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Modelo simplificado para turbulência na camada limite noturna / Simplified model for turbulence in the nocturnal boundary layerMaroneze, Rafael 08 March 2016 (has links)
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The appropriate estimation of turbulent fluxes in very stable conditions is a great challenge
for numerical models that simulate the average behavior of the stable boundary layer.
Although many features of the flow are usually reproduced, the intermittent variation turbulence
is not simulated by most atmospheric models that use K theory for the determination
of turbulent fluxes in the stable boundary layer. Moreover, the transition between the very
stable and weakly stable regimes of the stable boundary layer is not well understood and
described by numerical models.
Therefore, in this work a one-and-a-half order numerical model is proposed to represent the
average behavior of the nocturnal boundary layer. The model is based in the one proposed
by Costa et al. (2011). In the presently proposed scheme, both the sensible heat flux and
temperature variance are solved by prognostic equations in order to add degrees of freedom
and physical detail to the model. Throughout the work, comparisons are made among the
solutions varying different parameters. Results are also compared to the solutions obtained
using the model proposed by Costa et al. (2011).
The results show that the present model is able to reproduce the transition between the
coupled and decoupled stable boundary layer regimes, in a manner similar to what is observed
in nature. It also reproduces the occurrence of intermittent non periodical events
and the formation of shallow mixing in weak wind conditions.
The inclusion of prognostic equations for the sensible heat flux and for the temperature
variance provides transitions between regimes at larger winds than those obtained when
these quantities are parameterized, and closer to the observed values.
The model provides a dependence of the potential temperature scale, θ∗ and of the sensible
heat flux on the wind speed that is similar to observations. It also reproduces abrupt transitions
between the stable boundary layer regimes, something not observed in the model
proposed by Costa et al. (2011).
The turbulent kinetic energy balance obtained by the model is closer to the observed by
Acevedo et al. (2016) than was obtained by Costa et al. (2011). Dissipation is the dominat
mechanism of turbulence destruction in very stable conditions, a role played by buoyant
destruction in the model by Costa et al. (2011).
The results sustain the hypothesis proposed by Van Weil et al. (2012), that the very stable
regime happens when turbulence is not capable of sustaining turbulent heat fluxes large
enough to accompany the long wave radiative loss. / A estimativa adequada dos fluxos turbulentos em condições muito estáveis ainda é um grande desafio para os modelos numéricos que descrevem o comportamento médio da CLE. Embora, muitas características do escoamento sejam simuladas, a variação intermitente da turbulência não é reproduzida por grande parte dos modelos atmosféricos que utilizam teoria K na estimativa dos fluxos turbulentos na CLE. Além disso, a transição entre
os regimes muito estável e fracamente estável da CLE, ainda, não é bem compreendida e descrita pelos modelos numéricos.
No presente trabalho é proposto um modelo numérico, de uma ordem e meia, para descrever o comportamento médio de uma camada limite noturna. O modelo é baseado no
que foi proposto por COSTA et al. (2011). O modelo aqui proposto tanto o fluxo de energia
na forma de calor sensível como a variância de temperatura são estimados através de
equações prognósticas, afim de acrescentar graus de liberdade ao sistema e de modo a
acrescentar detalhamento físico à solução. Ao longo do trabalho, foram realizadas comparações
entre as soluções obtidas no modelo variando diferentes parâmetros. As soluções
também são comparadas com as obtidas utilizando o modelo proposto por Costa et al.
(2011).
Os resultados mostram que o presente modelo é capaz de reproduzir as transições entre
os estados acoplado e desacoplado da camada limite estável, de forma semlhante à
observada na natureza. São simulados eventos intermitentes não periódicos que se assemelham
aos observados na camada limite. O modelo também reproduz a ocorrência de
mistura rasa em condições de vento fraco.
A inclusão de equações prognósticas para o fluxo de energia na forma de calor sensível e
para a variância de temperatura proporciona transições entre os estados e em condições
de vento mais intensas que as obtidas quando essas quantidades são parametrizadas, e
mais próximo dos valores observados.
Ao observar a dependêndia das quantidades turbulentas, tais como a escala de temperatura
potencial, θ∗, e o fluxo de energia na forma de calor sensível em função da velocidade do vento, o presente modelo modelo apresentou os resultados mais semelhante aos observados,
se mostrando capaz de reproduzir as transições entre os estados de forma abrupta, diferente do que ocorre no modelo proposto por Costa et al. (2011). O balanço de ECT obtido pelo presente modelo, se aproxima mais do observado por Acevedo
et al. (2016) que o obtido por Costa et al. (2011). A dissipação é o mecanismo dominante de destruição de turbulência no estado desacoplado, papel que era ocupado
pela destruição térmica no modelo de Costa et al. (2011).
Os resultados coroboram a hipótese de Van de Weil et al. (2012), de que o regime muito estável ocorre quando a turbulência não é capaz de produzir fluxos de energia na forma
de calor sensível capazes de acompanhar a perda de energia por radiação.
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Avaliação do método do balanço da camada limite para a estimativa de fluxos turbulentos noturnos / Evaluation of the boundary layer budget method for nocturnal turbulent flux estimatesConti, Tatiana de 27 October 2006 (has links)
This work is about to verify the performance of the boundary layer budgeting method as alternative for measuring the surface turbulent fluxes in conditions that allow the
validation of the measurements with data taken from a tower equipped with sensors, which were processed through the eddy correlation method. A research is made on the knowledge
generated to the present, which reveals the limitations of the eddy correlation method and the promises of the boundary layer budgeting in relation to measuring the surface turbulent fluxes. This work describes its theoretical underpinnings, regarding the energy budget in the atmosphere and the role of turbulence in the transport phenomena and in energy exchanges. These concepts are interpreted physically and described in the form of ruling equations and hypotheses used for the analysis of the behavior of such phenomena. The eddy correlation is described as a method that directly measures the sensible heat and latent heat fluxes in function of the data picked up by the sensors. The boundary layer budgeting method, by its turn, is described from the general formulation of scalar accumulation, on which are taken the hypotheses of elimination of the horizontal advection and of any sources or drains in the atmosphere. The context of the measuring work is described in the following, from the presentation of the project, its places, and its campaigns and to the day and times in which the measurements took place. The instruments used for data acquisition are also described, as well as the processing systematics of the raw data. The obtained results reveal significant differences in the sensible heat flux estimates, which increase with the progress of the night
and smaller differences in the latent heat flux, which remain constant in the time. / Este trabalho trata de verificar o desempenho do método de balanço da camada limite como alternativa para a medição dos fluxos turbulentos superficiais em condições que
permitem a validação das medidas com dados tomados a partir de uma torre equipada com sensores, os quais foram processados com o método de correlação de vórtices. É feita uma pesquisa do conhecimento gerado até o presente, que revela as limitações da sistemática de medição por correlação de vórtices e as promessas do método de balanço em relação à medição dos fluxos turbulentos. É descrita neste trabalho a fundamentação teórica necessária, a respeito do balanço energético na atmosfera e do papel da turbulência nos fenômenos de transporte e de troca de energia. Tais conceitos são interpretados fisicamente e descritos na
forma de equações governantes e hipóteses utilizadas para a análise do comportamento de tais fenômenos. A correlação de vórtices é descrita como um método que mede diretamente
os fluxos de calor sensível e de calor latente em função dos dados recolhidos pelos sensores. O método de balanço da camada limite, por sua vez é descrito a partir da formulação geral de acumulação de escalares, sobre a qual são tomadas as hipóteses de eliminação da advecção horizontal e de quaisquer fontes ou sumidouros na atmosfera. O contexto das medições é descrito a seguir, a partir da apresentação do projeto, dos locais, das campanhas e do dia e dos horários em que as medições foram realizadas. A instrumentação utilizada para a aquisição dos dados é também descrita, assim como a sistemática de processamento dos dados brutos. Os resultados obtidos revelam diferenças significativas na estimativa do fluxo de calor sensível, que aumentam com o avanço da noite e diferenças menores no fluxo de calor
latente, que permanecem praticamente constantes no tempo.
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Caminhos para a complexidade na camada limite atmosférica noturna / Routes to complexity on the nocturnal atmospheric boundary layerCosta, Felipe Denardin 09 December 2011 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The focus of the present thesis is the nocturnal atmospheric boundary layer, under very stable conditions.
In such situation, the turbulence production by the vertical wind shear may have similar magnitude to
the total turbulence destruction by the thermal stratification and molecular dissipation terms. Besides being
in near balance, the turbulence production and destruction are, each of them, functions of the turbulence
intensity itself. This condition causes situations on which the system behaves on a manner different than that
expected from each of its parts individually. Such processes are characterized, in the present study, as paths
to complexity, and are analyzed separately in the different chapters that compose the thesis. In chapter 2, the
coupling state between the surface and the top of the stable boundary layer (SBL) is investigated using four
different schemes to represent the turbulent exchange. An idealized SBL is assumed, with fixed wind speed
and temperature at its top. The formulations compared are those that solve a prognostic equation for turbulent
kinetic energy (TKE) and those that directly prescribe turbulence intensity as a function of atmospheric
stability. The formulation influence on the coupling state is analyzed and it is concluded that, in general, the
simple TKE formulation has a better response, although it also tends to overestimate turbulent mixing. The
consequences are discussed. In chapter 3, a simplified new model for the exchange between the surface
and the atmosphere under stable conditions is proposed. Its main difference from previous works consists in
the fact that the turbulent intensity is determined by a prognostic equation for turbulent kinetic energy (TKE),
rather than by using stability functions that arbitrarily relate it to atmospheric stability. Its main novelty is
the fact that, when multiple atmospheric levels are considered, it leads to complex solutions, characterizing
the occurrence of the phenomenon known as global intermittency. The vertical structure of the intermittent
events is analyzed, and it shown that they are generated at the surface by a local shear increase above
a threshold, propagating upward through the turbulence transfer term in the TKE equation. It is proposed
that such events constitute a natural characteristic of the disconnected SBL, which occurs along with low
large-scale winds and clear skies. Chapter 4 is devoted to the purpose of showing that the use of stability
functions that represent the turbulence intensity as its average dependence on atmospheric stability reduces
the number of degrees of freedom of the system, precluding it from reaching complex solutions. Finally, in
chapter 5, a detailed system dynamics analysis is applied to the model proposed in chapter 3, with the aim
of identifying whether it is or not chaotic. It is shown that the system bifurcates as the wind speed at the
SBL top increases, reaching period 3 for a range of situations, a sufficient condition for chaos existence.
Furthermore, positive Lyapunov exponents are found, again confirming the chaotic character of the system.
It is shown that the complexity arises from the nonlinear interactions between the different vertical levels
considered, through the vertical turbulence transport terms. / O foco da presente tese é a camada limite atmosférica noturna, sob condições estáveis. Nesta situação,
a produção de turbulência pelo cisalhamento vertical do vento pode ter magnitude similar à destruição
total de turbulência devido à estratificação térmica e a dissipação molecular. Além de serem próximos no balanço,
a produção de turbulência e a destruição são, cada um deles, funções da intensidade turbulenta. Esta
condição causa situações nas quais o sistema se comporta de maneira diferente do que o esperado para
cada uma de suas partes individualmente. Tais processos são caracterizados, no presente estudo, como
caminhos para a complexidade, e são analisados separadamente em diferentes capítulos que compôem a
tese. No capítulo 2, o estado de acoplamento entre a superfície e o topo da camada limite estável (CLE) é
investigado usando 4 diferentes esquemas para representar a intensidade turbulenta. Uma CLE idealizada
é assumida, com velocidade do vento e temperatura fixas no seu topo. As formulações comparadas são
aquelas que resolvem uma equação prognóstica para a energia cinética turbulenta (ECT) e as que prescrevem
diretamente a intensidade turbulenta como uma função da estabilidade atmosférica. A influência da
formulação no estado de acoplamento é analisada e é concluído que, em geral, a formulação simples de
ECT tem a melhor resposta, embora esta tenda a superestimar a mistura turbulenta. As consequências são
discutidas. No capítulo 3, um novo modelo simplificado para interação entre a superfície e a atmosfera em
condições estáveis é proposto. A principal diferença com relação a estudos anteriores, consiste no fato que
a intensidade turbulenta é determinada por uma equação prognóstica para a ECT, ao invés de usar funções
de estabilidade que são arbitráriamente relacionadas com a estabilidade atmosférica. A principal novidade
é o fato que, quando multipos níveis atmosféricos são considerados, este apresenta soluções complexas,
caracterizando a ocorrência do fenômeno conhecido como intermitência global. A estrutura vertical dos
eventos intermitentes é analisada, e esta mostra que os eventos são gerados na superfície pelo aumento
local do cisalhamento acima de uma fronteira, propagando-se para cima através do termo de transporte
turbulento na equação da ECT. É proposto que tais eventos constituam uma característica natural da CLE
desconectada, a qual ocorre em condições de ventos de grande escala fracos e com céu claro. O capítulo
4 tem como propósito mostrar que o uso de funções de estabilidade que representam a intensidade da
turbulência como a dependência média desta com a estabilidade atmosférica, reduz os graus de liberdade
do sistema, assim evitando que este encontre soluções complexas. Finalmente, no capítulo 5, uma análise
dinâmica detalhada é aplicada no modelo proposto no capítulo 3, com meta de identificar se este é caótico
ou não. É mostrado que as soluções do sistema bifurcam-se com o aumento da velocidade do vento no
topo da CLE, encontrando soluções com período 3 para um intervalo de situações, uma condição suficiente
para a existência de caos. Além disso, expoentes de Lyapunov positivos são encontrados, novamente
confirmando o caráter caótico do sistema. É mostrado que a complexidade surge através de interações
não lineares entre os diferentes níveis verticais considerados, através do termo de transporte vertical de
turbulência.
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PARAMETRIZAÇÃO DE TURBULÊNCIA NA PREVISIBILIDADE DE TEMPERATURAS MÍNIMAS EM UM MODELO DE MESOESCALA / TURBULENCE PARAMETERIZATION ON PREDICTABILITY OF MINIMUM TEMPERATURES IN A MESOSCALE MODELBattisti, Adriano 02 June 2014 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present study aims to evaluate the quality of nocturnal temperature forecast
made by a mesoscale numerical model and to understand the reasons behind the difficulties
found. To do that, the Weather Research and Forecast (WRF) model is used,
with the same configuration employed for operational weather forecast. The model has
been ran for the 31 nights of July 2012, and temperature outputs have been compared
to hourly observations measured by 26 weather stations scattered over the entire state of
Rio Grande do Sul. Four different schemes for turbulence have been considered. Three
of them, Yonsei University (YSU), Mellor Yamada Janjic (MYJ) and Bougeault-Lacarrere
(BOU) are formulations available from WRF code, while the fourth, Bougeault-Lacarrere
Modified (BOU-Mod) is a change made to BOU, aiming at making it less turbulent. A
general analysis shows that the different formulations present similar root mean squared
errors (EQM), with YSU showing slightly smaller errors than the others. An important discrepancy
found refers to the fact that there is an appreciable difference between station
real altitude and its altitude in the model, which is given by the height of the closest grid
point. When such an altitude difference is corrected by a potential temperature, the errors
are enhanced. In this case, the most turbulent formulations, YSU and BOU, tend to
overestimate nocturnal temperatures, while the least turbulent ones, MYJ and BOU-Mod,
tend to underestimate it. All schemes presented a tendency to underestimate the observed
temporal variability. It means that they tend to overestimate the coldest observations
and to underestimate the warmest ones. In the most stable nights, all parameterizations
showed large EQM and overestimate the temperature. In the least stable nights there were
some cases with reduced EQM, but all formulations tended to underestimate temperature,
showing that it is necessary to increase the turbulent mixing in this cases. When the different
stations are compared, it becomes evident that the height difference between station
and model altitudes has a large influence in the nighttime temperature weather forecast.
It happens mainly because stations lower than the nearest grid point the modeled winds
tend to be larger than observed, causing more intense turbulent mixing and leading to
warmer temperatures. The opposite happens in stations higher than the grid point. Such
a situation occurs mainly in the more stable conditions, when the lower regions tend to
have its surface decoupling from the higher atmospheric levels. The implications of these
results and suggestions for improving nocturnal temperature forecasts are presented. / O objetivo do presente trabalho é avaliar a qualidade da previsão de temperaturas
noturnas em um modelo numérico de mesoescala e compreender a razão das principais
dificuldades encontradas. Para tanto, é utilizado o modelo Weather Research and
Forecast (WRF), configurado da mesma maneira que é feito em previsões do tempo operacionais.
O modelo foi rodado para as 31 noites do mês de Julho de 2012, e as saídas
de temperatura foram comparadas com observações horárias feitas em 26 estações
espalhadas por todo o estado do Rio Grande do Sul. Foram consideradas quatro representações
diferentes para a turbulência no modelo, sendo que três delas, as de Yonsei
University (YSU), Mellor-Yamada-Janjic (MYJ) e Bougeault-Lacarrere (BOU), são formulações
disponibilizadas no próprio modelo e uma quarta, Bougeault-Lacarrere-Modificada
(BOU-Mod), é uma alteração imposta à parametrização BOU com o propósito de torná-la
menos turbulenta. Uma análise geral mostra que as formulações apresentam erros quadráticos
médios (EQM) bastante próximos entre si, sendo que YSU tem erros levemente
menores que as demais. Uma importante discrepância observada é que há diferença
razoável entre a altura real da estação e a sua altitude no modelo, representada pelo valor
do ponto de grade mais próximo. Quando essa diferença de altitude é corrigida pela
temperatura potencial, os erros aumentam. Nesse caso, as duas parametrizações mais
turbulentas, que são YSU e BOU, têm tendência geral de superestimar as temperaturas
noturnas, enquanto as menos turbulentas, MYJ e BOU-Mod, tendem a subestimar essa
grandeza. Todos os esquemas mostraram tendência de reduzir a variabilidade temporal
observada, o que significa que elas tendem a superestimar as observações mais frias e
subestimar as mais quentes. Nas noites mais estáveis, todas parametrizações apresentaram
grande EQM e superestimam a temperatura. Nas noites menos estáveis houve casos
com EQM reduzido, mas todas as parametrizações mostraram tendência de subestimar
a temperatura observada, mostrando que é necessário que todas as formulações se tornem
mais turbulentas nestes casos. Quando as diferentes estações são comparadas, a
diferença de altura entre a estação e o ponto de grade mais próximo tem grande influência
na previsão de temperatura noturna. Isso ocorre porque nas estações mais baixas que o
ponto de grade, o vento do modelo tende a ser maior que o observado, causando maior
mistura turbulenta, e levando a temperaturas maiores. O oposto ocorre nas estações mais
altas que o ponto de grade. Esta situação ocorre principalmente nas noites mais estáveis,
quando estações localizadas em regiões mais baixas tendem a experimentar o fenômeno
do desacoplamento entre a superfície e os níveis mais altos da atmosfera. As implicações
destes resultados são discutidas e propostas para melhorar as previsões noturnas
de temperatura são apresentadas.
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ANÁLISE DA ESTRUTURA VERTICAL DO ESCOAMENTO ATMOSFÉRICO DURANTE OCORRÊNCIA DE EVENTOS TURBULENTOS INTERMITENTES NA CAMADA LIMITE NOTURNA / ANALYSIS OF THE VERTICAL STRUCTURE OF THE ATMOSPHERIC FLOW DURING THE OCCURRENCE OF TURBULENT INTERMITTENT EVENTS IN THE NOCTURNAL BOUNDARY LAYERDill, Thaís Freitas 31 August 2015 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objective of this study is to analyze the vertical structure of the intermittent
turbulent events in the very stable boundary layer, as well the analysis and characterization
of events originated near the surface that propagate upward. Therefore, it was used
observational data from the FLOSSII experiment, together with the results of simulations
using a numerical model that is able to reproduce the occurrence of turbulence bursts in
the very stable boundary layer. The data have a total of 108 nights, from 20th of November
2002 to 02nd of April 2003, held in North Park south of Walden in the state of Colorado,
in the United States. The experimental analysis showed that most of the events generated
in the surface are very weak, not being able to connect the surface with the highest
levels of the tower. Consistent with other studies, it was observed that the occurrence of
events that propagates downward cause an increase in temperature, while events which
propagate upward cause a cooling of the air near the surface. Another important result is
much of the observed events that propagate upward are generated by wind acceleration
due to drainge. Finally, it is shown that the events reproduced by the numerical model are
caused by the shear increased and they are transported vertically by turbulent transport
of energy, as observed in real world. / O objetivo deste trabalho é analisar a estrutura vertical de eventos de intermitência
global na camada limite muito estável. A análise e caracterização feita foca, principalmente,
nos eventos gerados em superfície que se propagam para cima. Para tanto, foram
utilizados dados observacionais do experimento FLOSSII, juntamente com o resultado de
simulações, utilizando um modelo numérico capaz de simular a ocorrência de intermitência
na camada limite muito estável. Os dados possuem um total de 108 noites, no período
de 20 de Novembro de 2002 a 02 de Abril de 2003, realizado em North Park ao sul de
Walden, no estado do Colorado, nos Estados Unidos. As análises experimentais mostraram
que a maior parte dos eventos gerados em superfície são muito fracos, não sendo
capazes de conectar a superfície com os níveis mais altos da torre. Em concordância com
outros trabalhos, foi observado que a ocorrência de eventos que se propagam para baixo
causam aumento na temperatura, enquanto que eventos que se propagam para cima
causam o resfriamento da atmosfera próxima à superfície. Outro resultado importante é
que grande parte dos eventos observados, que se propagam para cima, são gerados pela
aceleração do vento devido à presença de drenagem no escoamento. Finalmente, é mostrado
que os eventos reproduzidos pelo modelo numérico são originados pelo aumento
do cisalhamento e são transportados verticalmente pelo transporte turbulento de energia,
assim como observado no mundo real.
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Estimativa da constante de Kolmogorov (C0) para a camada limite estável usando simulação dos grandes turbilhões / Estimation of the Kolmogorov constant (C0) for the stable boundary layer by large-eddy simulationLovato, Rodrigo Gularte, Lovato, Rodrigo Gularte 28 February 2007 (has links)
Made available in DSpace on 2014-08-20T14:25:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2007-02-28 / Neste trabalho, nós estimamos a constante de Kolmogorov, C01 através da determinação de um conjunto de trajetórias Lagrangeanas em uma Camada Limite Estável simulada pelo modelo de simulação dos grandes turbilhões (Large-Eddy Simulation model). A partir do conjunto de trajetórias, a forma da função de estrutura da velocidade Lagrangeana no subintervalo inercial é avaliada, permitindo a determinação de C0. O valor de C0 encontrado é 3,70.
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IMPLEMENTAÇÃO DE UM MODELO DE COLUNA SIMPLES PARA A CAMADA LIMITE ESTÁVEL UTILIZANDO DIFERENTES FORMULAÇÕES DE TURBULÊNCIA / IMPLEMENTATION OF A SINGLE COLUMN MODEL FOR THE STABLE BOUNDARY LAYER USING DIFFERENT TURBULENCE FORMULATIONSSchmengler, Moacir 01 October 2012 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work a single column model is implemented, aiming primarily to simulate the Stable
Boundary Layer (SBL). The model is composed of prognostic equations for the potential
temperature, specific humidity and the wind components. A prognostic equation for the
turbulent kinetic energy (TKE) is also used. The turbulent fluxes are approximated from diffusion
coefficients that are directly proportional to TKE and to the turbulent mixing length,
with a adjustable proportionality factor. To estimate the turbulent mixing lengths, four different
parametrizations from the literature are considered. First, a stable case in the Arctic
is simulated, then the model is adjusted to reproduce previously published Large Eddy
Simulations (LES) results for the same case. After the calibration, the model is validated
through a comparison with observed nocturnal data, from tethered balloon soundings
performed at a deforested area in the Amazon region, in the months of July and October
2001 and November 2003. The temporal evolution of potential temperature and specific
humidity vertical profiles are simulated and compared to the observations from 13 different
nights. The performance of the different formulations is evaluated through a statistic
analysis for all nights. Potential temperature profiles were better represented by the model
than specific humidity ones. In spite being able to reproduce different stability conditions,
the model represented the most stable nights better. Finally, the model was coupled to
a surface energy budget scheme and for these simulations the initial conditions from the
night of 28 July 2001 were used. The scheme was used to evaluate how the simulated
atmospheric variables depend on the wind intensity at the top of the vertical domain for
the different formulations and with or without the energy budget scheme being added. / Neste trabalho é implementado um Modelo de Coluna Simples, com o intuito de
simular a Camada Limite Estável (CLE). O modelo é composto por equações prognósticas
para a temperatura potencial, umidade específica e para as componentes horizontais
do vento, além de uma equação prognóstica para a energia cinética turbulenta (ECT).
Os fluxos turbulentos são aproximados por coeficientes de difusão que são diretamente
proporcionais à ECT e ao comprimento de mistura turbulenta, de forma que o coeficiente
de proporcionalidade é um fator ajustável. Para estimar os comprimentos de mistura
turbulentos são utilizadas quatro diferentes parametrizações encontradas na literatura.
Primeiramente, é simulado um caso estável no Ártico, sendo o modelo ajustado de forma
a produzir resultados próximos aos da Simulação dos Grandes Turbilhões (LES), obtidos
por outros autores para o mesmo caso. Realizados os ajustes, o modelo é validado
através da comparação com dados noturnos, obtidos por sondagens de balão cativo realizadas
em um sítio experimental localizado numa área desmatada da região Amazônica,
nos meses de julho e outubro de 2001 e de novembro de 2003. São simulados os perfis
verticais de temperatura potencial e de umidade específica e comparados com as observações
de 13 diferentes noites. A avaliação do desempenho das diferentes formulações
utilizadas é feita através de uma análise estatística, utilizando dados de todas as noites.
Observou-se, que os perfis verticais de temperatura potencial foram melhor representados
do que os de umidade específica. Embora o modelo tenha sido capaz de reproduzir
as diferentes condições de estabilidade, as noites mais estáveis foram melhor simuladas.
Finalmente, é acrescentado um esquema que resolve o balanço de energia em superfície
ao modelo, sendo utilizadas para este fim as condições iniciais da noite de 28 de julho
de 2001. Este esquema foi utilizado para avaliar como as variáveis atmosféricas simuladas
dependem da intensidade do vento no topo do domínio vertical, para as diferentes
formulações analisadas e com ou sem a utilização do balanço de superfície.
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Desenvolvimento de um modelo lagrangiano para estimar a dispersão de escalares passivos em condições de meandro do vento horizontal / Development of a lagrangian model to estimate the passive scalar dispersion in low-wind meandering conditionsStefanello, Michel Baptistella 24 February 2017 (has links)
The description of the effects of the wind meandering in the scalar dispersion is a challenging
task, since this type of flow represents a physical state characterized by multiple
scales. In this study, a Lagrangian stochastic diffusion model is derived to describe the
scalar transport during the horizontal wind meandering phenomenon, occurring in a PBL.
The model is derived from the linearization of the Langevin equation and employs a heuristic
functional form, which represents the autocorrelation functions of the meandering. The
new solutions, which describe the longitudinal and lateral wind components, were used to
simulate two experiments of contaminants dispersion in low-wind conditions, INEL (USA)
and GRAZ (Austria). The results of the comparison indicate that the new model reproduces
fairly well the observed concentrations of contaminants and, therefore, satisfactorily describes
the enhanced dispersion due to the presence of meandering. / Descrever os efeitos provocados pelo meandro do vento na dispersão de escalares é uma
tarefa desafiadora, uma vez que este tipo de escoamento representa um estado físico
caracterizado por múltiplas escalas. Neste trabalho, deriva-se um modelo estocátisco Lagrangiano
para descrever a dispersão de escalares, na camada limite planetária, durante o
fenômeno de meandro do vento horizontal. O modelo é derivado a partir da linearização da
equação de Langevin e emprega uma forma funcional heurística, que representa as funções
de autocorrelação do meandro. As novas soluções, que descrevem as componentes
longitudinais e laterais do vento, foram empregadas para simular dois experimentos de dispersão
de contaminantes em condições de vento fraco, INEL (USA) e GRAZ (Áustria). Os
resultados das comparações indicam que o novo modelo pode ser usado para reproduzir
as concentrações observadas de contaminantes e, portanto descreve de forma satisfatória
a difusão reforçada provocada pelo meandro do vento.
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