OXFORD INTERNSHIP PROGRAMME – 2018

Em 2018, o PPG-CST recebeu 5 alunos da Universidade de Oxford para realização de um estágio de 4 a 6 semanas. A seguir está um resumo das atividades realizadas:

Katherine Heath
Período: 15/06/2018 até 31/07/2018
Área de Pesquisa: Climate Change Projections & Modeling
Título do Trabalho: Response of mosquito population dynamics to climate change in Brazil
Supervisor: Lincoln Muniz Alves

Resumo: Doenças transmitidas por mosquitos, como zika, dengue e chikungunya, apresentam um enorme problema de saúde global. O problema é particularmente pronunciado no Brasil, onde as condições ambientais favorecem a persistência do mosquito Aedes aegypti, que é um vetor dessas doenças. Estudos anteriores modelaram as associações entre os casos de clima e dengue. No entanto, acreditamos que é importante se concentrar na ecologia do mosquito, não apenas na ocorrência da doença. Isso porque vivemos em um mundo em mudança, onde a urbanização, a expansão agrícola e as mudanças climáticas modificam os habitats dos mosquitos. Os efeitos sobre o principal vetor da doença, o Aedes aegypti, não podem ser capturados focalizando apenas os casos de dengue. O objetivo deste estudo foi avaliar a influência da mudança climática na dinâmica populacional do Aedes aegypti no Brasil. Usamos a produção do modelo climático (entre 2000 – 2100) do HadGEM2-ES forçado pelos cenários RCP 4.5 e 8.5, o que nos permite comparar e contrastar os efeitos do clima futuro sobre as populações de mosquitos, dependendo de sermos pessimistas ou otimistas quanto à mudança climática. Também utilizamos dados de ocorrência disponíveis a partir de uma pesquisa entomológica abrangente em 2013 para criar um mapa de probabilidade da ocorrência de Aedes aegypti no Brasil, que foi combinado com o modelo de saída. No geral, este estudo descobriu que o tamanho da população de Aedes aegypti no Brasil aumentará dramaticamente. No nordeste do Brasil, os mosquitos permanecerão endêmicos nos próximos 80 anos devido às condições favoráveis de temperatura. O sudeste do Brasil – incluindo o Rio de Janeiro e São Paulo – vê o maior grau de sazonalidade na ocorrência de mosquitos, com números mais altos nos meses de verão. Os mosquitos também podem começar a invadir novas áreas, principalmente no sul do Amazonas. Fundamentalmente, a presença do Aedes aegypti está diretamente relacionada à incidência da doença. Portanto, o aumento do número de mosquitos em todo o Brasil como resultado da mudança climática resultará em um aumento de doenças transmitidas por mosquitos. Há muitos fatores que afetam a ocorrência de mosquitos, como a urbanização, a expansão agrícola e a densidade populacional, além do clima. Usamos um mapa de probabilidade com base nos dados de pesquisa disponíveis para capturar isso. Estudos futuros devem se concentrar em explicações mecanicistas sobre a ocorrência de mosquitos, considerando fatores ambientais adicionais.

Edward Clennett
Período: 02/07/2018 até 11/08/2018
Área de Pesquisa: Severe Weather and Lightning
Título do Trabalho: Electrostatic field patterns produced by ordinary and severe storms in the region of Campinas
Supervisor: Kleber Pinheiro Naccarato

Resumo: O projeto SOS CHUVA, que decorreu entre dezembro de 2016 e junho de 2018, incluiu a coleta de dados de campo elétrico atmosférico, radar e raios na região de Campinas. O método de interpolação de Barnes foi então usado para produzir mapas do campo elétrico sobre uma rede de 110 por 115 km cobrindo Campinas. Análise de 9 dos 43 casos, selecionados por serem tempestades estáticas sobre Campinas, com extensão lateral de tamanho similar ou menor que a área da rede de sensores, revelou que, em geral, fortes campos negativos e positivos estão presentes em nível do solo abaixo de tempestades, o último dos quais ocorre frequentemente após flashes relâmpagos ou a uma distância de 10kms das tempestades. Irregularidades, incluindo a falta ocasional de eletrificação abaixo das tempestades, e a detecção de campos abaixo do céu claro ou deslocados dos centros convectivos, também foram observadas, desafiando nossa compreensão da eletrificação de nuvens. Para investigar adequadamente esses fenômenos inesperados, é necessária uma rede de sensores maior e mais densa, bem como mais execuções da interpolação usando diferentes fatores de ponderação.

Alexander Doran
Período: 03/07/2018 até 10/08/2018
Área de Pesquisa: Deforastion & Biomass Fires
Título do Trabalho: Regional patterns of land-cover and biological richness in the Cerrado in Brazil
Supervisor: Manoel Ferreira Cardoso

Resumo: O Cerrado cobre aproximadamente 23% do território do Brasil e é o maior e mais rico biologicamente neotropical de Savana do mundo. Aproximadamente 30% da biodiversidade do Brasil está localizada no Cerrado, porém menos de 50% do Cerrado permanece como sua cobertura natural de uso da terra. Acredita-se que a região sustente mais de 16.000 espécies de plantas, animais e fungos, onde milhares dessas espécies de plantas são endêmicas.

Neste projeto nós (1) analisamos a principal distribuição do uso da terra dentro da região, (2) observamos os padrões de riqueza biológica dentro do bioma e (3) avaliamos como esses dois padrões se relacionavam entre si e com as localizações dos biomas. áreas protegidas dentro do Cerrado. Para tanto, foram utilizados dados de uso da terra da coleção Mapbiomas 2.3, agregados na malha espacial de 0.5o lat / lon com base no valor modal (mais comum) dentro de cada célula da grade. Para dados de riqueza biológica, extraímos observações biológicas do Reino Plantae do Global Biodiversity Information Facility (GBIF), que nos forneceu um conjunto de dados contendo 490045 registros, após a remoção de duplicatas e informações que não foram identificadas para o nível da espécie. Esses dados foram alinhados com os dados de uso da terra, permitindo-nos calcular a riqueza de espécies, gêneros e famílias dentro de cada quadrado de grade de 0,5 a 0,50 graus. Polígonos da área protegida são do Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade (ICMBio). Como resultado de nossas análises, vemos uma riqueza de espécies extremamente alta em certas áreas do Cerrado, com valores mais altos localizados na SE e porções centrais do bioma e frequentemente sobrepostas a áreas de uso humano da terra. Dois dos maiores contribuintes para a mudança no uso da terra tem sido a substituição da vegetação natural por gramíneas exóticas por pastagens e plantações de eucalipto por madeira e carvão vegetal. Estes terão tipicamente menos biodiversidade do que a vegetação nativa. A fronteira agrícola de 2010 nos estados do Maranhão, Tocantins, Piauí e Bahia (MaToPiBa) terá aumentado a pressão sobre o Norte, onde outra região importante e biodiversa pode ser perdida para a agricultura. A grande maioria das áreas protegidas se alinha com as áreas de uso natural da terra. Isto implica que eles foram bem-sucedidos em limitar o desmatamento. No entanto, é interessante ver que apenas 50-65% das áreas protegidas cobrem áreas de alta contagem de espécies. Uma das razões para isso, como sugerido por Veldmann e colaboradores em 2015, é a proteção preferencial de espécies arbóreas, de modo que as espécies de arbustos e flores, que são igualmente ricas e igualmente afetadas pela expansão da agricultura, não estão devidamente protegidas. A fim de ampliar nossa compreensão do efeito que a cobertura da terra está tendo sobre a biodiversidade, outros fatores, como tipo de solo e disponibilidade de água, devem ser incluídos no futuro. Da mesma forma, dividir os dados em janelas de tempo menores poderia dar uma indicação da mudança da biodiversidade ao longo do tempo. Isso, comparado com o conjunto de dados do MapBiomas, daria uma melhor compreensão da relação entre a mudança da cobertura da terra e a biodiversidade dentro do Cerrado.

Riccardo Soldan
Período: 20/08/2018 até 20/09/2018
Área de Pesquisa: Ecohidrology
Título do Trabalho: Modelling soil water fluxes in the Amazon forest
Supervisor: Laura De Simone Borma

Resumo: Durante meu estágio no CCST, fui responsável pelo uso do HYDRUS 1D para modelar os fluxos de água do solo na floresta amazônica. Cerca de metade da Floresta Amazônica está sujeita a secas sazonais de 3 meses ou mais. Apesar dessa seca, vários estudos mostraram que essas florestas, sob clima fortemente sazonal, não apresentam estresse hídrico significativo durante a estação seca. Isto está estreitamente correlacionado com a taxa de fixação de dióxido de carbono, uma vez que a transpiração da planta ajuda a manter uma troca de gás adequada na filosfera. Usando dados coletados pelo laboratório de Laura De Simone Borma ao longo de dois anos em um site da Amazônia, tentei entender se o Hydrus 1D foi capaz de prever o valor da evapotranspiração que foi medida. Curiosamente, o modelo não pôde simular completamente a quantidade de absorção de água que foi medida no local durante a estação seca. Isso se deve principalmente ao fato de que a quantidade de água medida no solo foi maior do que a prevista com o modelo durante a estação seca. Durante a simulação, contabilizamos a presença de lençol freático e o crescimento das raízes mediado pelo hidrotropismo, mas esses processos ainda não foram suficientes para corresponder à quantidade de captação de água da raiz medida no local. No geral, isso significa que os fluxos de água do solo na Amazônia são bastante complexos e a disponibilidade de água permanece alta durante a estação seca por meio de eventos complexos e dinâmicos. É importante entender como a umidade do solo e a captação da água das raízes são mantidas durante a estação seca para melhor prever o efeito das mudanças climáticas e, consequentemente, a estação seca mais longa no crescimento e na sobrevivência da floresta amazônica.

Joshua Gowdy
Período: 02/08/2018 até 14/09/2018
Área de Pesquisa: Renewable Energy
Título do Trabalho: Assessing Complementarity of Wind and Solar Energy for Optimising Reliability of Future Hybrid Projects Across Brazil
Supervisor: Ênio Bueno Pereira

Resumo: A partir de maio de 2017, 61,27% da matriz de energia elétrica do Brasil é atendida por energia hidrelétrica em grande escala (Pereira 2017). Isso representa a terceira maior capacidade instalada de energia hidrelétrica do mundo. Embora a hidreletricidade, sem dúvida, se destaque no mix de eletricidade do Brasil, o Ministério de Minas e Energia almeja, juntamente com apoio significativo do setor privado, diversificar o mix de energia para reduzir o risco de escassez de energia causada por secas e, assim, aumentar a energia. segurança (Global Data 2017). As estratégias de diversificação e segurança energética para o futuro próximo aumentarão a quota das fontes de energia renováveis térmicas, nucleares e alternativas, em particular a capacidade eólica e solar fotovoltaica deverá crescer a uma taxa de crescimento anual composta de 15% e 47%, respectivamente. o período de 2015 a 2025 (Global Data 2017). Com os objetivos em mente: segurança e confiabilidade da energia elétrica, otimização da rede e adequação da oferta e da demanda local, bem como o crescimento esperado de recursos solares e eólicos anteriormente inexplorados no mix de energia, este estudo preliminar considera a velocidade do vento e os dados de irradiância medidos como parte do projeto SWERA em três locais em todo o Brasil de 2012 a 2014 para produzir dados de geração de energia. Em seguida, avalia a possível complementaridade desses recursos energéticos examinando sua anticoncorrência em várias escalas de tempo. Antes de finalmente olhar para hipotéticos projetos híbridos de energia solar e eólica e variar o mix dos dois recursos para otimizar a confiabilidade da geração de energia resultante. A confiabilidade da geração de energia é avaliada por uma série de métricas informadas indiretamente pelas necessidades e demandas dos consumidores, operadores de rede e metas governamentais de segurança energética. O estudo encontrou um princípio geral de grande importância ao investigar a complementaridade de recursos energéticos – uma forte dependência da escala de tempo entre pontos de dados influencia o valor de anticorrelação e a variabilidade dos recursos. Isso também influencia a combinação de variância mínima de energia eólica e solar, já que, conforme encontrado no estudo usando fórmulas simples de adição de variância, esse ótimo pode ser previsto a partir da correlação e da variância relativa isoladamente. Para toda a variabilidade de localização do recurso aumenta à medida que a escala de tempo se torna mais fina, o que é uma indicação de volatilidade. Essa dependência do cronograma faz a pergunta: “Qual objetivo de confiabilidade o interessado está interessado? E, crucialmente, em que escala de tempo?” Este estudo identifica isso como uma consideração chave para justificar um equilíbrio de recursos específico para um projeto de energia híbrida. Este estudo preliminar levantou algumas questões-chave sobre o escopo de projetos de energia eólica-solar híbrida e seu uso de complementaridade para aumentar a confiabilidade. A escala de tempo em que a complementaridade é observada e em que a confiabilidade do fornecimento de energia é necessária é um fator importante e que será governado pelas necessidades das partes interessadas e investidores de energia. Para trazer essa dimensão adicional e incluir as necessidades dos consumidores ou operadores de rede, seria necessário o uso de dados de demanda e dados de outras fontes de energia para informar a confiabilidade do fornecimento de energia de acordo com a demanda de energia. O presente apresenta um caminho claro para um estudo mais aprofundado sobre este tópico. Essa abordagem integrada para medir a confiabilidade do suprimento de energia e julgar os benefícios de projetos híbridos reflete a natureza integrada do fornecimento de eletricidade, mas é incompleta até que a natureza geográfica dos sistemas de eletricidade seja considerada. Assim, um estudo mais aprofundado incluiria uma seleção muito maior de estações de medição.