Resumo O objetivo deste trabalho é melhorar a previsão da velocidade do vento usando o modelo atmosférico de mesoescala Weather Research and Forecasting (WRF) e Rede Neural Artificial (RNA) não linear auto regressiva com entrada externa (NARX), sem entrada externa (NAR). A acurácia dos prognósticos foi aferida com dados observados (OBS) mensurados a cada 10 min, em uma torre anemométrica de 50 m de altura, localizada em Craíbas região Agreste de Alagoas. A estatística univariada indicou que os prognósticos representaram bem a evolução temporal do vento no período estudado (abril de 2015). As velocidades médias, máximas e mínimas de OBS foram de 5,26 m.s−1, 12,29 m.s−1 e 0,01 m.s−1, nesta mesma sequência, os prognósticos variaram entre (5,18 m.s−1 a 5,41 m.s−1), (11,58 m.s−1 a 13,92 m.s−1) e (0,01 m.s−1 a 0,36 m.s−1). Na análise bivariada as métricas estatísticas utilizadas para averiguar a acurácia das previsões resultaram no seguinte: Desvio médio (-0,31 a 0,04 m.s−1); Raiz do desvio quadrático médio (1,14 a 1,27 m.s−1); Desvio percentual absoluto médio (22 a 23%); E coeficiente de correlação (0,63 a 0,72). Esses resultados, apesar de considerar um período curto de dados, indicam o potencial de aplicação da RNA e WRF na previsão da velocidade do vento.

Abstract The aim of this work is to improve wind speed forecasting, using the atmospheric mesoscale model Weather Research and Forecasting (WRF) and Artificial Neural Network (ANN) nonlinear auto regressive (with external input - NARX and without external input - NAR). The accuracy of the predictions was measured with observed data (OBS) measured every 10 min in an anemometric tower 50 m high, located in Craíbas (dry region of Alagoas State). The univariate statistics indicated that the forecasting represented well the wind temporal evolution in the studied period (April 2015). The average, maximum and minimum OBS speeds were 5.26 m.s−1, 12,29 m.s−1 and 0,01 m.s−1. Predictions ranged from 5.18 m.s−1 to 5.41 m.s−1 for the average, 11.58 m.s−1 to 13.92 m.s−1 for the maximum and 0.01 m.s−1 to 0.36 m.s−1 for the minimum. On the bivariate analysis, the statistical metrics used resulted in the following: Mean Error (ME) from -0.31 m.s−1 to 0.04 m.s−1; The root mean square error (RMSE) from 1.14 m.s−1 to 1.27 m.s−1; Mean Absolute Percentage Error (MAPE) from 22 to 23%; Correlation coefficient from 0.63 to 0.72. These results, despite considering a short period of data, indicate the potential for applying ANN and WRF in forecasting wind speed.

Resumo Este trabalho tem como objetivo avaliar duas simulações do modelo WRF que diferem em sua parametrização da Camada Limite Planetária (CLP). Foram utilizados dados de 72 radiossondas lançadas em Fortaleza (CE) entre 5 e 25 de Abril de 2011 nos horários sinóticos. A altura da CLP foi a variável avaliada e os valores observados, calculados pelo método do gradiente vertical da temperatura potencial, foram de 245±28 m para o período noturno e de 925±63 m para o período diurno. As parametrizações de CLP avaliadas foram Asymmetric Convective Model V2 e Mellor Yamada Nakanish and Niino 2.5. O desempenho destas foi avaliado por comparação estatística com dados observados, utilizando-se o Erro Médio Absoluto (EMA) e o índice refinado de concordância de Willmott (dr). Para a ACM2 obtiveram-se valores de EMA iguais a 282 m e 519 m e dr de 0,53 e 0,37, respectivamente, para os períodos noturno e diurno. Com MYNN2,5, foram encontrados valores de EMA entre 312 m e 266 m, com dr entre 0,59 e 0,56 para os períodos noturno ediurno, respectivamente. A parametrização MYNN2,5 mostrou-se mais eficiente, considerando ambas as métricas. No entanto, somente para 00UTC, a ACM2 apresentou melhor desempenho.

Abstract This work aims to evaluate two simulations of the WRF model that differ in their parameterization of the Planetary Boundary Layer (PBL). For this goal, we have used data from 72 radiosondes launched in Fortaleza (CE) between April 5th to 25th of 2011 in the synoptic times. The PBL height was the evaluated metric and the observational data were calculated through the vertical potential temperature method, obtaining 245±28 m for nighttime and 925±63 m for daytime. The Asymmetric Convective Model V2 (ACM2) and the Mellor Yamada Nakanish and Niino 2.5 (MYNN2.5) PBL parameterizations have been evaluated. The skills of these parameterizations were evaluated by statistical comparison with observational data through Mean Absolute Error (MAE) and the refined Willmott’s index of agreement (dr). For ACM2, MAE was 282 m and 519 m and dr was 0.53 and 0.37 for the nighttime and daytime periods, respectively. In the MYNN2.5 simulation, MAE values were found between 312 and 266 m, with dr between 0.59 and 0.56 for the nighttime and daytime, respectively. At 06, 12 and 18 UTC, MYNN2.5 was better, considering both metrics. However, ACM2 presented better performance only at 00 UTC.

Resumo O potencial eólico na região Agreste do Nordeste Brasileiro (NEB) tem características positivas para geração elétrica, cuja exploração ainda é pouca explorada. Este trabalho analisa uma base de dados anemométricos com 3,1 anos de duração (outubro de 2007 a outubro de 2010), coletados em Girau do Ponciano, Alagoas. Foram definidos três períodos para identificação dos padrões sazonais: Anual, estação seca (Outubro-Janeiro) e estação chuvosa (Maio-Agosto). Os valores horários e mensais mostraram que a velocidade média do vento em 50 m de altura foram superiores a 7 m s-1, alcançando 8,5 m s-1 no período seco. A direção do vento é pouco variável, oscilando entre NE e SE. Os ventos mais intensos (≥ 10 m s-1) foram observados durante a noite. Os parâmetros de Weibull apresentaram um desenvolvimento sazonal distinto, onde a curva de ajuste no período seco (chuvoso) foi mais distribuída (concentrada) nas classes adjacentes a 8 m s-1 (7 m s-1). Os termos relacionados a produção de energia eólica, calculados através do modelo WAsP, também indicam a potencialidade na exploração dos ventos em Girau do Ponciano. Os valores entre 3 a 10 GWh para energia anual produzida e entre 35% a 65% de fator de capacidade são equivalentes ou superiores aos apresentados em parques eólicos em operação no NEB. Simulações em microescala indicaram que o período chuvoso possui menor potencial energético e menor variabilidade espacial. As características meteorológicas e geográficas de Girau do Ponciano são favoráveis para futuras instalações de parques eólicos. A distância para rodovias estaduais é inferior a 10 km, com a subestação de 69 kV a aproximadamente 20 km da posição da torre anemométrica usada. Além disso, o relevo possui baixa inclinação (< 15°), vegetação rasteira e reduzida presença de edificações na região, que favorecem na redução da rugosidade aerodinâmica.

Abstract The wind potential in the Agreste region of Northeastern Brazil has important features for energy exploration, but, stills unexplored. This work analyzes 3.1 yrs anemometer tower measurements in the Girau do Ponciano, Alagoas state. The observational data was recorded from October 2007 to October 2010. Three periods were defined to constrain the seasonal wind patterns: Annual, Dry (October-January) and Wet (May-August). Hourly and monthly series showed the average wind speed was higher than 7 m s-1, reaching 8.5 m s-1 during the dry season. Further, the wind direction was also favorable with less variability, concentrated between NE and SE. During nighttime the wind speed ≥ 10 m s-1 were more frequent. The Weibull fit is more distributed (concentrated) during the dry (wet) season close to 8 m s-1 (7 m s-1). The AEP (Cf) parameter estimated by the WAsP model varied between 3 to 10 GWh (35% to 65%). Nevertheless, Girau do Ponciano domain was positioned nearby two highways and close to an electrical substation in the Arapiraca city. Other geographic conditions (topography inclination < 15°, the absence of obstacles, and low vegetation) are also favorable to future wind farm installation in this area.

Os resultados do estudo comparativo entre os dados observados em duas torres anemométricas instaladas no estado de Alagoas, com estimativas de vento produzidas em simulações numéricas realizadas com o modelo de mesoescala BRAMS, são apresentados e discutidos com o intuito de investigar a influência do refinamento da resolução horizontal e do aninhamento de grades na confiabilidade das estimativas de vento. As torres estavam instaladas em regiões de características distintas do ponto de vista ambiental e climatológico. Análises estatísticas foram realizadas para avaliar o desempenho do modelo no que se refere à capacidade de fornecer estimativas de vento que reproduzam a evolução temporal, o ciclo médio diário e a distribuição de frequência do vento observado nas duas localidades. O estudo foi realizado para as duas estações sazonais características da região: estação chuvosa (Maio/2008) e seca (Novembro/2008). Os resultados mostraram que houve um aumento na confiabilidade das estimativas da velocidade do vento quando a resolução horizontal passou de 8 km para 2 km. O ganho em confiabilidade foi mais significativo em Girau do Ponciano (GRP) localizada no interior do estado e que sofre menor influência do fenômeno de brisa marítima. O aumento da resolução horizontal para valores abaixo de 2 km não produziu redução importante dos desvios observados na estimativa da velocidade do vento pelo modelo na configuração adotada neste estudo. Os resultados demonstram a importância da aquisição de dados de campo para a investigação da confiabilidade, e ajuste das configurações e parametrizações inseridas em modelos numéricos, utilizados para estimar ou preReliability evaluation of wind regime estimates provided by the brams model for alagoas state (brazilian northeastern region): influence of nesting and horizontal resolution gridsver a disponibilidade de energia eólica em uma região específica.

Observational data obtained at two wind towers located at the Alagoas State (Northeast of Brazil -NEB) were used to evaluate the influence of horizontal grid setup on the reliability of wind estimates provided by the numerical weather prediction model BRAMS. Statistical analysis were performed to evaluate the model skill in reproducing the temporal evolution, frequency distribution and the mean daily cycle of the wind observations in both locations. The study was performed for the two typical climate seasons: the rainy (May/2008) and the dry one (November/2008). The results demonstrated that the deviations of wind estimates gets lower if the horizontal grid resolution is increased from 8 km to 2 km. No results improvement occurred when using horizontal grid resolution higher than 2 km. The confiability on wind speed estimates were higher at Girau do Ponciano (GRP), located in the continental area where the sea breeze is less important to the atmospheric dynamic. The results demonstrate that wind data observations play an important role in defining the best configuration and parameterization model to better estimates the availability of wind energy on a specific region, particularly for NEB.

O prognóstico do vento utilizando o modelo atmosférico WRF para o Estado de Alagoas é investigado neste trabalho. Com medições anemométricas realizadas no período de agosto/2007 a julho/2008, as previsões foram validadas estatisticamente nas estações situadas nas três mesorregiões do Estado: Sertão, Agreste e Litoral. Os resultados mostraram que a qualidade da previsão do vento realizada com o WRF é bastante satisfatória, principalmente no período seco do interior alagoano. Os prognósticos do vento na quadra chuvosa no litoral apresentaram bias de 1,77 m.s-1 e RMSE de 3,61 m.s-1, enquanto no período seco estes índices foram 0,98 m.s-1 e 2,99 m.s-1, respectivamente. No interior, estes indicadores atingiram bias de -0,2 m.s-1 e RMSE de 2,75 m.s-1 nos meses secos, e bias de -0,1 m.s-1 e RMSE de 2,63 m.s-1 no período chuvoso. Alguns aspectos do modelo WRF precisam ser mais bem testados e avaliados para aperfeiçoar a previsão na quadra chuvosa, principalmente as parametrizações de microfísica de nuvens e de cumulus. Os índices estatísticos obtidos foram equivalentes, e melhores em alguns casos, a outros estudos deste gênero, indicando que o WRF é uma boa ferramenta para previsão do vento.

This paper aim to analyses wind prediction over the Alagoas State (Brazil) using the WRF model. A 1-yr (August/2007 to July/2008) anemometer collected data is used to analyze wind pattern and the model predictions were statistically validated using stations located in the three State mesoregions: Backlands (Sertão), Rural (Agreste) and Coast (Litoral). The results showed that quality of WRF model prediction proved to be quite satisfactory especially in the interior of the State during the dry season. The wind predictions in the rainy season for coastal zones showed bias of 1.77 ms-1 and RMSE of 3.61 m.s-1, while in the dry season these ratios were 0.98 m.s-1 and 2.99 m.s-1, respectively. In the interior of the State, these indicators reached bias of -0.2 m.s-1 and RMSE of 2.75 m.s-1 for dry months, and bias of -0.1 m.s-1 and RMSE of 2.63 m.s-1 for rainy season. Some aspects of the WRF model must be further tested and analyzed to improve the prediction during the rainy period, especially the parameterizations of cumulus and clouds microphysics. The obtained statistical indexes were equivalent or better, in some cases, if compared to other similar studies, indicating that the WRF is a good tool for wind forecasting.

Com o objetivo de identificar áreas do Estado de Alagoas com boas perspectivas de aproveitamento eólico, comparou-se dados de velocidade e direção do vento observados por torres anemométricas do projeto Atlas Eólico e Disseminação da Tecnologia Eólica no Estado de Alagoas. A série utilizada é de 12/2007 a 11/2008 e o estudo focou três regiões distintas: Litoral, Agreste e Sertão. Os padrões médios com maiores velocidades do vento ocorreram na região do Agreste (7,1 ±1,2 ms-1 mensal), seguido do Sertão (6,8 ±0,9 ms-1 mensal) e Litoral ( 5,3 ±0,8 ms-1 mensal). A regularidade da velocidade e a pouca variabilidade de direção do vento torna Alagoas uma ótima opção para a instalação de aerogeradores.

Aiming to evaluate areas with good prospects for harnessing wind power, the patterns of wind speed and direction measured at anemometric towers within the Atlas Eólico e Disseminação da Tecnologia Eólica no Estado de Alagoas project were compared for the period from 12/2007 to 11/2008, at Alagoas State. We analyzed three distinct regions: Coast, Agreste and Sertão. The patterns with higher average wind speeds were in the Agreste regions (7.1 ± 1.2 ms-1 monthly) followed by Sertão (6.8 ± 0.9 ms- 1 monthly) and by Coast (5.3 ± 0.8 ms-1 monthly). The regularity of the wind speed and the low variability of wind direction make Alagoas be a great option for the installation of wind turbines.

Foram comparados perfis do vento horizontal medidos por radiossondagens e por um equipamento SODAR durante experimento DRYTOWET-AMC/LBA. em 2002, no Estado de Rondônia. As análises foram feitas para três camadas, a saber: da superfície até 500 m, de 500 m até 1000 m e de 1000 m até 1500 m. Na primeira camada os campos apresentaram boa concordância, porém, a correlação entre as medidas diminuiu de forma significativa nas outras duas camadas. Os resultados sugerem que os dados do SODAR poderiam ser mais bem aproveitados se na instalação do instrumento fosse dada prioridade a uma camada menos profunda (até 500 m) e com uma resolução vertical maior.

The horizontal wind profiles measured by a SODAR and radiosondes during the DRYTOWET-AMC/LBA experiment are compared. The analysis were made considering three layers: from surface up to 500 m, from 500 up to 1000 m and from 1000 to 1500 m. In the first layer the wind field profiles are in good agreement, however, the correlation values between SODAR and radiosonde data, gets significantly lower for the other two layers. The results suggest that the SODAR data should better be used if operating from surface up to 500 m and with greater vertical resolution.

Mecanismos de vento local, tal como as brisas, influenciam o transporte e dispersão dos gases. Medidas da direção do vento e concentração de ozônio (O3) à 10 metros de altura foram realizadas durante a execução do projeto LBA/CLAIRE-2001 (Large Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazônia / Cooperative LBA Airbone Regional Experiment - 2001), no período de 02 a 28.07.2001, nas dependências do Laboratório de Limnologia (01º 55' S, 59º28' W, 174 m) pertencente à Usina Hidrelétrica de Balbina, Amazonas. O lago artificial tem uma área de 2.360 km², sendo suficientemente grande para estabelecer um regime de brisas. As brisas de lago e floresta apresentam-se de forma bem definidas, sendo que a brisa de lago fica melhor caracterizada no período mais quente do dia (10 às 14 horas), enquanto a brisa de floresta evidencia-se no período de 16 às 08 horas com o resfriamento radiativo mais intenso da floresta, o que acarreta um forte contraste térmico. Enquanto isso, a concentração média diária (24 h) de O3 foi de 8,7 ppbv com média de 10,6 ppbv no período diurno e 3,5 ppbv no período noturno. Os resultados também indicaram que quando a brisa é de lago, mesmo a noturna, a concentração de O3 é muito maior do que correspondente a concentração referente a brisa de floresta.

Local wind systems, such as sea or lake breezes, strongly affect the transport and dispersion of atmospheric trace gases. Based on its size and location, the artificial lake of Balbina in the Amazon - can be expected to give rise to a lake/forest breeze regime. During the period 2 to 28 July 2002, within the LBA/CLAIRE-2001 experiment, we have continually measured the ozone concentrations (O3) and the wind directions close to the Balbina dam. We found that there is indeed a well established breeze system, with lake breezes prevailing during mid-day (10 to 14 LT) while forest breezes prevail from the afternoon to early morning (16 to 8 LT). During the latter period radioactive cooling in the forest creates a strong local thermal contrast. The average daily ozone concentration was 8.7 ppbv, with an average of 10.6 ppbv during the day, and 3.5 ppbv at night. When local winds came from the lake, even at night, ozone concentrations were greater compared to breezes coming from the forest.

Medidas de concentração de dióxido de carbono (CO2) foram realizadas em uma área de pastagem no município de Ouro Preto do Oeste/RO (Fazenda Nossa Senhora Aparecida), no período de 15/04 - 21/05/1999, período característico na região como sendo de transição entre a estação chuvosa para a seca. O período diurno é o principal responsável pelo consumo de CO2 devido à realização da fotossíntese pelas plantas, enquanto no período noturno a respiração das plantas e dos microorganismos vivos responsáveis pela decomposição da matéria morta, liberam CO2 para atmosfera. As concentrações de CO2 tiveram valores acima de 500 ppmv entre 23:00 e 06:00 horas com um máximo de 533 ±106 ppmv aproximadamente às 02:00 horas, como também apresentaram valores mínimos abaixo de 400 ppmv entre 9:00 e 17:00 horas com mínimo de 367 ± 8 ppmv aproximadamente às 15:00 horas. Foram feitas várias comparações entre a concentração de CO2 e algumas variáveis meteorológicas na busca de explicações para o ciclo diário da concentração de CO2, onde existe uma relação entre e a baixa velocidade do vento noturno e a concentração de CO2 que alcança valores superiores a 800 ppmv.

Carbon dioxide (CO2) mixing ratios were continuously measured at a pasture site (Fazenda Nossa Senhora Aparecida) near Ouro Preto D'Oeste/RO during the period 15 April to 21 May 1999. This period corresponds to the transition between the wet to the dry season in this region. Photosynthesis by the vegetation of the pasture is the main sink for atmospheric CO2 during daylight. During nighttime soil and plant respiration are a source for atmospheric CO2. Our results show a marked diurnal cycle of mean CO2 mixing ratios. Mean mixing ratios above 500 ppmv are reached between 23:00 and 6:00 local time with a maximum of 533 ± 106 ppmv around 02:00 Values stay well below 400 ppmv between 9:00 and 17:00 and reach a minimum of 367 ± 8 ppmv around 15:00. Individual measurements performed during nights with low wind speeds especially show elevated CO2 mixing ratios which might reach up to 800 ppmv.