Análise e Modelagem de Dados Ambientais

Fontes e formas de coleta de dados ambientais (precipitação, vazão, temperatura do ar, velocidade e direção do vento, etc.). Processamento e tratamento de dados ambientais. Análise exploratória de dados. Modelagem estatística de dados ambientais. Modelagem de valores extremos. Análise espacial dos dados e sistema de informação geográfica (SIG). Estudos de casos e aplicações. Os temas abordados incluem exercícios computacionais práticos desenvolvidos na linguagem de programação R.

 

 Climatologia da América do Sul

Sistemas meteorológicos e o clima da América do Sul: Zona de Convergência Intertropical do Atlântico, Vórtices ciclônicos de altos níveis, Distúrbios ondulatórios de leste, Linhas de instabilidade, Zona de Convergência do Atlântico Sul, Ciclones e ciclogênese, Jatos de altos níveis, Frentes frias, Jato de baixos níveis; Climatologia regional do Brasil: Clima da Amazônia, Climas das regiões do Brasil. Variabilidade Climática.

 

Dinâmica da Atmosfera

Forças fundamentais e forças aparentes. Equações básicas. Análises de escala. Equações básicas em diferentes coordenadas verticais. Aplicações das equações básicas. Equação da vorticidade e aplicações.

 

Dinâmica do Clima

Conceituação Básica e Ferramental da Climatologia: Dimensões físicas e unidades métricas; Fundamentação dinâmica e termodinâmica; Introdução ao ferramental da Climatologia. Processamento de Dados Meteorológicos: Fontes de Dados Meteorológicos e Oceanográficos; Interpolação dos Dados Climatológicos; Acesso e Digitalização das Reanálises. Massa, Pressão e Geopotencial: Balanço de Massa; Campo da Pressão; Altura Geopotencial. Estrutura Média da Temperatura: Distribuição global da temperatura; Estrutura vertical da temperatura; Variabilidade da temperatura. Estrutura Média da Umidade: Distribuição global da umidade; Estrutura vertical da umidade; Variabilidade da umidade. Circulação Atmosférica: Distribuição global da circulação; Estrutura vertical da circulação; Variabilidade da Circulação. Ciclo Hidrológico: Ciclo atmosférico do vapor d’água; Evaporação; Precipitação; Runoff à superfície.

 

Economia do Meio Ambiente e da Energia

Fundamentos de Economia: sistema econômico, curva de oferta e demanda, tipos de mercado, suas funções e falhas, Elasticidade, Externalidades. Economia do Meio Ambiente: relação entre economia e meio ambiente na teoria econômica, economia dos recursos naturais, economia da poluição, valoração econômica de recursos ambientais. Economia da Energia: relação entre a economia e energia, o Balanço Energético Nacional (BEN), economia da indústria do petróleo e do gás natural, economia do setor elétrico, políticas energéticas e fontes alternativas.

 

Eventos Meteorológicos Extremos

Definição das escalas atmosféricas e classificação dos sistemas atmosféricos segundo estas escalas. Sistemas meteorológicos atuantes no Brasil responsáveis por eventos intensos e extremos: caracterização regional e frequência sazonal. Classificação das tempestades convectivas: linhas de instabilidade, tempestades convectivas isoladas, sistemas convectivos quase estacionários, complexos convectivos de mesoescala. Observação de sistemas de mesoescala em imagens de satélite e radar meteorológico Estudos de casos de tempestades ocorridas no Brasil.

 

Fontes de Geração de Energia

Diferença entre Matriz de Energia e Matriz Elétrica. Diferença entre fontes renováveis e fontes alternativas de energia. Operação do Setor Elétrico. Geração hidráulica: hidrelétricas e PCH`s. Geração termoelétrica tradicional: Ciclos termodinâmicos de potência: Rankine, Brayton, Combinado e outros; Termelétricas a gás natural, carvão e termonuclear. Energia solar: fotovoltaica (PV), CPV, CPV/T; coletores solares: aquecimento residencial, comercial, de piscinas; heliotérmica (CSP). Energia eólica. Energias dos mares: ondas, marés e correntes. Hidrogênio e células combustíveis. Biomassa e biocombustíveis. Impactos ambientais relacionados à geração de energia. Discussões internacionais sobre o meio ambiente.

 

Física da Radiação e Aplicações

Análise quantitativa da radiação: Características da radiação; tipos de radiação; conceitos básicos de radiação; leis básicas da radiação. Caracterização da radiação solar: O espectro solar; a constante solar; distribuição global da radiação incidente. A atmosfera como absorvedor seletivo: Balanço de energia; Albedo. Tecnologia e aplicações dos satélites ambientais: Princípios físicos do sensoriamento remoto da atmosfera; estrutura de uma imagem de satélite; descrição e aplicações dos principais satélites meteorológicos em operação.

 

Métodos Matemáticos em Recursos Hídricos

Introdução aos recursos hídricos. Ciclo hidrológico. Características da bacia hidrográfica. Fenômenos do ciclo hidrológico: Precipitação; Evapotranspiração; Infiltração; Águas subterrâneas; Escoamento superficial. Medição e métodos para estimativa dos parâmetros hidrológicos. Métodos estatísticos para dados de chuva e vazão. Método do SCS (Soil Conservation Service). Geoprocessamento: noções de cartografia e sistemas de coordenadas geográficas. Noções de sensoriamento remoto. Introdução ao software SIG (Sistemas de Informação Geográfica). Elaboração de mapas de uso e cobertura do solo. Mapas topográficos, curva hipsométrica e rede de drenagem. Espacialização de dados de precipitação. Técnicas para obtenção de dados via Sensoriamento Remoto.

 

Programação Paralela e Concorrente

Introdução ao processamento paralelo e concorrente; Processamento paralelo com múltiplos processos; Processamento paralelo usando Boost. Interprocess. Introdução ao processamento paralelo com múltiplas threads de C. Processamento paralelo com múltiplas threads de C++11/14. Introdução ao processamento paralelo em um cluster de computadores

 

Química Ambiental

Introdução à Química ambiental: aspectos históricos, a química ambiental como ciência multidisciplinar. Transporte de substâncias no meio ambiente e ciclos biogeoquímicos. Química da atmosfera: composição química da atmosfera, efeito estufa, aquecimento global, poluição do ar, química da camada de ozônio, chuva ácida, legislação para controle da poluição atmosférica. Química das águas naturais: ciclo hidrológico, substâncias tóxicas na água, legislação e parâmetros de qualidade da água, tratamento de água e de esgoto. Química dos solos: a natureza dos solos e dos sedimentos, fertilidade, poluentes e resíduos sólidos urbanos, legislação, gerenciamento, aterros e biorremediação de solos.

 

Remediação de Áreas Contaminadas com Petróleo

Atividades causadoras de derramamentos de petróleo no Brasil e no mundo: upstream e downstream. Origem e formação do petróleo. Composição química e propriedades físicas dos diferentes tipos de petróleo. Monitoramento dos processos de intemperismo que atuam sobre um petróleo derramado. Técnicas de remoção ou de degradação in-situ ou ex-situ de petróleo derramado: biorremediação e avaliação da eficiência das técnicas de remediação de áreas contaminadas por petróleo e derivados.

 

Seminários em Clima e Saúde Única

Apresentação do conceito de Saúde Única (One Health), tratando das questões relativas aos efeitos das variações climáticas sobre a saúde das pessoas, dos animais e do impacto no meio ambiente. Discussão de como o conceito da Saúde Única pode contribuir para a necessária reorganização e transformação dos efeitos antrópicos sobre a sociedade, considerando os sistemas econômicos e as estruturas políticas. Publicações recentes em periódicos sobre o tema serão estudadas e apresentadas em forma de seminários pelos estudantes.

 

Sensoriamento Remoto da Atmosfera

Princípios básicos do sensoriamento remoto: Conceitos fundamentais; Sistemas Sensores; Níveis de Coleta de Dados Espectrais. Descrição e produtos de satélites ambientais: Componentes do satélite; Estrutura de uma imagem de satélite; Caracterização de nuvens, sistemas sinóticos e furacões; Rastreamento e previsão de tempestades severas em curtíssimo prazo; Estimativas de precipitação; Sondagens atmosféricas de temperatura e umidade. Descrição e produtos de radares meteorológicos: Conceitos fundamentais; Componentes do radar; Estrutura de uma imagem de radar; Estimativas de precipitação; Previsão da precipitação em curtíssimo prazo; Estrutura tridimensional dos sistemas de precipitação.

 

Simulação Numérica de Dinâmica dos Fluidos

Transferência de massa, energia e quantidade de movimento. Fenômenos advectivos e convectivos. Escoamento multifásico. Introdução a turbulência. Método de volumes finitos. Discretização no espaço e no tempo. Convergência e estabilidade da solução. Análise de dados.

 

Sistema Climático Terrestre

Estado Médio Observado nos Oceanos: Distribuição global e vertical da temperatura oceânica; Distribuição global e vertical da salinidade oceânica; Distribuição global e vertical da densidade oceânica; Distribuição global e vertical da circulação oceânica. Estado Médio Observado da Criosfera: O papel da criosfera no clima; Características gerais da criosfera; O gelo continental e o gelo oceânico; O permafrost. Ciclo Hidrológico: A água no Sistema Climático; Modos de transporte do vapor d’água; Hidrologia das regiões polares. Ciclo do Carbono: O carbono na atmosfera, na biosfera, nos oceanos e na crosta. Formação e Evolução do Sistema Terrestre: O Oxigênio no Sistema Terrestre; O papel da oxidação nos reservatórios de oxigênio; Fontes de oxigênio livre; Evolução climática durante o Terciário; Evolução climática durante o Pleistoceno e o Holoceno; Efeitos fisiográficos da última glaciação.

 

Variabilidade e Mudanças Climáticas

Introdução ao sistema climático. Variabilidade natural do clima x mudanças climáticas. Teleconexões e as principais escalas de variabilidade: intrasazonal, interanual, decenal a multidecenal. Monção na América do Sul. Bloqueios atmosféricos. Mudanças climáticas globais: naturais e antropogênicas. Cenários climáticos. Análise de séries temporais climáticas. Índices de monitoramento e detecção de mudanças climáticas.