Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this dissertation, it was estimated contaminants concentration in different stability conditions of the Planetary Boundary Layer. In order to do this, it was used the Lagrangian stochastic model. The experiments by Copenhagen and Prairie Grass were simulated, and to the last one it was used only experiments in which the wind speed was higher than 6m/s. In these simulations it was adopted the turbulence parameterization by Hanna (1982). The results were compared with the concentration field measured and simulated by Timm (2007), who used the turbulence parameterization achieved by Degrazia et al. (2000). The analysis of the results shows a better performance by the Lagrangian particles model when it is implemented the parameterization proposed by Degrazia et al. (2000). / Nesta dissertação, estimou-se a concentração de contaminantes em diferentes condições de estabilidade da Camada Limite Planetária. Para tanto, utilizou-se um modelo de partículas estocástico Lagrangeano. Os experimentos de Copenhagen e Prairie Grass foram simulados, de modo que para o último usou-se apenas experimentos em que a velocidade do vento foi maior que 6m/s. Nestas simulações foi utilizada a parametrização da turbulência proposta por Hanna (1982). Os resultados foram comparados com o campo de concentração medido e simulado por Timm (2007), a qual utilizou a parametrização da turbulência obtida por Degrazia et al. (2000). A análise dos resultados mostra um melhor desempenho do modelo de partículas Lagrangeano quando utilizada a parametrização proposta por Degrazia et al. (2000).

Nestes últimos anos, tivemos um aumento no interesse na monitoração dos efeitos da atividade humana sobre a atmosfera e o clima no planeta. O uso de técnicas de sensoriamento remoto têm sido utilizados em diversos estudos, inclusive em estudos relacionados à mudanças globais. Um sistema LIDAR de espalhamento, primeiro deste tipo no Brasil, tem sido usado para fornecer o perfil vertical do coeficiente de retroespalhamento de aerossóis em 532 nm para altitudes de 4 a 6 km acima do nível do mar. Neste estudo, foram utilizados dados coletados no ano de 2005. Estes dados foram correlacionados com dados do fotômetro solar CIMEL e também com dados meteorológicos. Os principais resultados indicaram existir um padrão no comportamento destes dados meteorológicos e a distribuição vertical do coeficiente de extinção obtido através do LIDAR. Em períodos desfavoráveis de dispersão atmosférica, ou seja, elevação da temperatura do ar associado a queda de umidade relativa, aumento da pressão atmosférica e baixa taxa de ventilação, foi possível determinar com boa precisão a altura da Camada Limite Planetária, tanto através do perfil vertical do coeficiente de extinção quanto através da técnica da temperatura potencial. A técnica LIDAR mostrou ser um importante aliado na determinação da estrutura termodinâmica da atmosfera, auxiliando a caracterizar a evolução da CLP ao longo do dia, devido a sua boa resolução espacial e temporal. / In these last years, we had an increase in the interest in the monitoring of the effect of the human activity being on the atmosphere and the climate in the planet. The remote sensing techniques has been used in many studies, also related the global changes. A backscattering lidar system, the first of this kind in Brazil, has been used to provide the vertical profile of the aerosol backscatter coefficient at 532 nm up to an altitude of 4-6 km above sea level. In this study, data has was collected in the year of 2005. These data had been correlated with data of solar photometer CIMEL and also with meteorological data. The main results had indicated to exist a standard in the behavior of these meteorological data and the vertical distribution of the extinction coefficient gotten through LIDAR. In favorable periods of atmospheric dispersion, that is, rise of the temperature of associated air the fall of relative humidity, increase of the atmospheric pressure and low ventilation tax, was possible to determine with good precision the height of the Planetary Boundary Layer, as much through the vertical profile of the extinction coefficient how much through the technique of the vertical profile of the potential temperature. The technique LIDAR showed to be an important tool in the determination of the thermodynamic structure of the atmosphere, assisting to characterize the evolution of the CLP throughout the day, which had its good space and secular resolution.

O presente trabalho tem como objetivo investigar a evolução temporal e espacial da camada limite planetária (CLP) na cidade de São Paulo durante o período noturno, utilizando o modelo LES. Foram simulados os campos tridimensionais das três componentes da velocidade do vento, temperatura potencial e concentração de monóxido de carbono (CO). Três propriedades da CLP noturna em São Paulo foram analisadas: a) Altura da CLP estável (CLE); b) Jatos de baixos níveis (JBN); c) Dispersão turbulenta de CO. Foi analisado também o ciclo diurno dos fluxos turbulentos de calor sensível e de CO na superfície. Inicialmente foi desenvolvido um procedimento de validação para avaliar o desempenho do modelo LES na simulação das propriedades da CLP convectiva, neutra e estável, utilizando como referência os resultados de simulações consagrados na literatura. A validação foi realizada comparando os perfis verticais médios de velocidade horizontal, temperatura potencial, variância das componentes da velocidade e as componentes da equação do balanço de energia cinética turbulenta (ECT). Os resultados dessa comparação indicam que o modelo LES atual é capaz de reproduzir todas as características dos processos turbulentos destes escoamentos. Foram realizados quatro experimentos numéricos com o intuito de investigar a evolução diurna da CLP para a situação de inverno em São Paulo, usando como condições de contorno, valores horários médios mensais de temperatura potencial e concentração de monóxido de carbono observados em superfície durante o mês de junho em São Paulo. Esses experimentos utilizaram também como condição de contorno a situação média nos dias de céu claro (sem nuvem) no mês de junho em São Paulo. O impacto da intensidade do vento também foi analisado especificando-se como forçante externa o vento geostrófico igual a 5 m/s e 10 m/s de oeste. Os dados utilizados neste trabalho foram medidos na plataforma micrometeorológica do IAG-USP (temperatura do ar e fluxo turbulento de calor sensível) e na estação Lapa da CETESB (concentração de monóxido de carbono e velocidade do vento). Os resultados destas 4 simulações indicam que a altura da CLE foi simulada pelo modelo LES de forma consistente com as forçantes e condições de contorno usadas, indicando que durante o mês de junho em São Paulo a altura da CLE varia entre 100 m e 275 m (médias) e 62 m e 203 m (dias de céu claro). Verificou-se também que a turbulência da CLE é mantida pela produção mecânica de ECT e dissipada majoritariamente pela destruição térmica. A dissipação molecular tem um papel secundário e o transporte turbulento não afeta as propriedades da CLE. Os resultados indicam que as formulações empíricas utilizadas neste trabalho são capazes de reproduzir de forma equivalente a ordem de magnitude da altura da CLE simulada para São Paulo. O melhor resultado foi obtido com h = 700 u*. As simulações do JBN indicaram que para São Paulo o mecanismo de ajuste inercial gera máximos da ordem de 7,1 m/s em torno de 210 m as 05:30 HL (forçante de 5 m/s) e de 14,5 m/s em torno de 420 m e as 05:30 HL (forçante de 10 m/s). Foi observada uma intensificação da turbulência acima do topo da camada estável. A evolução espacial e temporal da concentração de CO simulado pelo modelo LES apresenta um padrão de dispersão turbulento compatível com o esperado para o inverno em São Paulo. Finalmente, o modelo LES é capaz de reproduzir as principais características da evolução diurna do fluxo de calor sensível e de monóxido de carbono da superfície observados no mês de junho na cidade de São Paulo. / The main objective of this work is to investigate the temporal and spatial evolutions of the planetary boundary layer (PBL) in the city of São Paulo during the nighttime period, using a large-eddy simulation (LES) model. It was simulated the 3-dimensional fields of the three components of the wind speed, potential temperature and carbon monoxide concentration. Three properties of nocturnal PBL were investigated: a) PBL depth; b) Low level jet (LLJ) and c) Turbulent dispersion of CO. The diurnal evolution of the turbulent fluxes of sensible heat and CO was also analyzed. Initially, a validation procedure was carried considering the performance of LES model in to simulate the behavior of the PBL for convective, neutral and stable conditions using as reference simulation results available in the literature. The validation was performed by comparing the mean vertical profiles of horizontal wind, potential temperature, variance of wind speed components and the turbulent kinetic energy (TKE) equation components. They indicated that the actual version of LES model is capable to simulate the entire cycle of the PBL diurnal evolution over a homogeneous and flat surface. Once validated, the LES model was applied to simulate the PBL for a complete diurnal cycle over a flat and homogeneous surface with aerodynamic roughness length representative of a typical urban area of São Paulo. Four simulations were designed to investigate the nighttime PBL evolution for winter conditions in São Paulo, using as input, monthly average hourly values of potential temperature and monoxide carbon observed at the surface during June in São Paulo. The mean condition for clear sky days observed in June in São Paulo was also considered as input in these simulations. The impact of wind intensity was also analyzed by considering as the external forcing in these simulations a constant background geostrophic wind of $5$ and $10 ms^{-1}$ from West. The dataset used in this work was observed in the micrometeorological platform of IAG (air temperature and sensible heat flux) and at the surface station of environmental agency of the state of São Paulo (CETESB) locate at Lapa (CO and wind speed). The results indicate that the height of stable PBL was simulated consistently with the boundary conditions and external forcing, indicating that during June the in São Paulo the PBL height may vary from 100m (mean condition) and 62m (clear days condition) at the beginning of the night to 275m (mean condition) and 203m (clear sky conditions) at the end of nighttime. It was verified that the turbulence in the Stable PBL is maintained by the mechanical production of TKE and dissipated, mainly, by the negative thermal production. Molecular dissipation has a secondary role and turbulent transport of TKE does not affect the stable PBL. All the empirical formulations used here reproduced the order of magnitude of the stable PBL height. The best performance was obtained by $h = 700 u_*$ and $h = 0.5 \\sqrt{\\frac{u_* L}{\\left|fight|}}$. The simulated nocturnal LLJ indicated that for São Paulo the inertial oscillation yields a maximum intensity is $7.1 ms^{-1}$ at $210m$ and 05:30LT (forcing of $5 ms^{-1}$) and $14.5 ms^{-1}$ at $420m$ at 05:30LT (forcing of $10 ms^{-1}$). In both cases the LLJ intensified the turbulence at the top of the stable PBL. The simulated spatial and temporal evolution of the carbon monoxide concentration shows a pattern of turbulent dispersion consistent with the expected one for winter time in the city of São Paulo. Finally, LES model is able to reproduce the main features of the diurnal evolution of turbulent sensible heat and carbon monoxide fluxes at the surface for São Paulo during the winter.

Neste trabalho foi avaliado o impacto na simulação dos poluentes fotoquímicos do uso de diferentes parametrizações da Camada Limite Planetária (CLP) para a Região Metropolitana de São Paulo, utilizando o modelo de mesoescala não-hidrostático Weather Research and Forecasting (WRF) com o acoplamento dos módulos químicos (WRF/Chem). Para análise da acurácia dos resultados obtidos com o modelo, foram utilizadas as medições realizadas pelas estações automáticas da CETESB em superfície, e a validação do perfil vertical da concentração de O3 com base nos dados do experimento de lançamento de ozoniosondas realizado dentro do contexto de um projeto de políticas públicas (recursos FAPESP) realizado durante o período de estudo. A motivação para a realização do presente trabalho foi a grande dificuldade de representação da estrutura da CLP em especial durante o período noturno sobre áreas urbanas. O estudo contou com a utilização inédita do modelo on-line para simulação da composição química da atmosfera da RMSP, e por fim analisou o impacto do acoplamento com o modelo urbano Urban Canopy Model (UCM), com o modelo WRF-Chem. A área de estudo é a Região Metropolitana de São Paulo e adjacências, e o período estudado foi de 28/10 a 01/11/2006. As variações anuais da temperatura do ar, velocidade do vento e radiação solar para o ano de 2006, mostraram que o mês de outubro foi marcado por grande disponibilidade de radiação solar, altos valores de temperatura do ar e ventos intensos. As simulações com casos idealizados mostraram que o esquema numérico de CLP, YSU (Yonsei University) representou melhor a variação da Camada Limite na área urbana, o que influenciou diretamente na dispersão dos poluentes. Já para as simulações de casos reais os resultados mostraram uma boa correlação entre simulado e observado para as concentrações superficiais de O3 e CO e uma grande dificuldade do modelo em representar o perfil vertical da concentração de O3, quando utilizada a versão 2.1 do modelo WRF/Chem. Problema este parcialmente resolvido (podendo melhorar ainda mais) quando é utilizada uma versão mais recente do modelo WRF-Chem, como o caso da versão 3, acoplada com o modelo urbano UCM. Os experimentos realizados para estimar o impacto do tipo do uso do solo sobre a variação da altura da CLP e conseqüente relação com a composição química da atmosfera, mostraram que a altura da CLP é mais alta sobre áreas urbanas em comparação com áreas rurais, portanto influenciando de forma efetiva na dispersão dos poluentes. No presente trabalho foi mostrado o transporte de poluentes existente entre as regiões metropolitanas de São Paulo, Campinas e Sorocaba, devido principalmente a topografia que atua canalizando o vento na direção de Campinas e Sorocaba. A proximidade com as fontes de emissão mostrou ser um fator importante para o nível de concentração de O3, pois à medida que se afasta das fontes de emissão tanto vertical quanto horizontalmente a concentração de O3 aumenta. E devido a sua relativa proximidade com o Oceano Atlântico, a RMSP é beneficiada com a formação da Brisa Marítima que auxilia na dispersão dos poluentes emitidos e formados na RMSP. / This work evaluated the parameterizations´ sensibility of the Planetary Boundary Layer (PBL) in the simulation of photochemical pollutants above the Metropolitan Region of São Paulo, by using the Weather Research and Forecasting (WRF) non-hydrostatic mesoscale model, with the coupling of chemical modules (WRF/Chem). In order to analyze the accuracy of the results obtained with the model, there will be used the measurements made by the automatic air quality stations from CETESB on surface, and the validation of the O3 vertical profile, will be based on ozonesoundings experiments conducted during the period of the study. The motivation for this study was the great difficulty in representing the PBLs structure specially during the night, witch is an new utilization of an on-line model to simulate the chemical composition of the atmosphere of the MASP, and finally, to analyze the impact of the coupling with the Urban Canopy Model (UCM). The study area is the Metropolitan Region of São Paulo and surroundings, and the period was between 10/28 11/01/2006. The annual variations of the air temperature, wind speed and solar radiation for 2006, showed that the month of October was marked by wide availability of solar radiation, high values of air temperature and intense winds. The simulations with idealized cases showed that the PBLs order of height based on the numerical scheme is YSU, MYJ, BOULAC and UCM, which influences directly the dispersion of pollutants with lower concentrations of the CO for YSU and higher for UCM respectively, and for the concentrations of the O3, the scheme YSU shows lower concentrations but unlike the CO, the other schemes are equal. However, for the simulations of real cases, the results showed a good correlation between simulated and observed for the surface concentrations of the O3 and CO, and a great difficulty of the model on the vertical profiles representation of the concentration of O3, when the 2.1 version of the WRF/Chem model is used. This problem was partially solved (can be better improved) when used with the latest version, as version 3, and coupled with the Urban Canopy Model. The experiments performed to estimate the impact of the land use type on the variation of the PBL height and consequent relationship with the chemical composition of the atmosphere, showed that the PBL height is higher on the urban areas compared to rural areas, thus influencing effectively in the dispersal of pollutants, and a lower PBL height was associated with higher concentrations due to lower dispersion of pollutants. This work has demonstrated the transport of pollutants between the metropolitan regions of São Paulo - Campinas and São Paulo - Sorocaba, due to topography that acts targeting the wind in the direction of Campinas. The proximity of emission sources has been important for the level of concentration of O3, as it moves away from sources of emissions both vertically and horizontally increases its concentration. Due the proximity with the Atlantic Ocean, the formation of Sea Breeze helps dispersion of pollutants emitted and formed in the MASP.

RESUMO Neste trabalho, a origem dos Jatos de Baixos Níveis (JBN) noturnos de Iperó (SP) e o seu papel na dispersão de poluentes no Estado de São Paulo são investigados. Para tanto são utilizados os dados coletados nas quatro campanhas de medidas em Iperó. Utilizou-se também um modelo numérico de mesoescala não-hidrostático TVM para simular a estrutura espacial 3-D do JBN em resposta as forçantes topográficas e associadas ocupação da superfície. Os resultados observacionais indicam que o JBN ocorre em Iperó com bastante freqüência nas noites de céu claro, com intensidade variando entre 8 e 10 m/s e localizado em torno de 350 m acima da superfície. Os JBNs em Iperó caracterizam-se por um cisalhamento direcional, com ventos de SE na superfície e de ENE na região de máximo. Ocorrem tanto no inverno como no verão, e afetam o ciclo diurno médio do vento observado nos primeiros 100 metros na região de Iperó. Os JBNs são responsáveis pelo máximo noturno (21:00 HL) existente no ciclo diurno médio do vento na região. Os resultados numéricos indicam que o JBN de Iperó é resultado da ação combinada de quatro fatores: (1) circulação anabática no setor paulista do vale do Rio Paraná; (2) oscilação inercial; (3) circulação catabática noturna e (4) brisa marítima. Estes quatro fatores combinados sustentam um JBN com intensidade de 5 a 10 m/s, localizados a uma altitude de 100 a 400 m acima da superfície, durante maior parte da noite. O JBN simulado numericamente encontra-se localizado no setor oeste da região de convergência da circulação anabática e da brisa marítima. Esta região de convergência em baixos níveis se forma durante o dia na parte mais elevada do Estado de São Paulo que acompanha da linha do litoral (Serra do Mar e da Cantareira). O efeito do JBN sobre o transporte de poluente foi investigado com um modelo Lagrangiano de dispersão de partículas. Verificou-se que o JBN aumenta a dispersão horizontal das partículas, transportando o poluente atmosférico emitido na superfície até 250 km da fonte. / ABSTRACT This work investigates the nocturnal Low-Level Jet (LLJ) in Iperó, Brazil, and its role in the pollutant dispersion on the State of São Paulo (SP). Data of four field campaigns in Iperó-SP was used in this investigation. A mesoscale and non-hydrostatic TVM model is also used to simulate the 3D structure of the LLJ, which is a dynamic response to topography and land use. The observational results indicate that the LLJ is frequently found during clear air nights, with a maximum between 8 and 10 m s–1, located around 350 m above surface. The LLJ in Iperó is characterized by a directional wind shear, with SE winds near surface and ENE near to the maximum. They occur during the winter and summer, and can modify the diurnal cycle of the mean wind in the first 100 m in the Iperó area. The LLJ are responsible by the nocturnal maximum (21:00 LT) in the mean wind in Iperó. The numerical results indicate the Iperó LLJ is a result of four factors: (1) anabatic circulation in São Paulo sector of the Paraná River Basin; (2) inertial oscillation; (3) nocturnal katabatic circulation and (4) sea breeze. These factors, together, sustain a LLJ with jet core intensity between 5 and 10 m/s, located between 100 and 400 m above surface during the major of nighttime period. The simulated LLJ numerically is found in the west sector in the convergence zone of the anabatic and sea breeze circulations. This convergence flow area appears during the daytime above the more elevated areas in the State of São Paulo, i.e., along mountains aligned parallel to coastline (Serra do Mar and Cantareira). The effects of the LLJ in a pollutant transport were investigated using a Lagrangian Particle Dispersion model coupled to the mesoscale model TVM. The results show that the LLJ increases the horizontal dispersion of the particles released near surface in Iperó and is able to transport the pollutant up to 250 km downwind the source.

RESUMO Neste trabalho, a origem dos Jatos de Baixos Níveis (JBN) noturnos de Iperó (SP) e o seu papel na dispersão de poluentes no Estado de São Paulo são investigados. Para tanto são utilizados os dados coletados nas quatro campanhas de medidas em Iperó. Utilizou-se também um modelo numérico de mesoescala não-hidrostático TVM para simular a estrutura espacial 3-D do JBN em resposta as forçantes topográficas e associadas ocupação da superfície. Os resultados observacionais indicam que o JBN ocorre em Iperó com bastante freqüência nas noites de céu claro, com intensidade variando entre 8 e 10 m/s e localizado em torno de 350 m acima da superfície. Os JBNs em Iperó caracterizam-se por um cisalhamento direcional, com ventos de SE na superfície e de ENE na região de máximo. Ocorrem tanto no inverno como no verão, e afetam o ciclo diurno médio do vento observado nos primeiros 100 metros na região de Iperó. Os JBNs são responsáveis pelo máximo noturno (21:00 HL) existente no ciclo diurno médio do vento na região. Os resultados numéricos indicam que o JBN de Iperó é resultado da ação combinada de quatro fatores: (1) circulação anabática no setor paulista do vale do Rio Paraná; (2) oscilação inercial; (3) circulação catabática noturna e (4) brisa marítima. Estes quatro fatores combinados sustentam um JBN com intensidade de 5 a 10 m/s, localizados a uma altitude de 100 a 400 m acima da superfície, durante maior parte da noite. O JBN simulado numericamente encontra-se localizado no setor oeste da região de convergência da circulação anabática e da brisa marítima. Esta região de convergência em baixos níveis se forma durante o dia na parte mais elevada do Estado de São Paulo que acompanha da linha do litoral (Serra do Mar e da Cantareira). O efeito do JBN sobre o transporte de poluente foi investigado com um modelo Lagrangiano de dispersão de partículas. Verificou-se que o JBN aumenta a dispersão horizontal das partículas, transportando o poluente atmosférico emitido na superfície até 250 km da fonte. / ABSTRACT This work investigates the nocturnal Low-Level Jet (LLJ) in Iperó, Brazil, and its role in the pollutant dispersion on the State of São Paulo (SP). Data of four field campaigns in Iperó-SP was used in this investigation. A mesoscale and non-hydrostatic TVM model is also used to simulate the 3D structure of the LLJ, which is a dynamic response to topography and land use. The observational results indicate that the LLJ is frequently found during clear air nights, with a maximum between 8 and 10 m s–1, located around 350 m above surface. The LLJ in Iperó is characterized by a directional wind shear, with SE winds near surface and ENE near to the maximum. They occur during the winter and summer, and can modify the diurnal cycle of the mean wind in the first 100 m in the Iperó area. The LLJ are responsible by the nocturnal maximum (21:00 LT) in the mean wind in Iperó. The numerical results indicate the Iperó LLJ is a result of four factors: (1) anabatic circulation in São Paulo sector of the Paraná River Basin; (2) inertial oscillation; (3) nocturnal katabatic circulation and (4) sea breeze. These factors, together, sustain a LLJ with jet core intensity between 5 and 10 m/s, located between 100 and 400 m above surface during the major of nighttime period. The simulated LLJ numerically is found in the west sector in the convergence zone of the anabatic and sea breeze circulations. This convergence flow area appears during the daytime above the more elevated areas in the State of São Paulo, i.e., along mountains aligned parallel to coastline (Serra do Mar and Cantareira). The effects of the LLJ in a pollutant transport were investigated using a Lagrangian Particle Dispersion model coupled to the mesoscale model TVM. The results show that the LLJ increases the horizontal dispersion of the particles released near surface in Iperó and is able to transport the pollutant up to 250 km downwind the source.

Submitted by Cátia Araújo (catia.araujo@unipampa.edu.br) on 2017-01-25T11:32:18Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Um modelo para dispersão de poluentes na camada limite planetária com coeficientes de difusão dependentes da distância da fonte.pdf: 1813716 bytes, checksum: 2b7788e4583766741e3b5c4e7ae8da30 (MD5) / Approved for entry into archive by Cátia Araújo (catia.araujo@unipampa.edu.br) on 2017-01-25T11:33:16Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Um modelo para dispersão de poluentes na camada limite planetária com coeficientes de difusão dependentes da distância da fonte.pdf: 1813716 bytes, checksum: 2b7788e4583766741e3b5c4e7ae8da30 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-25T11:33:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Um modelo para dispersão de poluentes na camada limite planetária com coeficientes de difusão dependentes da distância da fonte.pdf: 1813716 bytes, checksum: 2b7788e4583766741e3b5c4e7ae8da30 (MD5) Previous issue date: 2013-07-15 / Este trabalho apresenta a solução da equação da difusão-advecção bidimensional estacionária para simular a dispersão de poluentes na Camada Limite Planetária. A solução é obtida através do método ADMM (Analytical Dispersion Multilayer Model) e da técnica de inversão numérica utilizando o algoritmo de Fixed Talbot. A validação da solução é comprovada, mediante os parâmetros estatísticos, através do confrontamento das concentrações calculadas a partir do modelo com as obtidas experimentalmente pelo experimento de Prairie Grass. Para a determinação das concentrações utiliza-se o perfil do vento segundo o modelo de similaridade de Monin-Obukhov e os parâmetros de turbulência com dependência da distância longitudinal da fonte e da altura vertical, considerando a componente vertical do espectro Euleriano e de acordo com o modelo sugerido por Hɸjstrup que divide os espectros em alta e baixa frequência. Para efeito comparativo utiliza-se um coeficiente de difusão para grandes tempos de difusão. Os melhores resultados foram alcançados com a utilização dos coeficientes de difusão considerando a distância longitudinal da fonte e a altura vertical. / This work presents the solution of two-dimensional advection-diffusion equation stationary to simulate the dispersion of pollutants in the Planetary Boundary Layer. The solution is obtained through the ADMM method (Analytical Multilayer Dispersion Model) and the numerical inversion technique using the algorithm Fixed Talbot. Validation of the solution is proven, statistical parameters, through the confrontation of the concentrations calculated from the model with those obtained experimentally by the Experiment of Prairie Grass. For the determination of the concentration profile of the wind the form of Monin-Obukhov similarity and turbulence parameters with longitudinal distance dependence of source and of vertical height, considering the vertical component of the Eulerian spectrum and according to the model proposed by Hɸjstrup that divides the high and low frequency spectra. To use the comparative effect diffusion coefficient for large diffusion times according. The best results were achieved with the use of diffusion coefficients considering the longitudinal distance from the source and the vertical height.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-05-14T20:44:44Z No. of bitstreams: 1 WALÉRIA SOUZA FIGUEIRA – DISSERTAÇÃO (PPGMET) 2015.pdf: 2735921 bytes, checksum: c2ab85caa20115480b90d1325acfad13 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-14T20:44:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WALÉRIA SOUZA FIGUEIRA – DISSERTAÇÃO (PPGMET) 2015.pdf: 2735921 bytes, checksum: c2ab85caa20115480b90d1325acfad13 (MD5) Previous issue date: 2015-03-05 / CNPq / Este trabalho teve como objetivo estudar o efeito da remoção de umidade da camada limite planetária por cúmulos rasos. Para tal, esse efeito foi inserido no código do modelo BRAMS. Foram realizados dois experimentos: no primeiro experimento de controle (EXP_ORI), o modelo foi inicializado em sua forma original e no segundo (EXP_AJUST), o modelo foi integrado para as mesmas condições que o EXP_ORI, porém com o devido ajuste realizado no código do BRAMS. O modelo foi integrado para um período de 774 horas a partir da 00 UTC do dia 1° de janeiro até a 00 UTC do dia 1° de fevereiro de 2011. Para facilitar a análise quanto ao impacto desse ajuste no ciclo diário médio das variáveis termodinâmicas de superfície e da precipitação convectiva, foram feitas médias em duas áreas distintas de 1°x1°, uma área sobre superfície florestada (localizada no sul do Amazonas) e outra área sobre superfície desflorestada (localizada no norte da Bolívia). De forma geral, os resultados mostraram que houve diferenças notáveis no perfil termodinâmico da troposfera inferior devido à implementação do novo ajuste. As taxas de aquecimento e umedecimento, em ambas as áreas, tiveram picos as 09 e 09:30 horas local, embora o seu efeito líquido tenha se mostrado nas horas seguintes, o principal impacto ocorreu no início da tarde. O ciclo diário dos fluxos à superfície também foram sensíveis ao ajuste realizado no modelo. Já o comportamento e a quantidade da precipitação convectiva acumulada ao longo do dia foram melhorados no EXP_AJUST, principalmente na área desflorestada. / The objective of this work was to the effects of moisture removal from the planetary boundary layer by shallow cumulus. To reach this goal, this effect was implemented into the BRAMS model code. Two experiments were performed: in the control experiment (EXP_ORI), the model was initialized in its original form and in the second one (EXP_AJUST) the model was run to the same conditions as the EXP_ORI but with due adjustment made in BRAMS code. The model was run for a period of 774 hours, from 00 UTC of 1 January to 00 UTC of 1 February 2011. To facilitate the analysis of the impact of this adjustment on the mean daily cycle of thermodynamic variables of surface and convective precipitation, averages were performed in two different areas of 1° x 1°, an area of forested area (located in the south of the Amazon) and other deforested area on surface (located in northern Bolivia). Overall, the results showed that there were important differences in the thermodynamic profile of the lower troposphere due to the implementation of new setting in the BRAMS code. Values of moistening and heating rates in both areas peaked around 09 and 09:30 local time, although their net effect were felt later, the impact occurred mainly early afternoon. The daily cycle of surface fluxes were also sensitive to the adjustment performed in the model. Also the behavior and the amount of convective precipitation accumulated during the day in EXP_AJUST were improved, especially in deforested area.

Este trabalho investiga a evolução espacial da Camada Limite Planetária (CLP) na região do Canal de São Sebastião (CSS) - SP, uma das áreas mais impactadas por derramamentos acidentais de óleo das regiões sul e sudeste do Brasil. Para tanto, foi feito levantamento da topografia e cobertura do solo para uma região de 12 km x 12 km no CSS com o intuito de levantar parâmetros essenciais para a estimativa do balanço de energia sobre o continente. Foram utilizados dados médios horários de vento, temperatura e umidade específica do ar coletados pelo Centro de Biologia Marinha (CEBIMar), e temperatura do oceano obtida de um fundeio ancorado próximo ao centro do canal. Os dados médios foram utilizados para estimar o balanço de energia sobre o continente, utilizando o método proposto por Deardorff (1978), e sobre o oceano através de parametrização do tipo bulk para as condições de verão e inverno. Com os resultados obtidos foi determinada a altura da CLP para ambas as superfícies e, em seguida, aplicada uma média móvel com advecção destas alturas no sentido do vento zonal - a componente mais intensa do vento ao longo do dia segundo análise de dados para ambas estações estudadas - para investigar sua evolução espacial ao longo de duas linhas de latitude: uma interceptando o CEBIMar e outra, mais ao sul, numa região composta por água e continente em igual proporção. / This work investigates the spatial evolution of the Planetary Boundary Layer in the region of São Sebastião Channel (SSC) - SP, one of the most impacted area by accidental oil spilling in the South and Southeast regions of Brazil. It was performed a topographic and soil cover survey for a region of 12 km x 12 km in the SSC region in order to obtain the essential parameters to estimate the energy balance over the continent. Hourly averaged data of wind, air temperature and specific humidity collected by the Marine Biologic Center (CEBIMar) and ocean temperature obtained by a mooring near the center of the channel were used in this work to estimate the energy balance over the continent using the routine proposed by Deardorff (1978) and over the ocean using bulk parameterizations for winter and summer conditions. The obtained results were used to determine the PBL height for both surfaces. To investigate the PBL spatial evolution in the transition continent-water-continent it was applied a movable average with advection of the PBL height in the zonal wind direction the wind component more intense during winter and summer, according to the data analysis- to investigate the PBL spatial evolution through two latitude lines: one intercepting the CEBIMar and another in an region southward with equal water and continent proportion.

Este trabalho investiga a evolução espacial da Camada Limite Planetária (CLP) na região do Canal de São Sebastião (CSS) - SP, uma das áreas mais impactadas por derramamentos acidentais de óleo das regiões sul e sudeste do Brasil. Para tanto, foi feito levantamento da topografia e cobertura do solo para uma região de 12 km x 12 km no CSS com o intuito de levantar parâmetros essenciais para a estimativa do balanço de energia sobre o continente. Foram utilizados dados médios horários de vento, temperatura e umidade específica do ar coletados pelo Centro de Biologia Marinha (CEBIMar), e temperatura do oceano obtida de um fundeio ancorado próximo ao centro do canal. Os dados médios foram utilizados para estimar o balanço de energia sobre o continente, utilizando o método proposto por Deardorff (1978), e sobre o oceano através de parametrização do tipo bulk para as condições de verão e inverno. Com os resultados obtidos foi determinada a altura da CLP para ambas as superfícies e, em seguida, aplicada uma média móvel com advecção destas alturas no sentido do vento zonal - a componente mais intensa do vento ao longo do dia segundo análise de dados para ambas estações estudadas - para investigar sua evolução espacial ao longo de duas linhas de latitude: uma interceptando o CEBIMar e outra, mais ao sul, numa região composta por água e continente em igual proporção. / This work investigates the spatial evolution of the Planetary Boundary Layer in the region of São Sebastião Channel (SSC) - SP, one of the most impacted area by accidental oil spilling in the South and Southeast regions of Brazil. It was performed a topographic and soil cover survey for a region of 12 km x 12 km in the SSC region in order to obtain the essential parameters to estimate the energy balance over the continent. Hourly averaged data of wind, air temperature and specific humidity collected by the Marine Biologic Center (CEBIMar) and ocean temperature obtained by a mooring near the center of the channel were used in this work to estimate the energy balance over the continent using the routine proposed by Deardorff (1978) and over the ocean using bulk parameterizations for winter and summer conditions. The obtained results were used to determine the PBL height for both surfaces. To investigate the PBL spatial evolution in the transition continent-water-continent it was applied a movable average with advection of the PBL height in the zonal wind direction the wind component more intense during winter and summer, according to the data analysis- to investigate the PBL spatial evolution through two latitude lines: one intercepting the CEBIMar and another in an region southward with equal water and continent proportion.