O aumento de capacidade de processamento dos supercomputadores permitiu que as projeções climáticas fossem executadas com resolução mais refinada, atingindo espaçamento de grade em escala de quilômetros. Nesta alta resolução, os modelos de convecção permitida (CPMs) possibilitam que o transporte vertical organizado de calor e umidade na atmosfera seja representado explicitamente na grade do modelo, sem a necessidade de parametrização baseada em relações empíricas. Foi demonstrado que os CPMs fornecem simulações realistas de temperatura e precipitação incluindo propriedades estatísticas de eventos extremos localizados, não capturados por modelos de resolução mais grosseira. Apesar dos avanços significativos que os CPM oferecem, existe uma necessidade imediata de quantificar o impacto das mudanças no uso do solo relacionadas com a densidade e altura dos edifícios no clima regional - para promover ações sobre alterações climáticas relacionadas com a gestão ambiental e o planeamento urbano em diferentes partes do globo.Neste projeto, propomos gerar e comparar simulações CPM para três regiões: Guandu no norte de Taiwan, São Paulo no sudeste do Brasil e Bristol no sudoeste do Reino Unido, que possuem características distintas de uso da terra e características climáticas únicas. A análise dos campos de temperatura e precipitação das simulações melhorará a nossa compreensão do impacto das mudanças no uso da terra no clima regional. Os resultados das simulações serão então visualizados usando tecnologia imersiva para elucidar com as partes interessadas do planejamento regional no Reino Unido, América do Sul e Taiwan os impactos do uso do CPM.Para fazer isso, estamos ampliando a colaboração entre Bristol e São Paulo, onde pesquisadores conduziram vários estudos de CPM, para incluir pesquisadores da National University of Taiwan que possuem experiência complementar em gestão urbana e ambiental. As simulações CPM para o norte de Taiwan e sudeste do Brasil serão realizadas nos primeiros 7 meses do projeto e os resultados serão comparados com os conjuntos de simulações para o sudoeste do Reino Unido do Experimento Regional Coordenado de Redução Climática da Europa (Europa-CORDEX) e UKCP18 para analisar o impacto de diferentes usos da terra, incluindo terras agrícolas, para áreas urbanas nos padrões de temperatura e precipitação. Um workshop no Brasil no final do primeiro ano discutirá essas descobertas e consolidará as atividades de pesquisa com o South American Affinity Group. Isto será seguido por uma análise hidroclimática para avaliar como as mudanças no uso da terra relacionadas com a desflorestação e a urbanização afectam a distribuição conjunta da precipitação e da temperatura. Os resultados serão discutidos num workshop em Taiwan no segundo ano do projeto.Materiais imersivos (apresentação de resultados científicos em formato digital 3D) serão então desenvolvidos para o workshop final em Bristol com as comunidades atmosféricas, hidroclimáticas e de gestão ambiental, incluindo a equipe do South America CORDEX, e o UK Met office e grupos de planejamento urbano e modelagem de Taiwan. Este será um fórum para apresentação dos resultados do projeto e para iniciar uma aplicação interdisciplinar para apoiar futuras atividades de pesquisa colaborativa, para expandir a comunidade científica envolvida com a pesquisa CPM com foco nos estudos de impacto climático local. Todos os workshops serão abertos às comunidades mais amplas de pesquisa em gestão urbana e ambiental e ao envolvimento de diversas partes interessadas de forma igual e inclusiva. No geral, as conclusões informarão o planeamento subnacional e local do uso do solo, considerando como suas mudanças podem afectar futuros extremos localizados de temperatura e precipitação do clima regional para alcançar o Objectivo de Desenvolvimento Sustentável 13, Acção Climática. (AU)

O Rio Madeira, um importante tributário do Rio Amazonas, frequentemente sofre condições severas de inundação e seca. Este estudo busca investigar os processos climáticos associados aos eventos extremos opostos de precipitação na bacia do Rio Madeira e relacioná-los à variabilidade da vazão do rio com base em um conjunto de dados preparado para a compreensão sobre inundações. Apesar da incerteza nos conjuntos de dados observacionais, o ciclo anual de precipitação exibe uma estação chuvosa de novembro a março. Um resultado significativo é a alta correlação entre a variabilidade da estação chuvosa na bacia do Rio Madeira e as anomalias da Temperatura da Superfície do Mar (TSM) no Oceano Atlântico Norte tropical e no Oceano Atlântico Sudoeste. Este resultado indica que melhorar a representação da TSM do Atlântico na modelagem climática permite capturar eventos extremos de precipitação na região. Além desse impacto, certos tributários do Rio Madeira apresentam tendências climáticas significativas. A variabilidade da vazão do rio revela um aumento nos extremos hidrológicos nos últimos anos na seção à juzante do rio, mas mais significativamente, na seção montante, onde reduziu em mais de 400 m3/s por década. Essas descobertas destacam a necessidade de melhorar a qualidade dos dados in situ e a modelagem climática e hidrológica, com foco na descrição da intensa variabilidade climática e tendências nas descargas dos rios. (AU)

O STFM (Spill, Transport and Fate Model) é uma ferramenta para estudar os derramamentos de petróleo e lançamentos de lixo em águas brasileiras. Inicialmente desenvolvido no Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG/USP), e depois continuado em parceria com a empresa Lentz Consultores em Meio Ambiente; o STFM foi projetado desde o início com o objetivo de atender as necessidades científicas, governamentais e empresariais. A versão atual do foi publicada em 2021 e está registrada no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI - Brasil) sob o número BR512021002447-8. O STFM foi utilizado com sucesso para estudar o derramamento de petróleo ocorrido em 2019, sendo o primeiro modelo a estimar metodológica e numericamente o volume lançado no mar, e a partir disso, indicar a possibilidade de dumping (descarte intencional) de óleo no mar. O projeto estabelece objetivos científicos, técnicos e estratégicos para o desenvolvimento do STFM e sua disponibilização ao público; dentre eles: Desenvolver um modelo de transporte e intemperismo de macro, meso e micro plásticos; frações de óleo em estado sólido ou quase-sólido (tarballs); implementar um novo código de difusão turbulenta em subgrade, incluir o transporte de Stokes, substituir o atual modelo hidrodinâmico por outro com maior resolução costeira, incluir um modelo de ondas, desenvolver uma plataforma visual de usuário baseada em SIG; aumentar o desempenho computacional; diminuir a incerteza/erro de trajetória; disseminar o uso do modelo e prover um plano de negócios que possibilite o contínuo desenvolvimento do modelo e a fixação do pesquisador bolsista na empresa após o término da vigência do projeto. (AU)

O AmazonFACE é um experimento em escala de ecossistema que testa os efeitos do aumento da concentração atmosférica de CO2 na floresta amazônica, abordando as incertezas da resposta e resiliência do ecossistema às mudanças climáticas. Este Experimento de Enriquecimento de CO2 ao Ar Livre é considerado uma abordagem científica crucial para resolver as principais fontes de incerteza em relação ao papel da fertilização com CO2 no declínio da capacidade de sumidouro de carbono da floresta amazônica.Propomos organizar um workshop na sede do INPE, em São José dos Campos, e outro na Technical University of Munich, em Freising, com o objetivo principal de discutir o estado da arte de modelos de vegetação tropical e experimentos em larga escala em Amazônia, abordando especialmente questões-chave relacionadas à resposta do ecossistema amazônico ao aumento do CO2 atmosférico.Para esses workshops, planejamos:1. Discutir os avanços na modelagem da vegetação tropical e novas abordagens para capturar as respostas das florestas tropicais às mudanças climáticas e identificar diferenças nas suposições do modelo2. Aprender sobre as descobertas do trabalho experimental e discutir como modelos e experimentos podem ser integrados para melhorar as previsões dos modelos3. Envolver cientistas em início de carreira no campo da modelagem da vegetação tropical, com especial enfoque na integração modelo-dados observacionais.4. Aprender a integrar os dados gerados pelos modelos com indicadores socioeconômicos para compreender a vulnerabilidade das populações locais às alterações climáticas e fornecer aos decisores políticos e às partes interessadas informações confiáveis para medidas de adaptação. (AU)

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. (AU)

Nós propomos o desenvolvimento de um protótipo de sistema no nível de prontidão tecnológica 7 (TRL 7) para a análise, previsão e atribuição de qualidade do ar na região metropolitana de São Paulo, Brazil, e seus arredores. Modelos de negócio apropriados serão desenvolvidos com o propósito de comercializar o sistema com uma interface de usuário amigável para tomadores de decisão e legisladores ao nível municipal. Na última década, a comunidade de modelagem de qualidade do ar colocou esforço substancial para melhorar a resolução espacial dos modelos e integrar a interação entre qualidade do ar e outros aspectos do Sistema Terrestre e da sociedade. A maior parte desses modelos são "chemical-transport models" (CTMs), que resolvem numericamente as equações físico e químicas da atmosfera que controlam a composição do ar. No entanto, esses modelos são computacionalmente caros e não podem eficientemente providenciar estimativas acuradas da qualidade do ar na escala sub-urbana. Novas abordagens de refinamento espacial e regionalização baseadas em inteligência artificial e sensoriamento remoto tem mostrado boa performance para simular processos atmosféricos de escala sub-grade (Martin et al., 2020; Martin et al., 2019; Perez and Silva Dias, 2018). Essa abordagem será adaptada para fornecer mapas de altíssima resolução de qualidade do ar em cidades. Os dados brutos de previsão então servirão para derivar indicadores relevantes para legisladores e administradores municipais e estaduais, que serão disponibilizados através de plataforma online interativa. Esse protótipo no nível TRL7 será demonstrado e testado operacionalmente na cidade de São Paulo antes de transicionar para o mercado. Os usuários relevantes serão identificados e convidados para contribuir e expressar suas necessidades específicas que serão utilizadas para aprimorar as especificações do produto. (AU)

As mudanças climáticas que experimentamos nas últimas décadas e que estão presentes em grande parte das projeções do clima futuro têm evidenciado a necessidade de um planejamento da sociedade em diversas esferas: de cidades mais resilientes, a empresas que respondam às flutuações do clima. A variabilidade climática em escala sazonal, em especial, tem um grande impacto para agricultura, geração de energia, gerenciamento dos recursos hídricos, indústria e comércio. Apesar dessa importância, previsões climáticas sazonais ainda são pouco utilizadas e isso se deve ao descompasso entre as necessidades dos usuários e as informações disponíveis. Fatores como a falta de confiança nas previsões, a complexidade para obtenção e interpretação dos dados e a ausência de produtos que atendam as particularidades de cada setor, são os principais responsáveis pela dificuldade na difusão das previsões de longo prazo. Neste projeto, pretendemos explorar essas questões através de metodologias inovadoras e, assim, oferecer um produto adequado às demandas do mercado. Especificamente, propomos o desenvolvimento de um método de correção para previsões climáticas sazonais de um modelo dinâmico e uma forma distinta de comunicação e disponibilização dos dados. Geralmente, as técnicas de correção adotadas para previsões de tempo e clima são baseadas na comparação dos dados a serem corrigidos com dados de referência. Existem inúmeras formas para o ajuste entre duas séries temporais, das mais simples, como uma regressão linear, passando pela comparação entre as distribuições de probabilidade dos dois conjuntos, até o uso de algoritmos de inteligência artificial. A maioria dessas técnicas têm um ponto em comum, elas relacionam as séries como um todo, generalizando o erro do modelo e sugerindo uma correção universal. O diferencial da metodologia que propomos é fragmentar a série temporal a ser corrigida em pequenas partes e buscar padrões semelhantes no passado, para então selecionar os dados de referência correspondentes a esses períodos específicos e fazer a aplicação de uma técnica estatística de correção. Dessa forma, cada tipo de fenômeno tem uma correção adaptada de acordo com a particularidade do seu erro. Por exemplo, a correção para precipitação decorrente de uma frente fria durante o inverno, seria diferente da correção para a precipitação desencadeada por um sistema convectivo no verão. Para otimizar o processo de busca pelos padrões similares no período histórico, o reconhecimento será feito no domínio das frequências, utilizando a Transformada Rápida de Fourier. Os dados de entrada para o algoritmo de reconhecimento de padrões serão provenientes de um ensemble temporal, definido por meio de uma avaliação prévia. Os métodos estatísticos para a correção também serão testados e, de acordo com seu desempenho, será feita a seleção do mais adequado. É preciso destacar que a confiança do usuário não depende somente da acurácia das previsões, mas também da forma de comunicação dos erros. Mostrar onde e quando o modelo erra é um ponto crucial para o uso adequado das previsões de longo prazo. Desse modo, tão importante quanto desenvolver um método para melhorar a qualidade das previsões, é desenvolver um sistema de validação para as mesmas e, a partir daí, transmitir essa informação com clareza. Para atender essa necessidade e apresentar uma abordagem mais atual de interação com o usuário, desenvolveremos uma plataforma web para solicitação e entrega dos dados, desburocratizando e automatizando esses processos. Em síntese, como resultado deste projeto, pretendemos oferecer produtos de fácil acesso e interpretação, que simplifiquem e estimulem o uso de previsões de longo prazo na gestão de áreas estratégicas, suprindo, dessa forma, uma lacuna identificada no mercado e apresentando novos paradigmas em termos de prognósticos climáticos. (AU)

O presente estudo busca entender de que forma as atividades antropogênicas podem alterar o comportamento dos ciclones extratropicais na América do Sul e Oceano Atlântico em um clima futuro. Em particular, pretende-se analisar as mudanças nos eventos extremos de vento e precipitação associados às ciclogêneses. De forma específica, pretende-se verificar o papel do transporte de umidade da Amazônia no desenvolvimento dos ciclones extratropicais. Além disso, esse projeto busca verificar se a nova geração de modelos globais de alta resolução HighResMIP (25-50 km) pode alcançar o mesmo nível de informação fornecido pelo modelo regional RegCM5 (12-25 km). De acordo com o nosso conhecimento, esse é o primeiro estudo em que informações do clima regional da América do Sul são produzidas com modelos regionais e globais de semelhante resolução espacial. Com esses resultados, espera-se entender melhor as potencialidades e limitações dos modelos e contribuir para o planejamento de estudos sobre mudanças climáticas e seus impactos na América do Sul. Esse estudo pretende fornecer informações ao Projeto temático "Efeitos sinergéticos das mudanças climáticas e do uso do solo nas fontes e sumidouros de carbono na Amazônia". (AU)

Os aspectos físicos das nuvens, tais como sua extensão horizontal e vertical, determinam em grande parte seu papel nos ciclos hidrológico e energético da Amazônia. Nesta região, o ciclo diurno da convecção apresenta um aspecto pulsante, com a formação do chamado campo de nuvens cumulus no final da manhã, seguido de um pico de atividade à tarde devido à formação de nuvens convectivas profundas que então se dissipam no final da tarde. Historicamente, os modelos climáticos não conseguem reproduzir o crescimento de nuvens convectivas rasas para sistemas mais profundos (ou seja, a transição convectiva rasa-profunda), desencadeando a convecção profunda muito cedo. Isso resulta em picos de chuva muito precoces (2-3 horas) dentro do ciclo diário. Além disso, estudos recentes mostraram que as nuvens convectivas profundas desempenham um papel importante no processo de formação de novas partículas de aerossol na Amazônia. Foi proposto que as nuvens transportam gases biogênicos para a troposfera superior, onde crescem por condensação e são posteriormente transportados para a camada limite por correntes descendentes e reabastecendo a população de aerossóis. Em um contexto de mudanças climáticas, é essencial obter uma reprodução precisa da evolução do campo de nuvens amazônicas para melhor prever os futuros regimes de chuvas e aerossóis na região. Neste contexto, propomos uma análise objetiva para quantificar a transição convectiva rasa-profunda usando modelos de alta resolução e novas observações na região da torre ATTO (Amazon Tall Tower Observatory). A quantificação envolverá a determinação do nível de agregação dos campos de nuvens, o que determina se estes são dominados por muitas nuvens pequenas (baixo nível de agregação) ou por alguns grandes aglomerados (alto nível de agregação). Espera-se que o ciclo diurno convectivo na Amazônia evolua do primeiro para o segundo. Portanto, propomos uma nova maneira de quantificar a transição rasa para profunda, rastreando a evolução dos níveis de agregamento de nuvens. Esta informação está intrinsecamente ligada à variabilidade espaço-temporal da chuva e ao ciclo de aerossóis porque aglomerados maiores produzem mais chuva e transportam mais massa verticalmente do que nuvens mais rasas e espalhadas. Propomos que um índice de agregamento de nuvens é um fator importante para a transição dos resultados de modelos e observações de alta resolução para parametrizações em modelos climáticos. (AU)

A Bacia Amazônica contém a maior floresta tropical do mundo, armazenando cerca de 15% do estoque de carbono global em forma de biomassa. A Floresta Amazônica remove da atmosfera cerca de 0,4 PgC.ano-1, o que corresponde a cerca de 4% das emissões antrópicas de gases de efeito estufa por ano. A evapotranspiração pela floresta proporciona um fluxo constante de vapor d'água para a atmosfera, atuando como uma importante fonte de vapor d'água em escala global. Desta forma, a Amazônia desempenha um papel fundamental no Sistema climático regional e global, por meio da regulação do ciclo de carbono e da circulação de vapor d'água na atmosfera. Entretanto, o desflorestamento, causado por atividades antrópicas em associação com as mudanças climáticas, ameaça o desenvolvimento sustentável da região e potencializa a crise climática global. Neste projeto, propomos utilizar uma extensa base de dados de sensoriamento remoto e de observações na superfície em associação com modelos multi-escala do Sistema Terrestre para: (1) Explorar os efeitos do uso do solo sobre o clima e sobre eventos climáticos extremos na Amazônia; (2) Estimar fontes e sumidouros de carbono e investigar sua associação com o clima e o uso do solo; (3) Fazer projeções de mudanças no balanço de carbono da floresta sob diferentes cenários de mudanças climáticas e no uso do solo. Os resultados deste projeto podem embasar a escolha de estratégias e trajetórias de adaptação às mudanças climáticas e de proteção da floresta. Esta proposta é uma colaboração entre o Instituto de Física Atmosférica da Academia de Ciências da China e a Universidade de São Paulo no Brasil. Nossas equipes de pesquisa possuem habilidades complementares, com sólido histórico na pesquisa científica das mudanças climáticas, mudanças no uso do solo e balanço de carbono em ecossistemas terrestres. As equipes de pesquisa dispõem de dados provenientes de observações em campo, redes de pesquisa na área de estudo, modelos computacionais e habilidades técnicas para a implementação desta proposta colaborativa. Os resultados deste projeto proporcionarão embasamento científico para o desenvolvimento de políticas públicas em busca do uso e manejo sustentável de ecossistemas florestais tropicais (ODS15) e para ações de mitigação das mudanças climáticas (ODS13), no contexto dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) da Organização das Nações Unidas. (AU)