CICLOS BIOGEOQUÍMICOS GLOBAIS Nível: MESTRADO ACADÊMICO Obrigatória: Não Carga Horária: 60 Créditos: 4.0 Área(s) de Concentração: Micrometeorologia

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1 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS GLOBAIS 1. O sistema climático Origens dos elementos Origens do Sistema Solar e planetas A atmosfera e oceanos primitivos Origem da vida Estrutura e composição da atmosfera Reações biogeoquímicas na atmosfera Modelos da atmosfera e clima global A biosfera terrestre Fotossíntese Produção Primária Decomposição Ciclos biogeoquímicos na vegetação Litosfera Rios e estuários Oceanos 2. Ciclos globais O ciclo global da água Modelos do ciclo hidrológico A história do ciclo da água O ciclo da água em cenários de clima futuro O ciclo global de carbono e o ciclo de carbono moderno Perspectivas temporais Pesquisas recentes O ciclo do Nitrogênio, ciclo do Fósforo, ciclo do Enxofre 3.Mudanças climáticas globais Evolução histórica do clima do planeta Mudanças climáticas abruptas Balanço radiativo global Aumento da concentração de gases estufa Aumento da concentração de aerosóis Variabilidade solar Modelos climáticos

2 CLIMATOLOGIA DINÂMICA E ESTATÍSTICA 1. Climatologia dinâmica Definição de clima e variações climáticas Estrutura média da atmosfera e a manutenção da circulação geral nos hemisférios Norte e Sul Balanço energético da atmosfera terrestre Transportes meridional e vertical de energia. Ondas estacionárias nos dois hemisférios: aspectos observacionais e teóricos. Teleconexões. Variação interanual do clima: El Niño e a Oscilação Sul. Variabilidade intrasazonal no Hemisfério Sul. Perturbações extratropicais e seu papel no clima de latitudes médias. Interação trópicos-extratrópicos. Distúrbios de baixa freqüência na atmosfera e bloqueios. Ciclo de Energia de Lorenz e instabilidade barotrópica e baroclínica para os distúrbios transientes. Fluxo de Eliassen Palm e vetor E. Introdução a mudanças climáticas. Introdução a modelos numéricos de escala global com ênfase a modelos climáticos. 2. Climatologia estatística Análise de séries temporais Remoção do ciclo anual semi-anual e tendências Análise de correlações e variância Correlações Canônicas e Análise Espectral Simples Composições e testes de coerência Análise de ondeletas (wavelets) Aplicação da Transformada de Fourier para filtragem em baixa-frequência. Funções ortogonais empíricas e exemplos de aplicação Análise componentes principais com rotação e estendidos Determinação de índices da Oscilação Antártica, Oscilação do Ártico, Oscilação do Atlântico Norte, Oscilação do El Niño/La Niña. A Oscilação de Madden-Julian e filtragem de dados (filtros de Lanczos)

3 METEOROLOGIA DA POLUIÇÃO DO AR 1.Estrutura da Camada Limite Planetária Introdução ao estudo dos diferentes tipos de camada limite planetária Variáveis físicas descrevendo o estado turbulento da camada limite planetária. 2. Análises de experimentos de campo envolvendo a dispersão de contaminantes. Teoria da similaridade da camada superficial Parâmetros de escala na Camada Limite Planetária Emprego da teoria estatística nos processos de dispersão. Análises de Experimentos de difusão e suas curvas sigmas. 3. Dispersão na Camada Limite Convectiva Estrutura física da Camada Limite Convectiva Variáveis fundamentais descrevendo os processos turbulentos na Camada Limite Convectiva Características observacionais da dispersão de contaminantes na Camada Limite Convectiva Teoria Estatística da difusão turbulenta Parâmetros de dispersão na Camada Limite Convectiva Modelos Eulerianos e Lagrangeanos aplicados ao estudo da dispersão de contaminantes na Camada Limite Convectiva. Coeficientes de difusão turbulentos na Camada Limite Convectiva 4. Dispersão na Camada Limite Estável Estrutura física da Camada Limite Estável Variáveis fundamentais descrevendo os processos turbulentos na Camada Limite Estável Características observacionais da dispersão de contaminantes na Camada Limite Estável Parâmetros de dispersão na Camada Limite Estável Estudo do fenômeno de meandro na Camada Limite Estável Modelos Eulerianos e Lagrangeanos aplicados ao estudo da dispersão de contaminantes na Camada Limite Convectiva. Coeficientes de difusão turbulentos na Camada Limite Estável 5. Dispersão de contaminantes ocorrendo durante o decaimento da camada limite convectiva Modelo de Heisenberg aplicado ao decaimento da camada limite convectiva Análise do decaimento da camada limite convectiva empregando as equações de Navier Stokes Coeficientes de difusão turbulentos durante o decaimento da camada limite convectiva 6. Estudos de caso de poluição troposférica Emissões dos principais compostos químicos atmosféricos Principais sumidouros de compostos químicos atmosféricos Queima de biomassa Smog fotoquímico Poluição do ar indoor

4 MICROMETEOROLOGIA Obrigatória: Sim Carga Horária: 60 1.Introdução ao estudo da Camada Limite Atmosférica Descrição e conceito dos diferentes parâmetros físicos descrevendo a camada limite atmosférica Resultados observacionais dos diferentes parâmetros que descrevem a estrutura da camada limite atmosférica 2.Equações que governam o escoamento turbulento na camada limite atmosférico Equações prognosticas para variâncias e fluxos turbulentos Parâmetros de escala descrevendo a convecção livre Derivação da equação de balanço da energia cinética turbulenta Interação entre energia cinética média e turbulência Conceito de estabilidade Comprimento de Obukov Número de Richardson Diferentes parâmetros de escala 3. Técnicas de fechamento em turbulência atmosférica Parametrização dos termos de transporte turbulento Teoria de transporte por gradiente (Teoria K) Conceitos em teoria de simulação dos grandes turbilhões 4. Espectro de energia cinética turbulenta Propriedades espectrais da turbulência na camada limite atmosférica Teorema de Wiener-Kinchin Determinação de escalas de comprimento e tempo características na camada limite atmosférica Funções estruturas de segunda ordem turbulenta Funções de autocorrelação 5. Teoria de Similaridade Teoria de Similaridade aplicada a camada limite convectiva Teoria de Similaridade aplicada a camada limite estável Teoria de Similaridade ao problema de transporte turbulento 6. Relações entre a camada limite atmosfera clima e modelagem de clima Influência da camada limite atmosférica no sistema clima

5 MODELAGEM NUMÉRICA DA ATMOSFERA 1. Equações Básica, Leis de Escala e Simplificações Conservação de Massa Conservação de Energia Conservação de Momentum Conservação de Escalares 2. Tipos de Modelos Modelos Físicos Modelos Numéricos 3. Transformações de Coordenadas Análise Tensorial Coordenada Vertical Generalizada Modelos Hidrostáticos 4. Parametrizações de Sub-Grade Termos Básicos Teorias de Similaridade Parametrização de Camada Limite 5. Condições Iniciais e de Contorno Domínio e Estrutura de Grade Inicialização Assimilação Consições de Contorno 6. Validação e Teste de Modelos Critérios de Avaliação Comparação com modelos analíticos Comparação entre modelos Comparação com observações Testes de sensibilidade

6 QUÍMICA DA ATMOSFERA 1.Introdução Regiões atmosféricas e suas características Principais componentes químicos atmosféricos Emissões atmosféricas 2.Fotoquímica atmosférica Níveis energéticos moleculares Absorção da luz Radiação solar e sua interação com a atmosfera Taxas de fotólise Fotoquímica de importantes espécies atmosféricas 3.Cinética e Química da Atmosfera Leis das reações, taxas das reações e constantes das reações Tempo de vida Dependência com temperatura e pressão Reações em soluções 4.Química Homogênea e Heterogênea da troposfera Fontes Oxidantes na troposfera: OH, O3, NO3, HO2 e Cl Química de regiões poluídas e Química de regiões remotas Química de compostos nitrogenados Deposição ácida na troposfera Ozônio troposférico Gases do Efeito Estufa 5.Partículas na Troposfera Propriedades físicas Reações envolvendo a formação e crescimento da partícula Composição química do aerossol troposférico Efeitos radiativos dos aerossóis 6.Química Homogênea e Heterogênea da Estratosfera Química da atmosfera não perturbada Aviões, foguetes e espaçonaves Compostos halogenados Ozônio estratosférico 7.Poluição Indoor Radônio e Óxidos de nitrogênio CO e SO2 Compostos organo voláteis Ozônio Química VOC-NOx-O3 Indoor Partículas 8.Técnicas de Medidas Técnicas de medidas de gases troposféricos e Técnicas de medidas de gases estratosféricos Técnicas de medidas de aerossóis na atmosfera

7 AGROMETEOROLOGIA 1. Definições básicas no estudo do desenvolvimento vegetal: Tempo fisiológico Modelo e simulação Fitômero e filocrono Plastocrono Lei do Mínimo Razão de Occam Análise dimensional 2. Emissão de folhas: Importância como medida de tempo fisiológico Medida 3. Escalas de desenvolvimento (=escalas fenológicas) das principais culturas agrícolas Cereais de inverno: trigo, cevada, centeio, triticale, azevém e aveia. Cereais de verão: milho, milheto, sorgo e arroz. Leguminosas de verão: feijão e soja. Oleaginosas: girassol e canola. Culturas de reprodução assexuada: batata, mandioca e cana-de-açúcar. Flores: lírio, crisântemo e violeta africana. Hortaliças: cucurbitáceas, solanáceas, alface e ervilha. 4. Simulação do desenvolvimento vegetal Funções de resposta Modelos matemáticos empíricos e mecanísticos para simular a data de ocorrência dos principais estágios de desenvolvimento e a taxa de emissão de folhas.