Abstract Changes in the physical and biogeochemical properties of water columns are frequently associated with cold fronts and mesoscale convective systems due to increased cloud cover. The effects of low-level jet (LLJ) events on thermal stratification and water quality, however, remain undescribed, particularly for tropical reservoirs. Here, water temperature time series are combined with meteorological data, LIDAR observations, ERA5 reanalysis data, and hydrodynamical modeling to investigate the impact of an event of LLJ over the Furnas hydropower reservoir in Brazil. The LLJ event was characterized by dry, intense, and persistent winds (~10 m s-1) blowing for more than 12 hours over the main fetch of the reservoir. In the downwind side of the lake, the surface mixed layer depth increased by 50% during the LLJ event. The changes to the water column were produced by a combination of wind-induced upwelling, shear-driven mixing, and nocturnal convective overturning, different from the heat balance expected during passing cold fronts and mesoscale convective systems. The results suggest that both momentum and heat fluxes during LLJ events need to be accounted for in lake modelings to reproduce the vertical mixing process.

Resumo Este artigo relata as primeiras medições com um LIDAR obtidas sobre uma plataforma de pesca em Santa Catarina. Um laboratório foi construído para monitorar a estrutura vertical e a variabilidade temporal e direcional dos ventos na região de transição entre o oceano e o continente. Uma estação meteorológica forneceu registros de pressão, temperatura, ventos e umidade. Ventos de NE sopram dominantemente ao longo da costa, influenciados pelo centro de Alta Pressão do Atlântico Sul. Brisas marítimas e terrestres apresentaram amplitude significativa. A componente "maral" (brisa marinha) está ativa entre 11:00 e 20:00 e a "terral" (brisa terrestre) entre 22:00 e 09:00. Baixo cisalhamento vertical e aumento da velocidade do vento são observados no princípio da tarde, enquanto um forte cisalhamento vertical e ventos mais intensos são observados no fim da tarde. O perfil dos ventos do setor oceânico foi mais intenso e menos cisalhado verticalmente. A potência média das turbinas eólicas modernas foi estimada. O potencial encontrado é cerca de 2,5 vezes maior comparado a um ponto continental localizado a 9,3 km de distância. O uso de laboratórios costeiros demonstrou ser uma solução econômica viável para o monitoramento de longo prazo dos recursos eólicos do país.

Abstract This paper reports the first LIDAR measurements obtained on a fishing pier in Santa Catarina, southern Brazil. A laboratory was built to monitor the vertical structure, time and directional variability of winds in the transitional region between the ocean and the continent. A meteorological station provided pressure, temperature, wind and humidity data. Prevailing winds tend to blow from the NE along the coastline, strongly influenced by the South Atlantic Subtropical High Pressure center. Sea and land breezes had significant amplitude. The offshore wind component (sea breeze) was generally active from 11:00 to 20:00 h; the onshore component (land breeze) from 22:00 to 09:00 h. Weak vertical shear and increasing wind speeds were typically observed in the early afternoon, while stronger shear and the highest wind speeds tend to occur in the late afternoon. Winds profiles from the ocean sector were usually more intense and less sheared. The average power of wind turbines was estimated. The local resource is nearly 2.5 times greater than that of a site located 9.3 km inland. The use of coastal laboratories was demonstrated to be a cost-saving solution for long-term monitoring of the country's wind resources.

RESUMO A tecnologia LIDAR é uma alternativa promissora para a medição de ventos, exigindo menor manutenção e custos que as torres meteorológicas. Estes equipamentos são capazes de medir perfis do vento através de um laser infravermelho, o qual é retroespalhado por aerossóis e partículas transportadas pelo ar. O LIDAR pode ser montado em plataformas fixas ou móveis. Quando instalado em plataformas como bóias fundeadas, o movimento causado pelas ondas deve ser avaliado e corrigido. Este estudo descreve o uso de um sistema mecânico e métodos analíticos para a compensação de movimento de um LIDAR montado em uma bóia. Um experimento de 24 horas foi realizado no Reservatório Hidroelétrico de Furnas para testar o sistema de estabilização, avaliar movimentos residuais e analisar os ventos. Algoritmos de correção das velocidades horizontais do vento foram aplicados usando medições de arfagem e rolagem, fornecidas por um sensor inercial. As análises demonstram que os erros de velocidade horizontal do vento são insignificantes para inclinações de bóia inferiores a 20 graus. O LIDAR montado em bóia representa uma solução econômica para perfilagem dos ventos e avaliação de recursos eólicos em ambientes aquáticos.

ABSTRACT LIDAR technology is a promising alternative for the measurement of winds, requiring less maintenance and lower costs than meteorological towers. They are capable of remotely profiling winds by means of an infrared laser, which is backscattered by aerosols and particles carried by the air. The LIDAR can be assembled on fixed or mobile platforms. When installed on platforms such as moored buoys, the motion caused by waves must be evaluated and corrected. This study describes the use of a mechanical system and analytical methods for the motion compensation of a buoy-mounted LIDAR. A 24-hour experiment was conducted on Furnas Hydroelectric Reservoir to test the mechanical system, evaluate residual motions, and assess the winds. Correction algorithms for the horizontal wind speeds were applied using pitch and roll measurements, provided by an inertial sensor. Analyses demonstrate that horizontal wind speed errors are negligible for buoy inclinations of less than 20 degrees. The buoy-mounted LIDAR represents an economical solution for wind profiling and resource assessment of aquatic environments.

Resumo O Projeto “uso de VANT para prospecção eólica em sistemas aquáticos” consistiu num esforço multi-instrumental e multi-institucional para estudar a camada limite atmosférica influenciada por extensos corpos d’água e pelas feições do entorno como colinas, rampas e mudanças abruptas de rugosidade. Dois trabalhos de campo foram conduzidos em setembro e novembro de 2016 ao longo do sistema aquático e no seu entorno. Durante os experimentos foram utilizadas duas torres anemométricas, uma instalada sobre uma ilha e outra sobre uma colina. Além disso, um sistema flutuante para prospecção eólica, desenvolvido no âmbito do projeto, foi utilizado para hospedar uma torre de 10 m e um LIDAR Doppler que possibilitou o levantamento de perfis a 200 m, algo inédito em sistemas aquáticos continentais brasileiros. O perfil vertical de temperatura e umidade foi levantado por balões cativos e, um VANT, adaptado para realizar perfis verticais do vento foi utilizado pela primeira vez no Brasil, e é objetivo deste trabalho apresentar os detalhes de seu desenvolvimento bem como da validação dos respectivos dados. Este artigo tem como objetivo também apresentar um visão geral sobre o projeto e descrever a instrumentação e desenho amostral utilizado. Artigos adicionais, submetidos para esta revista, consideram diferentes aspectos da pesquisa e trazem resultados inéditos sobre escoamentos sobre colinas, a influência do fetch nestes sistemas e os aspectos moduladores da estabilidade atmosférica nestes ambientes.

Abstract The Project “unmanned aerial vehicles to wind assessment in aquatic systems” was a multi-institutional and multi-instrument experiment carried out to measure, in detail, the spatial characteristics of mean wind over a large tropical aquatic system and how is the flow modulated by hill, ramp and abrupt roughness change. Two field experiments were conducted during September and November 2016 in the Furnas reservoir and surrounding, an extensive (~1,250 km2) Brazilian typical reservoir. During the experiments, two towers were deployed on a hill and isle, and on the anchored buoy was installed a 10 m mast and a Doppler Lidar with a stabilizing mechanism. Vertical profile of temperature and humidity was obtained by attach sensor to tethered balloon. The present paper provides an overview of the Project as a whole, including a detailed description of the study area and the instrumentation and attempts to prove the viability of using an unmanned 6-motors rotorcraft, commonly known as a hexacopter, as a promising low-cost alternative to traditional platforms for vertical profiling in the atmospheric boundary layer.

Resumo Este artigo é uma contribuição do Projeto “uso de VANT para prospecção eólica em sistemas aquáticos”, que consistiu num esforço multi-instrumental e multi-institucional para estudar a camada limite atmosférica influenciada por extensos corpos d’água e pelas feições do entorno como colinas, rampas e mudanças abruptas de rugosidade. O trabalho apresenta o resultado de um experimento específico, realizado em novembro de 2016, que visou estudar a camada limite atmosférica (CLA) influenciada por colinas. Durante os experimentos foram levantados perfis verticais do vento a partir de um VANT, utilizado pela primeira vez no Brasil, para esta finalidade. O escoamento do vento, no topo da colina, apresentou forte intensificação a 20 m de altura. Os resultados foram comparados com um modelo analítico baseado na teoria linear aplicado a um terreno real.

Abstract This paper represents a contribution of the Project “unmanned aerial vehicles to wind assessment in aquatic systems”, a multi-institutional and multi-instrumented experiment carried out to measure, in detail, the characteristics of winds over a large tropical aquatic system and how the flow is modulated by hill, ramp and abrupt roughness changes. It presents results from experiments conducted during november 2016 over a typical hill site that is adequate for installation of wind turbines. During the experiments, both hilltop and upstream wind profile data were obtained using an unmanned rotorcraft, commonly known as a hexacopter. The flow speed at 20 m over the top of hill was found to be increased by a factor of 1.8. The results were compared with an analytical model which makes a careful application of linear theory to real terrain.

Resumo O presente estudo apresenta uma aplicação do modelo de mesoescala WRF à simulação de um episódio de vento intenso e persistente que ocorre com frequência irregular no reservatório de Guapé, MG. Tal evento altera a rotina da população na região, fazendo com que, por exemplo, a embarcação que faz a travessia entre as cidades de Guapé e Capitólio interrompa o serviço. Durante um destes episódios, ocorrido em 22 de setembro de 2016, foram realizadas medidas utilizando um LIDAR Zephir ZP300 e uma torre anemométrica, e estes dados foram posteriormente utilizados para validar as simulações. Para a avaliação dos resultados, foram comparadas pressão, temperatura, umidade e velocidade do vento simuladas e observadas. A análise dos perfis verticais de velocidade simulados sugere a presença de um jato de baixos níveis, posicionado em torno de 500 m acima da superfície, gerado por um gradiente de temperatura pós-frontal, cuja parte inferior teria sido acelerada pelo relevo e pela variação de rugosidade superficial terra-água. Mais estudos encontram-se atualmente em andamento para que se possa sugerir à população e às autoridades locais algum tipo de ação preventiva.

Abstract This study presents an application of the WRF mesoscale model to the simulation of an intense and persistent wind episode that occurs with irregular frequency in the Guapé reservoir, MG. Such an event changes the routine of the residents, forcing for example, the ferryboat between the cities of Guapé and Capitólio to interrupt the service. During one of these episodes, occurred on September 22th, 2016, measurements were made using LIDAR Zephir ZP300 and an anemometric tower, and these data were later used to validate the simulations. For the evaluation of the results, simulated and observed pressure, temperature, humidity and wind velocity were compared. The analysis of the simulated vertical velocity profiles suggests the presence of a low level jet, positioned around 500 m above the surface, generated by a post-frontal temperature gradient, whose lower part would have been accelerated by the topography and by the variation of the surface roughness following the land-water interface. More studies are currently under way to suggest to the population and local authorities some kind of preventive action.

RESUMO Mudanças hidrológicas durante secas prolongadas, conforme verificado nas últimas duas décadas no Brasil, podem reduzir o nível dos reservatórios ao ponto de tornar necessário o racionamento de energia. Tais flutuações têm sido complementadas principalmente por termelétricas, que são significativamente mais onerosas e poluentes. Este trabalho aborda a possibilidade de complementar o sistema hídrico com a energia solar. Para isto, foram utilizados dados diários de radiação solar medidos por uma estação meteorológica da cidade de São Paulo durante o período de 1961 a 2012. Os mesmos possibilitaram avaliar a variabilidade da energia solar nas escalas sazonal e interanual. A inserção da energia solar resultante foi aplicada a um modelo híbrido solar-hídrico, em que o fluxo de saída da turbina é reduzido em conformidade com a produção de energia solar. O armazenamento é assim alcançado em longo prazo. A região de estudo é o reservatório de Itumbiara, localizado na bacia hidrográfica do Rio Paraná, Brasil. Os resultados sugerem que este sistema híbrido deve melhorar a capacidade do reservatório para enfrentar a variabilidade climática interanual.

ABSTRACT Hydrological changes during prolonged droughts, as verified in the last two decades in Brazil, may reduce the level of hydroelectric reservoirs to the point that energy rationings become necessary. Such fluctuations, have been mainly complemented by thermo power, which is much more expensive and polluting. This work addresses the possibility of complementing the hydro system with solar energy. Daily-accumulated solar radiation from São Paulo, covering the period from 1961 to 2012, is used to evaluate the seasonal and interannual variability of solar power generation. The computed solar energy is applied in a hybrid solar-hydro model, where the turbine outflow is reduced accordingly to the solar power production, so that storage is improved in the long-term. The study region is Itumbiara reservoir in Brazil’s Paraná hydrographic basin. Results suggest that this hybrid system should improve the reservoir ability to confront interannual climate variability.

RESUMO: O Grupo Bambuí, mais importante unidade de cobertura do Cráton do São Francisco, tem sido alvo de intensos estudos e debates, entre outros motivos, pela possibilidade de correlação com eventos glaciais globais. A maior parte dos dados quimioestratigráficos disponíveis, no entanto, provém de amostras coletadas em afloramentos, sujeitos a expressivo intemperismo químico. Neste trabalho, é apresentado um levantamento quimioestratigráfico de alta resolução, baseado em análises de C, O e Sr realizadas em 53 amostras coletadas em 175 m de sequência sedimentar contínua, livre de intemperismo. Tal sequência foi obtida a partir de testemunhos de sondagem realizada na porção sul do Cráton do São Francisco, onde ocorrem rochas das formações Carrancas e Sete Lagoas, as mais basais do Grupo Bambuí. Os testemunhos revelaram contato extremamente irregular entre uma camada de diamictito e seu embasamento, um granodiorito foliado de idade arqueana. Dados sedimentológicos e geocronológicos indicam que o diamictito representa um tilito de alojamento, que apresenta contato brusco com a sequência carbonática sobrejacente. Essa sequência se inicia com calcário impuro, que exibe leques de cristais pseudomorfos de aragonita e delgadas camadas de folhelho negro. O calcário passa gradacionalmente para um intervalo argiloso, que por sua vez volta a gradar para uma espessa sequência de calcário com laminação microbiana, sucedido por dolomito estromatolítico no topo da coluna. As assinaturas isotópicas de C e O permitem a identificação de três intervalos distintos. O Intervalo I, basal, corresponde a um carbonato de capa, exibindo valores negativos de δ 13C (c. -4‰), e grande oscilação nos valores de δ 18O (-6 a -15‰). O Intervalo II exibe marcante homogeneidade nos valores de δ 13C e δ 18O, que se situam em torno de 1‰ e -7‰, respectivamente. No topo, o Intervalo III exibe uma grande excursão positiva dos valores de δ 13C (até 8‰) e δ 18O (-8 a -3‰). Razões 87Sr/86Sr variam entre 0,7075 e 0,7077, obtidas exclusivamente em amostras do topo da sequência. A assinatura geoquímica das rochas carbonáticas mostrou-se fortemente controlada pelo conteúdo terrrígeno, concentrado sobretudo nas unidades mais basais. Amostras livres da influência de elementos terrígenos mostram razões Y/Ho variando entre 25 e 50, o que sugere a influência de água doce durante a deposição dos calcários. Com base nos dados obtidos, conclui-se que a porção basal da sequência estudada representa um par "diamictito-carbonato de capa" relacionado a um dos eventos glaciais que ocorreram entre o fim do Neoproterozoico e o início do Paleozoico. Além disso, discrepâncias nas razões 87Sr/86Sr, quando comparadas às curvas globais de evolução isotópica, podem ser atribuídas à influência da água doce em um ambiente marinho restrito. Tendo-se em vista o contexto regional, a Bacia Bambuí representaria, no limite Neoproterozoico/Paleozoico, uma bacia marinha restrita, total ou parcialmente circundada por cadeias de montanhas, no interior de Gondwana. Em seus estágios iniciais, a sedimentação teria ocorrido sob influência de um episódio glacial, cuja fase de degelo foi responsável por significativa entrada de água doce no mar. Com o gradual aumento de temperatura, a atividade biológica no mar teria aumentado progressivamente. Por fim, um súbito aumento na atividade biológica pode ter sido catalisado por mudanças paleogeográficas causadas pela tectônica ativa.

ABSTRACT: The Bambuí Group, the most extensive carbonate-siliciclastic cover on the São Francisco craton, has been a matter of debate because of its potential correlations to global glacial events. Unfortunately, most available chemostratigraphic data came from samples collected on surface rock exposures, ever susceptible to the aggressive chemical weathering that characterizes the southeastern Brazil. On the other hand, we present here high-resolution chemostratigraphic studies based on C, O and Sr isotopic data from 53 samples collected along a weathering-free, continuous, 175 m thick sedimentary succession. This succession was recovered by borehole drilling in the southwestern São Francisco craton, where occur the Carrancas and Sete Lagoas formations, the lowermost units of the Bambuí Group. The drill cores reveal extremely irregular contacts between the basal diamictite and its basement, an Archaean foliated granodiorite. Geochronological and sedimentological data strongly suggest that the diamictite represents a lodgement till. This glaciogenic deposit is covered by a limestone succession which starts with impure carbonates showing aragonite pseudomorph fans and thin bands of black shale. The limestone pile grades to a marl-mudstone interval, which turns to a carbonate with biological components, succeeded by stromatolitic dolomite at the top. C and O isotopic signatures (referred to V-PDB) allow to the subdivision of the lower carbonate-pelite section into three intervals. The first isotopic interval corresponds to a cap carbonate, and displays negative values of δ13C (c . -4‰), and a large oscillation of the δ18O (-6 to -15‰). The Interval II shows a striking homogeneity in δ13C and δ18O, around 1‰ and -7‰, respectively. At the top, Interval III shows a large positive excursion of the δ13C (up to 8‰) and δ18O (-8 to -3‰) values. Unaltered 86Sr/87Sr ratios range from 0.7075 to 0.7077, mainly at the top of the section. The geochemistry of the carbonates is controlled by their terrigenous content (mostly quartz and clay minerals) which is concentrated in the lower units. Samples free of terrigenous contamination show Y/Ho ratios ranging from 25 to 50, suggesting a freshwater input during carbonate deposition. It is concluded that the diamictite has a glaciogenic origin and is covered by a cap carbonate. This pair has been identified along the basin and is related to one of the main Neoproterozoic glaciations. Discrepancy between the 86Sr/87Sr values and the global variation curves can be related to freshwater input during the carbonate deposition. Based on the regional tectonic context, the Bambuí Basin may have been a restricted marine basin, totally or partially surrounded by mountain ranges within Gondwana, in the Neoproterozoic/Paleozoic boundary. In its early stages, the sedimentation was influenced by a global glacial event, whose melting phase was responsible by freshwater input in the basin. The gradual rise of the temperature was followed by an increase of the biological activity. Finally, a sudden increase in the biological activity could have been driven by paleogeographic changes caused by the active tectonic.

O Rio da Prata, um dos maiores rios da Terra, descarrega no oceano águas de uma bacia de drenagem que cobre uma ampla área da América do Sul. Sua pluma extende-se ao longo do norte da Argentina, Uruguay e sul do Brasil influenciando amplamente os ecossistemas costeiros. A despeito disso, pouco se sabe a respeito dos mecanismos que a controlam. Relatamos aqui simulações conduzidas com o modelo POM na investigação do papel dos ventos e da descarga fluvial na dinâmica da pluma do Prata. Descargas com valores médios climatológicos e magnitudes representativas de El Niño e La Niña foram explorados. Somente sob descarga fluvial, a velocidade média de penetração da pluma ao longo da costa foi diretamente relacionada à vazão. Sua extensão variou entre 850 e 1550 km e no caso da vazão média uma banda de baixa salinidade formou-se desde o estuário até 30ºN na plataforma continental sul brasileira. O efeito de ventos de sudoeste, que causam subsidência, e de nordeste, que promovem a ressurgência costeira, foram investigados após 130 dias de descarga fluvial. Os resultados sugerem que a distribuição de baixa salinidade é muito mais sensível à direção dos ventos do que à descarga fluvial. Ventos de sudoeste são capazes de advectar o sinal de baixa salinidade ao longo da costa. Já os ventos de nordeste demonstram ser eficientes na erosão da pluma, que é destacada da costa por deriva de Ekman. Uma intrusão anormal da pluma de baixa salinidade em direção a baixas latitudes pode ser o resultado da posição original da pluma acoplada a eventos persistentes de fortes ventos de sudoeste.

The Rio de la Plata, one of the largest rivers on Earth, discharges into the ocean waters from basin that covers a large area of South America. Its plume extends along northern Argentina, Uruguay, and southern Brazil shelves strongly influencing the ecosystems. In spite of this, little is known about the mechanisms that control it. Here we report results of simulations with POM carried out to investigate the roles of wind and river discharge in Plata plume dynamics. Different outflows were explored, including an average climatological value and magnitudes representative of La Niña and El Niño. Forcing the model with river discharge the average plume speed was directly related to the outflow intensity. The Plata northward extension varied from 850 to 1550 km and for average discharge a band of low salinity waters formed from the estuary up to 30ºN of South Brazilian Shelf. Upwelling and downwelling winds were applied after 130 days. The distribution of low salinity waters over the shelf was more sensitive to the wind direction than to the river outflow variability. Downwelling winds were very capable of advecting the low salinity signal downshelf. Upwelling winds were efficient in eroding the plume, which was basically detached from the coast by Ekman drift. Abnormal plume intrusions toward low latitudes may be a result of the original plume position coupled with events of persistent strong downwelling favorable winds.