by clearness index (Kt). The Kt was determined by the ratio between global solar irradiance and solar irradiance at the top of the atmosphere. The highest occurrences of daily direct normal solar irradiance under conditions of Kt ≥ 0.6 were recorded between 400 W m−2 and 700 W m−2 for all seasons. Under conditions of 0.4 ≤ Kt < 0.6, the daily direct normal solar irradiance occurred between 200 W m−2 and 500 W m−2 and for conditions of Kt < 0.4, its maximum value was 200 W m−2. It was observed that the levels of solar incidence in the study region depend on cloud cover conditions, with little influence of seasonality.

Resumo O objetivo deste trabalho é melhorar a previsão da velocidade do vento usando o modelo atmosférico de mesoescala Weather Research and Forecasting (WRF) e Rede Neural Artificial (RNA) não linear auto regressiva com entrada externa (NARX), sem entrada externa (NAR). A acurácia dos prognósticos foi aferida com dados observados (OBS) mensurados a cada 10 min, em uma torre anemométrica de 50 m de altura, localizada em Craíbas região Agreste de Alagoas. A estatística univariada indicou que os prognósticos representaram bem a evolução temporal do vento no período estudado (abril de 2015). As velocidades médias, máximas e mínimas de OBS foram de 5,26 m.s−1, 12,29 m.s−1 e 0,01 m.s−1, nesta mesma sequência, os prognósticos variaram entre (5,18 m.s−1 a 5,41 m.s−1), (11,58 m.s−1 a 13,92 m.s−1) e (0,01 m.s−1 a 0,36 m.s−1). Na análise bivariada as métricas estatísticas utilizadas para averiguar a acurácia das previsões resultaram no seguinte: Desvio médio (-0,31 a 0,04 m.s−1); Raiz do desvio quadrático médio (1,14 a 1,27 m.s−1); Desvio percentual absoluto médio (22 a 23%); E coeficiente de correlação (0,63 a 0,72). Esses resultados, apesar de considerar um período curto de dados, indicam o potencial de aplicação da RNA e WRF na previsão da velocidade do vento.

Abstract The aim of this work is to improve wind speed forecasting, using the atmospheric mesoscale model Weather Research and Forecasting (WRF) and Artificial Neural Network (ANN) nonlinear auto regressive (with external input - NARX and without external input - NAR). The accuracy of the predictions was measured with observed data (OBS) measured every 10 min in an anemometric tower 50 m high, located in Craíbas (dry region of Alagoas State). The univariate statistics indicated that the forecasting represented well the wind temporal evolution in the studied period (April 2015). The average, maximum and minimum OBS speeds were 5.26 m.s−1, 12,29 m.s−1 and 0,01 m.s−1. Predictions ranged from 5.18 m.s−1 to 5.41 m.s−1 for the average, 11.58 m.s−1 to 13.92 m.s−1 for the maximum and 0.01 m.s−1 to 0.36 m.s−1 for the minimum. On the bivariate analysis, the statistical metrics used resulted in the following: Mean Error (ME) from -0.31 m.s−1 to 0.04 m.s−1; The root mean square error (RMSE) from 1.14 m.s−1 to 1.27 m.s−1; Mean Absolute Percentage Error (MAPE) from 22 to 23%; Correlation coefficient from 0.63 to 0.72. These results, despite considering a short period of data, indicate the potential for applying ANN and WRF in forecasting wind speed.

Resumo O acoplamento dos modelos WRF e NRCS-CN foram avaliados como ferramentas para um sistema de previsão de cheias. Os modelos foram aplicados na bacia hidrográfica do rio Paraíba do Meio, localizada em Alagoas, Brasil. FNL (Final Análises GFS) dados obtidos do Sistema de Previsão Global foram utilizados como condições iniciais para o WRF. Precipitações e vazões observadas foram coletadas das plataformas de observação de dados. Nove configurações de microfísica foram usadas para otimizar as previsões do WRF. Para o modelo hidrológico, foram utilizadas calibrações automáticas disponíveis no HMS. Foram otimizados os parâmetros do modelo NRCS-CN. O desempenho dos modelos foi avaliado com os indicadores: viés, mínimo erro quadrático, coeficiente de correlação linear de Pearson, coeficiente de Nash-Sutcliffe, Heidke skill score, acertos e alarmes falsos. A habilidade de previsão do WRF para a configuração ótima foi considerada satisfatória. O modelo NRCS-CN gerou bons resultados de cheias. A habilidade preditiva do modelo hidrológico variou de satisfatória a aceitável. Na etapa de previsão de cheias, o modelo acoplado gerou coeficientes de Nash-Sutcliffe de 0.749 e 0.572 para as bacias Atalaia e Viçosa. Em seu todo, o modelo acoplado apresentou um bom potencial para desenvolvimento de sistemas de alerta.

Abstract Coupling the WRF and NRCS-CN models was assessed as a tool for a flood forecast system. The models were applied to the Paraíba do Meio River basin, located in Alagoas, Brazil. FNL (Final Analysis GFS) data provided by the Global Forecast System model were used as initial conditions for WRF. Precipitations and observed discharges were collected in data collection platforms. Nine microphysics configurations were used to optimize WRF forecast. For hydrological, the automatic calibrations, available in HMS was used to get the optimum CN model parameters. Optimized precipitations Model performance was assessed with the indicators: bias, root-mean-square error, Pearson’s linear correlation coefficient, Nash-Sutcliffe coefficient, Heidke skill score, hit rate and false alarm rate. WRF´s predictive ability for the optimum configuration was satisfactory. The NRCS-CN yielded good results. The predictive ability of the hydrological model was ranked between satisfactory and acceptable. In a flood forecasting step, the coupled model yielded Nash-Sutcliffe of 0.749 and 0.572 for Atalaia and Viçosa basins. Overall, the method showed potential for the development of a flood alert system.

Resumo O potencial eólico na região Agreste do Nordeste Brasileiro (NEB) tem características positivas para geração elétrica, cuja exploração ainda é pouca explorada. Este trabalho analisa uma base de dados anemométricos com 3,1 anos de duração (outubro de 2007 a outubro de 2010), coletados em Girau do Ponciano, Alagoas. Foram definidos três períodos para identificação dos padrões sazonais: Anual, estação seca (Outubro-Janeiro) e estação chuvosa (Maio-Agosto). Os valores horários e mensais mostraram que a velocidade média do vento em 50 m de altura foram superiores a 7 m s-1, alcançando 8,5 m s-1 no período seco. A direção do vento é pouco variável, oscilando entre NE e SE. Os ventos mais intensos (≥ 10 m s-1) foram observados durante a noite. Os parâmetros de Weibull apresentaram um desenvolvimento sazonal distinto, onde a curva de ajuste no período seco (chuvoso) foi mais distribuída (concentrada) nas classes adjacentes a 8 m s-1 (7 m s-1). Os termos relacionados a produção de energia eólica, calculados através do modelo WAsP, também indicam a potencialidade na exploração dos ventos em Girau do Ponciano. Os valores entre 3 a 10 GWh para energia anual produzida e entre 35% a 65% de fator de capacidade são equivalentes ou superiores aos apresentados em parques eólicos em operação no NEB. Simulações em microescala indicaram que o período chuvoso possui menor potencial energético e menor variabilidade espacial. As características meteorológicas e geográficas de Girau do Ponciano são favoráveis para futuras instalações de parques eólicos. A distância para rodovias estaduais é inferior a 10 km, com a subestação de 69 kV a aproximadamente 20 km da posição da torre anemométrica usada. Além disso, o relevo possui baixa inclinação (< 15°), vegetação rasteira e reduzida presença de edificações na região, que favorecem na redução da rugosidade aerodinâmica.

Abstract The wind potential in the Agreste region of Northeastern Brazil has important features for energy exploration, but, stills unexplored. This work analyzes 3.1 yrs anemometer tower measurements in the Girau do Ponciano, Alagoas state. The observational data was recorded from October 2007 to October 2010. Three periods were defined to constrain the seasonal wind patterns: Annual, Dry (October-January) and Wet (May-August). Hourly and monthly series showed the average wind speed was higher than 7 m s-1, reaching 8.5 m s-1 during the dry season. Further, the wind direction was also favorable with less variability, concentrated between NE and SE. During nighttime the wind speed ≥ 10 m s-1 were more frequent. The Weibull fit is more distributed (concentrated) during the dry (wet) season close to 8 m s-1 (7 m s-1). The AEP (Cf) parameter estimated by the WAsP model varied between 3 to 10 GWh (35% to 65%). Nevertheless, Girau do Ponciano domain was positioned nearby two highways and close to an electrical substation in the Arapiraca city. Other geographic conditions (topography inclination < 15°, the absence of obstacles, and low vegetation) are also favorable to future wind farm installation in this area.

O estudo da radiação solar é importante para entender os diversos processos físicos, químicos e biológicos que ocorrem na biosfera, em particular nas florestas. O principal objetivo deste trabalho foi avaliar a evolução temporal da Radiação Fotossinteticamente Ativa (PAR) incidente e refletida acima e abaixo do dossel de uma floresta de Mata Atlântica. Para isso, foi realizado um estudo na Reserva Particular do Patrimônio Natural, localizada no município de Coruripe, Alagoas, no período de outubro/2009 a setembro/2010, baseado em observações da PAR (2, 13, 26 m) realizadas numa estação micrometeorológica instalada em uma torre de 24 metros de altura (10º 00' 37"S, 36º 17' 60"W, 160 m alt.). A PAR incidente e refletida, acima (PAR↓_Ext e PAR↑_Ext) e abaixo (PAR↑_Spf) da floresta, seguem a sazonalidade imposta pelo movimento aparente do Sol, o que acarretou em maiores registros médios horários de PAR na estação seca, superiores a 600 e 12 W m-2, e as menores na estação chuvosa, inferiores a 300 e 8,0 W m-2, influenciadas pela presença da nebulosidade. Nas primeiras e últimas horas do período diurno, constataram-se registros de PAR↑_Spf próximos à zero. Já o oposto foi observado próximo às 12 h (novembro e dezembro), com aproximadamente 14 W m-2.

The study of solar radiation is important to understand the several physical, chemical and biological processes that occur in the biosphere, particularly in the forest. The objective of this study has been to evaluate the temporal evolution of incident and reflected Photosynthetic Active Radiation (PAR) above and below the canopy of the Mata Atlantica forest. The study has been conducted in a Private Reserve Natural Heritage, located in the Coruripe city, Alagoas, during the period from October 2009 to September 2010, based on the PAR (2, 13, 26 m) observations obtained at the micrometeorological station, installed on a 24 meters high tower (10º 17' 36"S, 36º 17' 24"W, 160 m asl). According to the results the incident and reflected PAR outside (PAR↓_Ext and PAR↑_Ext) and inside (PAR↑_Spf) forest follow the seasonality imposed by the apparent motion of the Sun. The higher PAR values occur during the dry season, exceeding 600 and 12 W m-2, and during the wet season these averages was less than 300 and 8.0 W m-2, influenced by cloudiness. At the beginning and ending of sunlight time PAR↑_Spf values near zero were measured. The opposite measurements of about 14 W m-2, around 12 h (November and December) were observed.

O prognóstico do vento utilizando o modelo atmosférico WRF para o Estado de Alagoas é investigado neste trabalho. Com medições anemométricas realizadas no período de agosto/2007 a julho/2008, as previsões foram validadas estatisticamente nas estações situadas nas três mesorregiões do Estado: Sertão, Agreste e Litoral. Os resultados mostraram que a qualidade da previsão do vento realizada com o WRF é bastante satisfatória, principalmente no período seco do interior alagoano. Os prognósticos do vento na quadra chuvosa no litoral apresentaram bias de 1,77 m.s-1 e RMSE de 3,61 m.s-1, enquanto no período seco estes índices foram 0,98 m.s-1 e 2,99 m.s-1, respectivamente. No interior, estes indicadores atingiram bias de -0,2 m.s-1 e RMSE de 2,75 m.s-1 nos meses secos, e bias de -0,1 m.s-1 e RMSE de 2,63 m.s-1 no período chuvoso. Alguns aspectos do modelo WRF precisam ser mais bem testados e avaliados para aperfeiçoar a previsão na quadra chuvosa, principalmente as parametrizações de microfísica de nuvens e de cumulus. Os índices estatísticos obtidos foram equivalentes, e melhores em alguns casos, a outros estudos deste gênero, indicando que o WRF é uma boa ferramenta para previsão do vento.

This paper aim to analyses wind prediction over the Alagoas State (Brazil) using the WRF model. A 1-yr (August/2007 to July/2008) anemometer collected data is used to analyze wind pattern and the model predictions were statistically validated using stations located in the three State mesoregions: Backlands (Sertão), Rural (Agreste) and Coast (Litoral). The results showed that quality of WRF model prediction proved to be quite satisfactory especially in the interior of the State during the dry season. The wind predictions in the rainy season for coastal zones showed bias of 1.77 ms-1 and RMSE of 3.61 m.s-1, while in the dry season these ratios were 0.98 m.s-1 and 2.99 m.s-1, respectively. In the interior of the State, these indicators reached bias of -0.2 m.s-1 and RMSE of 2.75 m.s-1 for dry months, and bias of -0.1 m.s-1 and RMSE of 2.63 m.s-1 for rainy season. Some aspects of the WRF model must be further tested and analyzed to improve the prediction during the rainy period, especially the parameterizations of cumulus and clouds microphysics. The obtained statistical indexes were equivalent or better, in some cases, if compared to other similar studies, indicating that the WRF is a good tool for wind forecasting.

Este trabalho mostra os resultados das aproximações feitas para o inventário de emissões de poluentes da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) e transformações necessárias para serem implementadas no modelo fotoquímico WRF/CHEM ("Weather Research and Forecasting / CHEMistry"). Portanto, o objetivo é avaliar a eficiência do modelo WRF/CHEM em simular os poluentes fotoquímicos para a RMSP, utilizando as concentrações de monóxido de carbono (CO) e ozônio troposférico (O3). O WRF/Chem é um modelo de previsão de tempo, clima e qualidade do ar, que resolve em conjunto e de forma simultânea os modulos de meteorologia e química. A RMSP é considerada uma das dez maiores metropoles do mundo, e sofre igualmente a outros centros urbanos com o problema da poluição atmosférica. Pesquisas realizadas na RMSP mostram que os automóveis são as principais fontes de CO, hidrocarbonetos totais (HC) e Óxidos Nitrogenados (NOx). Para Óxidos de Enxofre (SOx), as indústrias e os automóveis são fontes importantes na emissão de SOx e emissão de partículas inaláveis (PM10). Outro fator muito importante é a ressuspensão de partículas do solo e formação de aerossóis secundários. Para estimar as emissões será usado o estudo do inventário feito pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB) para o ano de 2006, onde estas informações serão trabalhadas para adequação ao formato de entrada do modelo WRF/Chem, pois esse levantamento anual de emissãos de poluentes é feito para toda a RMSP. Logo, algumas das propostas foram de gerar aproximações para tornar as emissões mais representativas, em termos de distribuição espacial e temporal. Os resultados mostraram que tais aproximações melhoram a previsão da concentração de ozônio (O3) e de CO em cerca de 25%, atingindo coeficientes de correlação de 0,79 para ozônio e 0,49 para monóxido de carbono, quando comparado os dados simulados e observados.

This paper shows the results of an approximation and transformation made on the Sao Paulo Metropolitan Region (SPMR) pollutant emission inventory, required to be used as input data on the WRF/Chem model ("Weather Research This paper shows the results of an approximation and transformation made on the Sao Paulo Metropolitan Region (SPMR) pollutant emission inventory, required to be used as input data on the WRF/Chem model ("Weather Research and Forecasting / CHEMistry"). Therefore, the purpose is to evaluate the efficiency of the WRF/Chem model to simulate photochemical pollutants on the SPMR, using as parameters the inclusion of the emission inventory and measurements of carbon monoxide (CO) and tropospheric ozone (O3) concentrations. The WRF/Chem is a forecast, weather climate and air quality model, which solves simultaneously the meteorology and chemistry modules. SPMR is considered one of the largest cities in the world, and like other big cities suffer with atmospheric pollution. Researches made in SPMR show that vehicles are the main sources of Carbon monoxide (CO), Hydrocarbon (HC) and Nitrogen oxide (NOx). When it comes to Sulphur oxides (SOx) and inhalable particles (PM10) the main sources of emission fundamentally are industries and vehicles. Another crucial factor is the resuspension of particles from the ground (soil) and the formation of secondary aerosols. A 2006 Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB) inventory of emissions will be used as input data to the WRF/CHEM model. Since the annual CETESB inventory of emissions integrates the whole SPMR some approximation is required to match the model input data format. It was proposed some approximation methods in which the inventory of annual emissions was representatively distributed in time and space as required by the model. The results show that these methods improved the forecasting of the ozone (O3) and of CO concentration by approximately 25%, reaching a correlation coefficients of 0,79% for the ozone and 0,49% for carbon monoxide, when comparing simulations and observations.

O ozônio e o material particulado inalável são os mais importantes poluentes do ar na região metropolitana de São Paulo (RMSP). Esta região possui em torno de 19 milhões de habitantes e aproximadamente 7 milhões de veículos registrados. O efeito final de semana sobre a concentração de ozônio, caracterizado por concentrações ozônio mais elevadas no fim de semana quando comparadas aos dias de semana, pode está relacionado às concentrações relativamente baixas dos precursores do ozônio tais como o óxido de nitrogênio (NOx) e os Hidrocarbonetos Não Metano (NMHC) nos finais de semana. As diferenças existentes entre as concentrações de ozônio nos períodos de fim de semana e dias da semana, foram obtidas a partir de analises médias dos dados horários da CETESB para o ano de 2004, foram estudados os precursores para a formação do ozônio troposférico, as variáveis meteorológicas e o perfil horário do trafego veicular para a RMSP. Devido a proximidade com as fontes de emissão a estação de Pinheiros apresentou maiores concentrações de NO e NO² e maiores variações na concentração na comparação feita aos períodos. Com menos veículos circulando durante o período de final de semana e conseqüentemente menos emissão de poluentes, tem-se uma atmosfera mais limpa e menos concentração de NO e NO², configurando uma situação mais favorável para a formação de ozônio troposférico, apesar da menor concentração de NO². A proximidade da fonte de emissão de poluentes, auxiliados pela maior disponibilidade de radiação solar e a presença dos precursores da formação de ozônio, foram fatores condicionantes para a ocorrência do efeito final de semana.

Ozone and inhalable particulate matter are the major air pollutants in the Metropolitan Area of São Paulo, Brazil, a region that has more than 19 million inhabitants and approximately 7 million registered vehicles. Proximity of roadways, adjacent land use, and local circulation are just some of the factors that can affect the results of monitoring of pollutant concentrations. The so-called weekend effect (higher ozone concentrations on weekends than on weekdays) might be related to the fact that concentrations of ozone precursors, such as nitrogen oxides (NOx) and Non Methane-Hydrocarbon (NMHC), are relatively lower on weekends. This phenomenon has been reported in some areas of the United States since the 1970s. The differences between the concentrations of ozone in period of weekend and weekday, were obtained from analysis of data hourly average of CETESB for 2004, studied the precursors to the formation of troposphere ozone, the meteorological variables and traffic profile for RMSP. Because of the proximity to sources of emissions from the station Pinheiros showed higher concentrations of NO and NO² and greater variations to the periods weekend and weekday. With fewer vehicles circulating during the weekend, and consequently less emission of pollutants, it has cleaner air and less concentration of NO and NO², there is the ideal setting to the formation of troposphere ozone, despite the lower concentration of NO². The proximity with the source emissions, aided by the increased availability of solar radiation and the presence of ozone precursors, were factors conditions for the occurrence of weekend effect.

Medidas de concentração de dióxido de carbono (CO2) foram realizadas em uma área de pastagem no município de Ouro Preto do Oeste/RO (Fazenda Nossa Senhora Aparecida), no período de 15/04 - 21/05/1999, período característico na região como sendo de transição entre a estação chuvosa para a seca. O período diurno é o principal responsável pelo consumo de CO2 devido à realização da fotossíntese pelas plantas, enquanto no período noturno a respiração das plantas e dos microorganismos vivos responsáveis pela decomposição da matéria morta, liberam CO2 para atmosfera. As concentrações de CO2 tiveram valores acima de 500 ppmv entre 23:00 e 06:00 horas com um máximo de 533 ±106 ppmv aproximadamente às 02:00 horas, como também apresentaram valores mínimos abaixo de 400 ppmv entre 9:00 e 17:00 horas com mínimo de 367 ± 8 ppmv aproximadamente às 15:00 horas. Foram feitas várias comparações entre a concentração de CO2 e algumas variáveis meteorológicas na busca de explicações para o ciclo diário da concentração de CO2, onde existe uma relação entre e a baixa velocidade do vento noturno e a concentração de CO2 que alcança valores superiores a 800 ppmv.

Carbon dioxide (CO2) mixing ratios were continuously measured at a pasture site (Fazenda Nossa Senhora Aparecida) near Ouro Preto D'Oeste/RO during the period 15 April to 21 May 1999. This period corresponds to the transition between the wet to the dry season in this region. Photosynthesis by the vegetation of the pasture is the main sink for atmospheric CO2 during daylight. During nighttime soil and plant respiration are a source for atmospheric CO2. Our results show a marked diurnal cycle of mean CO2 mixing ratios. Mean mixing ratios above 500 ppmv are reached between 23:00 and 6:00 local time with a maximum of 533 ± 106 ppmv around 02:00 Values stay well below 400 ppmv between 9:00 and 17:00 and reach a minimum of 367 ± 8 ppmv around 15:00. Individual measurements performed during nights with low wind speeds especially show elevated CO2 mixing ratios which might reach up to 800 ppmv.