Este projeto tem por objetivo investigar a intensidade do campo elétrico emitido, no limite de campo distante, em nuvens atômicas diluídas em que predomina a interação de longo alcance mediada pela luz. Emissões espontâneas e efeitos de interferência desempenham um papel importante, diferentemente de sistemas de átomos de Rydberg com dimensões menores que um comprimento de onda, ainda assim, o espalhamento múltiplo da luz permite que átomos remotos apresentem correlações. Durante este estágio, o aluno irá abordar esse problema para no regime saturado de ótica quântica e irá comparar com resultados experimentais que serão obtidos em Nice, França. (AU)

As distribuições de tamanho de gotículas (DSDs) determinam muitas características das nuvens, como o início da precipitação e da glaciação das nuvens, e o efeito delas sobre a radiação. Durante o Estágio de Pesquisa no Exterior proposto, pretendemos analisar os efeitos da turbulência sobre a evolução das DSDs em simulações LES com parametrização de microfísica bin, estudando assim as razões do alargamento das DSDs em nuvens reais e aprofundando nossas ideias sobre como melhorar a representação dos parâmetros Gama nas parametrizações bulk. Isto forneceria uma caracterização mais completa dos processos de fase quente no espaço de fase Gama. Esta pesquisa envolveria simulações LES usando o modelo WRF com microfísica explícita, bem como comparações com simulações do WRF usando esquemas de microfísica bulk. As simulações permitirão estudar o comportamento de DSDs em nuvens cumulus idealizadas usando 2D e 3D no WRF. Para analisar o alargamento não-físico das DSD nas parametrizações de microfísica bin, relacionadas à difusão numérica no espaço físico, usaríamos vários valores de espaçamento horizontal e vertical da grade. (AU)

Durante o Estágio de Pesquisa no Exterior, pretendemos testar uma nova abordagem numérica, desenvolvida por pesquisadores do NCAR, para mitigar o alargamento espúrio das distribuições de tamanho de gotículas (DSDs) em parametrizações de microfísica bin. Esses testes envolveriam simulações LES com o WRF e comparações com dados observacionais, bem como comparações com simulações do WRF usando esquemas de microfísica bulk. As simulações LES permitiriam analisar os efeitos da mistura turbulenta na evolução das DSDs no esquema microfísica TAU (bin), estudando assim as razões para o alargamento do DSD em nuvens reais e aprofundando as nossas ideias sobre como melhorar a representação dos parâmetros Gamma em parametrizações bulk. Isto forneceria uma caracterização mais completa dos processos de fase quente no espaço de fase Gamma.

Esta proposta BEPE tem como objetivo o preenchimento de um vazio conceitual da bolsa nacional associada. Este projeto tem como foco o estudo de propriedades macro e microfísicas da chuva através do uso de um radar banda X. Uma vez que uma parte significativa da chuva que chega superfície é criada através dos processos mistos e de gelo, há necessidade de ampliar os estudos nesse sentido. As atividades propostas na BEPE serão desenvolvidas sob a supervisão do Prof. Dr. Andrew Heymsfield durante um estágio de 6 meses no National Center for Atmospheric Research (NCAR), em Boulder, Colorado, Estados Unidos. O pós-doutorando irá estudar as distribuições de tamanho de partículas de gelo (PSDs) em diferentes tipos de nuvens em diversas regiões do mundo. As medidas de PSDs já foram coletadas em campanhas passadas que contaram com aviões instrumentados e onde houve participação do NCAR. A função Gamma será utilizada para interpretar a variação das PSDs no chamado espaço de fase Gamma, onde as características de diferentes PSDs podem ser facilmente visualizadas e comparadas. As naturezas estatística e física das variações das PSDs no espaço de fase Gamma serão exploradas para descrever os processos microfísicos dominantes. O objetivo geral da proposta da BEPE é aumentar o conhecimento sobre os processos mistos e de gelo para aprimorar o conhecimento da formação de precipitação em sistemas convectivos.

Os raios ascendentes em estruturas altas foram relatados sendo iniciados pela ramificação dentro nuvem de uma descarga elétrica matriz nuvem-solo (NS) ou intranuvem (IN), durante os estágios de decaimento das tempestades, e associados à precipitação estratiforme. Essa ramificação na nuvem da descarga matriz NS nas camadas mais baixas da precipitação estratiforme, bem como outros modos situacionais de disparo do raio ascendente, são indicativos de um centro de carga mais baixo. O objetivo deste estudo é determinar as características dos hidrometeoros das tempestades que produzem raios ascendentes, especialmente nas camadas inferiores da região estratiforme, onde o líder bidirecional da descarga matriz NS ou IN se propaga. Usaremos dados de radares polarimétricos e descargas elétricas de tempestades que produziram raios ascendentes em São Paulo, SP Brasil e Rapid City, SD EUA, para inferir a estrutura elétrica e dos hidrometeoros dessas tempestades. (AU)

As maiores incertezas nas estimativas de mudanças climáticas ainda residem na falta de informação quantitativa sobre a forçante radiativa direta e indireta dos aerossóis. Uma das razões do lento avanço é o fato dos atuais sensores em satélites observarem apenas um conjunto limitado dos parâmetros físicos de interesse. A Universidade de Maryland (UMBC), o Space Dynamics Lab em Utah e a NASA desenvolveram o sensor HARP (Hyper-Angular Rainbow Polarimeter), que irá voar no satélite CubeSat em 2017. O objetivo é demonstrar que podemos medir aerossóis e nuvens a partir do espaço, utilizando 60 diferentes ângulos de observação, em quatro comprimentos de onda e medindo os três parâmetros de Stokes (I, Q e U) com resolução espacial da ordem de 2.5km. O HARP será pioneiro nas medidas hiper-angulares e fará observações sem precedentes de aerossóis e nuvens. A análise dos dados só será possível utilizando o estado da arte em algoritmos de inversão. Neste projeto de pesquisa, nós iremos combinar os dados do satélite HARP-CubeSat com nossas medidas in-situ de aerossóis na Amazônia, utilizando para isso o algoritmo GRASP (Generalized Retrieval of Aerosol and Surface Properties). Obteremos a distribuição de tamanho, a absorção, o espalhamento, e o índice de refração complexo dos aerossóis simultaneamente, permitindo uma melhor associação com a composição química e uma melhor estimativa de seu efeito climático. A pesquisa sobre nuvens e interações aerossóis-nuvens será feita através do intercâmbio entre USP e UMBC de alunos de pós-graduação e pesquisadores como uma continuação natural deste projeto.

Optical binding corresponde a interação efetiva entre partículas devido a forças ópticas. Este tipo de acoplamento é de longo alcance na natureza e pode levar a fenômenos espetaculares em grandes sistemas fora do equilíbrio, tais como a reorganização espacial induzida por espalhamento múltiplo de luz. Um número substancial de trabalhos têm investigado características interessantes de estabilidade em sistemas de muitos corpos, quando optical binding está presente, mas apenas para sistemas confinados a uma ou duas dimensões, muitas vezes utilizando forças de atrito ad hoc. Neste período de estágio, vamos investigar a possibilidade de alcançar configurações estáveis de nuvens atômicas frias em três dimensões, sem recorrer a forças de amortecimento (atrito). (AU)

Nebulosas planetárias, os descendentes de estrelas de massa baixa e intermediária, exibem simetria pontual e morfologias altamente colimada. Modelos de formação de nebulosas planetárias não são capazes de explicar a formação dessas morfologias complexas considerando-se unicamente estrelas não-binárias. Sistemas binários são considerados como a origem dessas morfologias ou mesmo a causa da formação de nebulosas planetárias, porém existem poucas evidências observacionais de binariedade entre estrelas centrais de nebulosas planetárias. Neste projeto propomos o uso de observações sensíveis no ultravioleta e no infravermelho de estrelas do ramo assintótico, os precursores de nebulosas planetárias, situadas nas Nuvens de Magalhães,com a finalidade de buscar companheiras de sequência principal ou anãs-brancas. Conhecendo-se suas distâncias, essas amostras de precursores de nebulosas planetárias proverão uma estatística confiável da frequência de ocorrência de binariedade entre estrelas centrais de nebulosas planetárias.

O objetivo principal dessa proposta é a análise das distribuições de tamanho de partículas (PSDs - tanto gotas líquidas quanto partículas de gelo) em vários níveis verticais e em diferentes estágios de vida de sistemas convectivos na Amazônia. A aeronave HALO esteve em Manaus como parte do experimento ACRIDICON/CHUVA, medindo partículas de aerossóis, microfísica de nuvens, gases traço e radiação. As sondas de nuvens serão utilizadas para as análises das PSDs e alguma informação sobre os aerossóis será necessária para a identificação de regiões relativamente poluídas e limpas. Os dados das PSDs serão analisados com a parametrização Gamma, que consiste em ajustar uma curva definida por 3 parâmetros a cada medição. O conjunto de dados desses três parâmetros relativos a uma grande quantidade de distribuições serão utilizados para definir o espaço Gamma, que representa a variabilidade observável nas PSDs. Este espaço será utilizado para descrever diversas propriedades dos sistemas convectivos, por exemplo suas estruturas verticais e as características do crescimento dos hidrometeoros. Além disso, o espaço Gamma também pode ser utilizado para diferenciar eventos convectivos individuais, localizando-os em diferentes regiões. Se diferentes PSDs são localizadas em diferentes regiões do espaço Gamma, o efeito dos aerossóis também pode ser observado por essa metodologia, especialmente para o estudo de gotas de nuvem. Este projeto será desenvolvido sob a orientação do Dr. Manfred Wendisch em Leipzig, Alemanha, em uma visita de 7 meses. (AU)

Esta proposta se insere no esforço de ampliar a compreensão dos efeitos indiretos de dos aerossóis da Amazonia na evolução da atmosfera adjacente. O método envolve o emprego de análise de dados e modelagem numérica. Para isto são propostos novos desenvolvimentos do modelo CCATT-BRAMS (Coupled Chemistry-Aerosol- Tracer Transport model coupled to Brazilian Regional Atmospheric Modelling System) como ferramenta de modelagem. O foco do trabalho será no módulo de aerossóis e suas interfaces com o esquema de microfísica de nuvens e a parametrização convectiva, objetivando um sistema de modelagem que permita a previsão do número de número de condensação de nuvens, baseado numa previsão mais representativa dos aerossóis, considerando a evolução da concentração de número, distribuição de tamanho e composição química (via higroscopicidade e densidade) das partículas, e sua subseqüente interação com os processos de nuvens para ativação de gotas. Aplicações para a região Amazônica no âmbito do programa GoAmazon são propostas, almejando, através da modelagem numérica, contribuir para o entendimento do efeito indireto dos aerossóis na região Amazônica. (AU)