The Southwest Atlantic Ocean is characterized, in winter, by the presence of an oceanographic front between the Brazil Current (BC) and the Brazilian Coastal Current (BCC). The BC/BCC oceanographic front generates intense thermal horizontal gradients between cold waters of the southern Brazilian continental shelf, dominated by the BCC, and the offshore warm waters, dominated by the BC. This study analyses, for the first time in the known literature, the coupling mechanisms between the ocean and the atmosphere from observational data taken simultaneously during an oceanographic research cruise in the southern Brazilian coast during 11-21 June 2014. In this field experiment, atmospheric radiosondes were launched and hydrographic stations were taken to measure the ocean s temperature and salinity. The study area was chosen based on the local thermal gradients presented by the BC/BCC front. Five oceanographic transects were performed perpendicular to the coast starting at the locality of Paranaguá (Paraná State) and ending in Chuí (Rio Grande do Sul State).The winter meteorological and oceanographic features were considered in the determination of ship s route. The installation of a micrometeorological tower at the bow of the ship allowed the realization of direct measurements of heat, momentum and CO2 fluxes. This study analyses the large scale meteorological conditions and explores the behavior of the marine atmospheric boundary layer using radiosondes data taken in situ. In the period when the data were collect, typical winter conditions were observed in the study area, like the cold front passage associated to an incursion of a post-frontal cold air mass and an extratropical cyclone formation. Meteorological and oceanographic measurements performed by the instruments installed on the ship were utilized to estimate the heat fluxes through bulk formulas method. This estimates were lately compared to the heat fluxes measured directly by the sensors installed in the of the ship s bow. Measurements were obtained using the Eddy Covariance method, broadly used in micrometeorological research. To obtain the turbulent fluxes at the ocean-atmosphere interface adjustments in the observational data are necessary due to the ship s motion. During most of the study period, the sea surface temperature was higher than the air temperature, thus generating a heat transfer from the ocean to the atmosphere. The heat fluxes were commonly positive on both sides of the BC (warm)/BCC (cold) oceanographic front. However, there was some difference on the heat fluxes magnitude between the two sides of the front with more intense heat exchange on the BC side. The present results show that the intense thermal horizontal gradients between the BC and the BCC waters that occur during winter in the southern coast of Brazil, the transient atmospheric systems and the air thermal advection have an important role on the marine atmospheric boundary layer modulation and on the heat and CO2 fluxes between the ocean and the atmosphere. Meteorological and oceanographic observations are fundamental to widen our understanding of the processes occurring at the ocean-atmosphere interface which are known to have primary importance on weather and climate forecast. / O Oceano Atlântico Sudoeste é caracterizado, no inverno, pela presença de uma frente oceanográfica entre a Corrente do Brasil (CB) e a Corrente Costeira do Brasil (CCB). A frente oceanográfica CB/CCB gera intensos gradientes horizontais termais entre as águas frias da plataforma continental do Sul do Brasil, dominadas pela CCB, e águas quentes do oceano profundo, dominadas pela CB. Esse trabalho analisa, pela primeira vez na literatura conhecida, os mecanismos de acoplamento entre o oceano e a atmosfera a partir de dados observacionais da atmosfera e do oceano que foram tomados simultaneamente durante um cruzeiro de pesquisa oceanográfica na costa sul do Brasil entre 11 a 21 de junho de 2012. Nesse experimento, foram lançadas radiossondas atmosféricas e realizadas estações hidrográficas para medidas de temperatura e salinidade do oceano. A área de estudo foi escolhida com base no gradiente termal local apresentado pela frente CB/CCB. Foram realizados cinco transectos perperndiculares à costa sul do Brasil, iniciando-se na localidade de Paranaguá (PR) até o Chuí (Rio Grande do Sul). As características oceanográficas e meteorológicas de inverno foram consideradas na determinação da derrota do navio. A instalação de uma torre micrometeorológica na proa do navio permitiu a realização de medições diretas dos fluxos de calor, momentum e CO2. Este estudo analisa as condições meteorológicas de grande escala e investiga o comportamento da camada limite atmosférica marinha a partir dos dados in situ das radiossondagens. No período em que os dados foram coletados foram observadas condições atmosféricas típicas de inverno, como a passagem de frente fria associada à incursão de uma massa de ar frio pós-frontal e a formação de ciclone extratropical. Observações meteorológicas e oceanográficas realizadas pelos instrumentos instalados no navio foram utilizadas para estimar os fluxos de calor pelo método bulk formulas. Essas estimativas foram comparadas aos fluxos medidos diretamente pelos sensores instalados na proa do navio. As medidas são obtidas utilizando o método de Covariância de Vórtices, usado amplamente em pesquisas micrometeorológicas. Para obter os fluxos turbulentos na interação oceano-atmosfera são necessárias correções nos dados observados devido ao movimento do navio. Durante a maior parte do período estudo, a temperatura da superfície do mar esteve maior do que a temperatura do ar, gerando uma transferência de calor do oceano para atmosfera. Os fluxos de calor foram, geralmente, positivos em ambos os lados da frente oceanográfica CB (quente)/CCB (frio). Contudo, há diferença na magnitude dos fluxos de calor entre os dois lados da frente com a troca foi mais intensa no lado da CB. Os resultados apresentados mostram que os intensos gradientes horizontais termais entre as águas da CB e da CCB que ocorrem durante o inverno ao largo da costa do RS, os sistemas transientes e as advecções térmicas têm um papel importante na modulação da camada limite atmosférica marinha e nos fluxos de calor e CO2. Observações meteorológicas e oceanográficas são fundamentais para ampliar o entendimento dos processos que ocorrem na interface oceano-atmosfera e tem importância primária para a previsão do tempo e clima.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Between 3-12 December 2012, the Oceanographic Vessel Alpha Crucis held oceanographic stations in the Southwestern Atlantic Ocean in support to both SAMOC (South Atlantic Meridional Overturning Circulation) and ACEx (Atlantic Ocean Carbon Experiment) projects. During the research cruise, the vessel performed 19 measurements with the release of weather balloons with radiosondes. From the data collected by the radiosondes, it was possible to verify the variability of the marine atmospheric boundary layer (MABL) over different synoptic conditions occurring in the area and period of study. From meteorological and oceanographic data collected throughout the trajectory of the ship by an automatic weather station and the onboard termosalinograph, it was possible to estimate the latent and sensible heat fluxes between the ocean and the atmosphere from bulk parameterization. In order to better understand the importance of the local forcing mechanisms imposed by the sea surface temperature (SST) and the large-scale forcing by the current synoptic conditions in the study period, 19 measurements were divided into four transects along the complete ship's trajectory, where the data were grouped with respect to the active synoptic weather conditions in the study area. Our results demonstrate that in the absence of large-scale transient systems acting in the study area, the MABL was modulated by the SST field. This was observed in the first transect, were we found a thick and turbulent MABL with its top at around 600 m and more intense heat fluxes (up to 209 W/m² of latent heat and 47 W/m² of sensible heat) mainly over the warm waters associated with the Brazil Current (BC). Over cooler waters of the transect, outside the domain of the BC, the MABL was shallower, around 200 m, with less intense heat fluxes (up to 1.4 W/m² of latent heat and -16.8 W/m² of sensible heat). In the second transect with the formation of an extratropical cyclone in the La Plata river mouth region, we noted the impact of the synoptic atmospheric conditions influencing the evolution of the MABL during the prefrontal condition when a MABL stratification was verified. During the pos frontal situation, the MABL was a well developed one, with a 1200 m height. In the pos frontal environment, latent heat fluxes (average 290 W/m² with a peak of 468 W/m²) and sensible heat fluxes (average of 18 W/m² with a peak of 45 W/m²) indicate a heat flux directed from the ocean to the atmosphere much more intense in his latent component. On the other hand, in the prefrontal region, lower values of the latent heat fluxes (average of 18 W/m² with a minimum of 15.8 W/m²) and sensible heat fluxes (-63.4 W/m²) were found. During the third transect with the incursion of the warm air mass, the MABL became shallower over the cooler waters of the Brazilian Coastal Current. Along of the entire third transect the SST was lower than the air temperature and this transect presented a stable boundary layer. Throughout the fourth and final transect, there was a secondary cyclogenesis off the coast of the Rio Grande do Sul state in southern Brazil, just north of the cyclone that has been formed in the vicinity of the La Plata river mouth. This cyclone has developed rapidly and has moved toward the Southwestern Atlantic Ocean, leaving the study area in the cold sector of the cyclone. With the incursion of the cold air mass, the MABL become thicker and more turbulent with its top around 600 m. The values of latent heat fluxes ranged between 461.2 W/m² over the warm waters associated with the BC and 30.2 W/m² on the cooler waters outside the domain of the BC. This work offers an analysis of movel meteorological and oceanographic observations taken simultaneously in the Southwestern Atlantic Ocean. These observations are fundamental to widen our understanding on the physical processes occurring at the ocean-atmosphere interface and have primary importance for the weather and climate forecast of the south-southwestern region of Brazil. / Entre os dias 3 a 12 de dezembro de 2012, o Navio Oceanográfico Alpha-Crucis realizou estações oceanográficas no Oceano Atlântico Sudoeste em apoio aos projetos SAMOC (South Atlantic Meridional Overturning Circulation) e ACEx (Atlantic Ocean Carbon Experiment). Durante o cruzeiro de pesquisa, o navio realizou 19 medições, com o lançamento de balões meteorológicos com radiossondas. A partir dos dados coletados pelas radiossondas, foi possível verificar a variabilidade da camada limite atmosférica marinha (CLAM) durante distintas condições sinóticas atuantes na área e período de estudo. A partir de dados meteorológicos e oceanográficos coletados ao longo de toda a derrota do navio através da estação meteorológica automática e do termosalinógrafo de bordo, foi possível estimar os fluxos de calor latente e sensível entre o oceano e a atmosfera a partir de parametrizações bulk. Para entender a importância dos mecanismos de forçamento local impostos pela temperatura da superfície do mar (TSM) e de grande escala imposto pelas condições sinóticas vigentes no período de estudo, as 19 medições foram divididas em 4 transectos realizados ao longo da trajetória, onde os dados foram agrupados com respeito às condições atmosféricas sinóticas atuantes. Os resultados do trabalho demonstram que, na ausência de sistemas transientes de grande escala atuantes na região de estudo, a CLAM foi modulada pelo campo de TSM. Isso foi observado no primeiro transecto, onde a CLAM apresentou-se espessa e turbulenta com seu topo em torno de 600 m e com fluxos de calor mais intensos (chegando até 209 W/m² de calor latente e 47 W/m² de calor sensível) principalmente sobre as águas quentes associadas à Corrente do Brasil (CB). Sobre águas mais frias, a CLAM foi mais rasa, em torno de 200 m e com fluxos de calor menos intensos (chegando até 1,4 W/m² de calor latente e -16,8 W/m² de calor sensível). No segundo transecto, com a formação de um ciclone extratropical, nota-se o impacto das condições sinóticas influenciando a evolução da CLAM durante a condição pré-frontal, onde se verificou uma estratificação da CLAM. Na condição pós-frontal, a CLAM apresentou-se bem desenvolvida, com uma altura de 1200 m e os fluxos de calor latente (média de 290 W/m² e com pico de 468 W/m²) e calor sensível (média de 18 W/m² e com pico de 45 W/m²) indicam um fluxo de calor do oceano para a atmosfera muito mais intenso em sua componente latente. Por outro lado, na região pré-frontal, valores mais baixos de fluxos de calor latente (média de 18 W/m² e com um mínimo de -15,8 W/m²) e calor sensível (-63,4 W/m²) foram encontrados. Durante o terceiro transecto com a incursão da massa de ar quente, a CLAM ficou mais rasa sobre as águas mais frias da Corrente Costeira do Brasil. Ao longo de todo o terceiro transecto a TSM esteve menor que a temperatura do ar e esse apresentou uma camada limite estável. Ao longo do último transecto, verificou-se uma ciclogênese secundária na costa do Rio Grande do Sul, imediatamente ao norte do ciclone que havia se formado nas proximidades da desembocadura do Rio da Prata. Esse se desenvolveu rapidamente e se deslocou para o Oceano Atlântico Sudoeste, deixando a região de estudo sob o setor frio do ciclone. Com a incursão da massa de ar frio, a CLAM ficou mais espessa e turbulenta com seu topo em torno de 600 m. Os valores dos fluxos de calor latente variaram entre 461,2 W/m² sobre as águas quentes associadas à da CB e 30,2 W/m² sobre as águas mais frias fora do domínio dessa. Esse trabalho oferece uma análise de observações meteorológicas e oceanográficas inéditas tomadas simultaneamente no Oceano Atlântico Sudoeste. Essas observações são fundamentais para ampliar o entendimento dos processos físicos que ocorrem na interface oceano-atmosfera e tem importância primária para a previsão do tempo e clima na região sul-sudeste do Brasil.

O formato do perfil de velocidades do vento varia de acordo com as características locais da superfície terrestre e de rugosidade do terreno, parâmetros que definem o perfil da Camada-Limite Atmosférica (CLA). As características do escoamento do ar atmosférico sobre e ao redor de acidentes geográficos, tais como morros e colinas, são de grande interesse para aplicações relacionadas à Engenharia de Turbinas e Parques Eólicos. No topo de morros, ocorre a aceleração do vento, fenômeno que pode representar um fator decisivo para a instalação de aerogeradores. Este trabalho dedica-se ao estudo do comportamento da CLA como função da inclinação e rugosidade superficial da elevação, fazendo uso da Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) para construir perfis de velocidade do vento e de intensidade de turbulência. O problema de fechamento das Equações Médias de Reynolds (RANS) é contornado com o uso do modelo de turbulência k-ω SST; os resultados numéricos obtidos são comparados com dados experimentais medidos em túnel de vento sobre modelos em escala dos morros. São testados oito modelos de morros com declives que variam de 25° a 64° para dois tipos de categorias de terreno, em 2D e 3D, e são aplicados dois códigos analíticos para representar o perfil de velocidades de entrada. Resultados numéricos para os perfis de velocidade apresentam diferença inferior a 4% em relação aos respectivos dados obtidos experimentalmente. Os perfis de intensidade de turbulência apresentam diferença máxima na casa dos 7% em comparação aos dados experimentais, o que é explicado pelo fato de que não é possível inserir o perfil de entrada de intensidade de turbulência nas simulações numéricas. Em alternativa, foi usado um valor constante resultado da média dos valores dos perfis usados no túnel de vento. Os modelos de morro em 3D apresentam maior concordância nos resultados de velocidade que os modelos em 2D e que ademais quanto maior é a inclinação do morro maior é a concordância com as medições experimentais. / The shape of the wind velocity profile changes according to local features of terrain shape and roughness, which are parameters responsible for defining the Atmospheric Boundary Layer (ABL) profile. Air flow characteristics over and around landforms, such as hills, are of considerable importance for applications related to Wind Farm and Turbine Engineering. The air flow is accelerated on top of hills, which can represent a decisive factor for Wind Turbine placement choices. The present work focuses on the study of ABL behavior as a function of slope and surface roughness of hill-shaped landforms, using the Computational Fluid Dynamics (CFD) to build wind velocity and turbulent intensity profiles. Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations are closed using the SST k-ω turbulence model; numerical results are compared to experimental data measured in wind tunnel over scale models of the hills under consideration. Eight hill models with slopes varying from 25° to 64° were tested for two types of terrain categories in 2D and 3D, and two analytical codes are used to represent the inlet velocity profiles. Numerical results for the velocity profiles show differences under 4% when compared to their respective experimental data. Turbulent intensity profiles show maximum differences around 7% when compared to experimental data, this can be explained by not being possible to insert inlet turbulent intensity profiles in the simulations. Alternatively, constant values based on the averages of the turbulent intensity at the wind tunnel inlet were used. The 3D models present greater concordance in the speed results than the 2D models and that in addition the greater the slope of the hill, the greater the agreement with the experimental measurements.

A estrutura do vento varia de acordo com as características do terreno e com a rugosidade da superfície terrestre, desacelerando proporcionalmente sua intensidade de acordo com a proximidade do solo, o que determina a constituição da camada limite atmosférica (C.L.A.). As características do escoamento sobre e no entorno de características topográficas obtusas tais como morros são de grande interesse em muitas aplicações, especialmente aquelas ligadas à engenharia de vento. Esta pesquisa foca a investigação da C.L.A. sobre terrenos complexos, analisando a estrutura do escoamento turbulento, a separação e a recomposição do mesmo. Para tanto, dois métodos são empregados e comparados na presente investigação para identificar a influência da orografia complexa sobre o escoamento do vento: padrões ou códigos de carga de vento e análises experimentais em túnel de vento. Nove modelos experimentais de morros isolados, sendo quatro simétricos bidimensionais, quatro simétricos tridimensionais e um assimétrico, todos com a consideração de dois tipos de terreno, categoria I – plano e categorias III-IV – medianamente rugosas são analisados. A partir de uma simulação experimental da camada limite em túnel de vento, é possível parametrizar os efeitos do vento sobre terrenos complexos (MILLER, 1995). A definição de variáveis, tais como: o perfil de velocidade do vento, a intensidade de turbulência, os efeitos topográficos na velocidade do vento constituem-se em elementos fundamentais para cálculos estruturais de edificações situadas no entorno. Foram desenvolvidas simulações experimentais no túnel de vento de camada limite Prof. Joaquim Blessmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Na superfície do modelo assimétrico, na radial principal do mesmo, foram localizados nove perfis de medição, contendo cada um, vinte alturas de investigação. Os demais modelos tiveram como foco de análise o cume dos mesmos, também com perfis definidos nas mesmas alturas. As medições da velocidade do vento e da intensidade da turbulência foram procedidas por um sistema de anemometria de fio quente. Os dados obtidos em túnel de vento foram confrontados com expressões empíricas calculadas para os mesmos pontos segundo cinco códigos ou padrões de carga de vento, pontuando também as correlações entre os mesmos e entre estes com a norma brasileira NBR 6123 (1988). Os modelos, códigos ou padrões analisados foram: Jackson e Hunt (1975) e Davenport, Surry e Lemelin (1988), models e as normas a seguir nominadas:Norma Brasileira: cargas de vento em Edificações - NBR 6123 (1988); European Standard:Eurocode1: Basis of Design and Actions on Structures, CEN TC 250: 2002; Australian/New Zealand Standard: Minimum Design Loads on Structures, AS/NZS 1170.2: 2002; Architectural Institute of Japan AIJ: 2004; American Society of Civil Engineering Standard, ASCE 7-95 (ASCE 7-95), Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures;National Building Code of Canada, 2005, (NRCC 2005). Além do estudo comparativo acerca da resposta estimada pelos códigos nominados, esta pesquisa constitui-se em um banco de dados de medições em pontos localizados nos morros nominados, em túnel de vento. O comparativo entre os padrões mostra a inexistência de uma harmonização entre os mesmos para a consideração dos parâmetros a serem empregues para o cálculo de cargas de vento. Estas diferenças na definição dos parâmetros básicos para o carregamento de vento em estruturas determinam grandes dificuldades na unificação de formatos recomendados na previsão das cargas de vento. Comparativamente aos dados experimentais, os padrões, em geral, mostram-se conservadores para os dois tipos de morros analisados, simétrico e assimétrico, para os dois tipos de terreno, tanto considerando-se análises em 2D ou 3D. / The structure of the wind varies with the characteristics of the terrain and roughness land surface, slowing its intensity proportionally according to the surrounding terrain, which determines the onset of boundary layer (ABL). The characteristics of the flow over and around topographic features such as hills are of great interest in many applications, especially those related to wind engineering. From an experimental simulation of the boundary layer wind tunnel, it is possible to parameterize the effects of wind over complex terrain (MILLER, 1995). The definition of variables, such as the profile of wind speed, the turbulence intensity, the topographic effects on wind speed are key elements in structural calculations for buildings situated around the area. This research focuses on the investigation of the ABL complex terrain conditions, analyzing the structure of turbulent flow and characterization of separation and reattachment of the flow. Experimental simulations were developed in the wind tunnel of the atmospheric boundary layer Prof. Joaquim Blessmann, Federal University of Rio Grande do Sul in nine models of hills, four symmetrical two-dimensional, four- symmetrical threedimensional and one asymmetrical, all considering two types of terrain, category I - plan and Category III-IV- moderately rough. The surface of the asymmetric model was measured in nine profiles ploted on the main radial of the hill, with twenty heights each, and the other models were examined at top of the hill. The measurements were performed with a system of hot wire anemometry to measure the wind velocity and intensity of turbulence. The identification of the data obtained in the wind tunnel were confronted with empirical expressions for the same points, in order to establish the correlations between patterns and among these with NBR 6123 (1988). Two models and five codes of wind loads are analyzed: Jackson and Hunt (1975) and e Davenport, Surry e Lemelin (1988) Models and Brazilian Association of Technical Standards: Wind Load on Buildings, NBR 6123 (1988); European Standard: Eurocode1: Basis of Design and Actions on Structures, CEN TC 250: 2002; Australian/New Zealand Standard: Minimum Design Loads on Structures, AS/NZS 1170.2: 2002; Architectural Institute of Japan AIJ: 2004; American Society of Civil Engineering Standard, ASCE 7-95 (ASCE 7-95), Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures; National Building Code of Canada, 2005, (NRCC 2005) codes. This study focuses not only the comparison of the response estimated by international codes nominees, but also a data bank of wind tunnel data to validate this tool based on empirical expressions. The comparison of the patterns shows a lack of consideration for international harmonization of the parameters to be employed for the calculations of wind loads. These differences in defining the basic parameters for the wind loading on structures determines difficulties to unify the formats recommended in the prediction of wind loads. Compared to the experimental data, the patterns will generally show up conservative for both types of mounts analyzed, symmetrical and asymmetrical, for both types of terrain, both considering 2D or 3D.

Na presente tese é apresentada uma nova solução analítica para a equação de ad-vecção-difusão bidimensional transiente para simular a dispersão de poluentes na atmosfera. Para tanto, a equação de advecção-difusão é resolvida pela combinação da transformada de Laplace e da técnica GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique). O fechamento da turbulência para os casos Fickiano e não-Fickiano é considerado. É investigado o problema de modelagem da dispersão de poluentes em condições de ventos fortes e fracos considerando, para o caso de ventos fracos, a difusão longitudinal na equação de advecção-difusão. Além disso, foi incluída no modelo a velocidade vertical e avaliada sua influência considerando-se o campo de velocidades constante e também geradas via LES (Large Eddy Simulation), para poder simular uma camada limite turbulenta mais realística. Os resultados obtidos por essa metodologia são validados com resultados experimentais disponíveis na literatura. / In the present thesis it is presented a new analytical solution for the transient two- dimensional advection-diffusion equation to simulate the pollutant dispersion in atmosphere. For that, the advection-diffusion equation is solved combining the Laplace transform and the GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) techniques. The turbulence closure for Fickian and non-Fickian cases is considered. It is investigated the problem of modeling the pollutant dispersion in strong and weak winds considering, for the case of low wind conditions, the longitudinal diffusion in the advection-diffusion equation. Moreover, it was considered in the model the vertical velocity and its influence was evaluated considering velocities field constant and also generated by means of LES (Large Eddy Simulation), to simulate a more realistic turbulent boundary layer. The results attained by this methodology are validated with experimental results available in literature.

A estrutura do vento varia de acordo com as características do terreno e com a rugosidade da superfície terrestre, desacelerando proporcionalmente sua intensidade de acordo com a proximidade do solo, o que determina a constituição da camada limite atmosférica (C.L.A.). As características do escoamento sobre e no entorno de características topográficas obtusas tais como morros são de grande interesse em muitas aplicações, especialmente aquelas ligadas à engenharia de vento. Esta pesquisa foca a investigação da C.L.A. sobre terrenos complexos, analisando a estrutura do escoamento turbulento, a separação e a recomposição do mesmo. Para tanto, dois métodos são empregados e comparados na presente investigação para identificar a influência da orografia complexa sobre o escoamento do vento: padrões ou códigos de carga de vento e análises experimentais em túnel de vento. Nove modelos experimentais de morros isolados, sendo quatro simétricos bidimensionais, quatro simétricos tridimensionais e um assimétrico, todos com a consideração de dois tipos de terreno, categoria I – plano e categorias III-IV – medianamente rugosas são analisados. A partir de uma simulação experimental da camada limite em túnel de vento, é possível parametrizar os efeitos do vento sobre terrenos complexos (MILLER, 1995). A definição de variáveis, tais como: o perfil de velocidade do vento, a intensidade de turbulência, os efeitos topográficos na velocidade do vento constituem-se em elementos fundamentais para cálculos estruturais de edificações situadas no entorno. Foram desenvolvidas simulações experimentais no túnel de vento de camada limite Prof. Joaquim Blessmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Na superfície do modelo assimétrico, na radial principal do mesmo, foram localizados nove perfis de medição, contendo cada um, vinte alturas de investigação. Os demais modelos tiveram como foco de análise o cume dos mesmos, também com perfis definidos nas mesmas alturas. As medições da velocidade do vento e da intensidade da turbulência foram procedidas por um sistema de anemometria de fio quente. Os dados obtidos em túnel de vento foram confrontados com expressões empíricas calculadas para os mesmos pontos segundo cinco códigos ou padrões de carga de vento, pontuando também as correlações entre os mesmos e entre estes com a norma brasileira NBR 6123 (1988). Os modelos, códigos ou padrões analisados foram: Jackson e Hunt (1975) e Davenport, Surry e Lemelin (1988), models e as normas a seguir nominadas:Norma Brasileira: cargas de vento em Edificações - NBR 6123 (1988); European Standard:Eurocode1: Basis of Design and Actions on Structures, CEN TC 250: 2002; Australian/New Zealand Standard: Minimum Design Loads on Structures, AS/NZS 1170.2: 2002; Architectural Institute of Japan AIJ: 2004; American Society of Civil Engineering Standard, ASCE 7-95 (ASCE 7-95), Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures;National Building Code of Canada, 2005, (NRCC 2005). Além do estudo comparativo acerca da resposta estimada pelos códigos nominados, esta pesquisa constitui-se em um banco de dados de medições em pontos localizados nos morros nominados, em túnel de vento. O comparativo entre os padrões mostra a inexistência de uma harmonização entre os mesmos para a consideração dos parâmetros a serem empregues para o cálculo de cargas de vento. Estas diferenças na definição dos parâmetros básicos para o carregamento de vento em estruturas determinam grandes dificuldades na unificação de formatos recomendados na previsão das cargas de vento. Comparativamente aos dados experimentais, os padrões, em geral, mostram-se conservadores para os dois tipos de morros analisados, simétrico e assimétrico, para os dois tipos de terreno, tanto considerando-se análises em 2D ou 3D. / The structure of the wind varies with the characteristics of the terrain and roughness land surface, slowing its intensity proportionally according to the surrounding terrain, which determines the onset of boundary layer (ABL). The characteristics of the flow over and around topographic features such as hills are of great interest in many applications, especially those related to wind engineering. From an experimental simulation of the boundary layer wind tunnel, it is possible to parameterize the effects of wind over complex terrain (MILLER, 1995). The definition of variables, such as the profile of wind speed, the turbulence intensity, the topographic effects on wind speed are key elements in structural calculations for buildings situated around the area. This research focuses on the investigation of the ABL complex terrain conditions, analyzing the structure of turbulent flow and characterization of separation and reattachment of the flow. Experimental simulations were developed in the wind tunnel of the atmospheric boundary layer Prof. Joaquim Blessmann, Federal University of Rio Grande do Sul in nine models of hills, four symmetrical two-dimensional, four- symmetrical threedimensional and one asymmetrical, all considering two types of terrain, category I - plan and Category III-IV- moderately rough. The surface of the asymmetric model was measured in nine profiles ploted on the main radial of the hill, with twenty heights each, and the other models were examined at top of the hill. The measurements were performed with a system of hot wire anemometry to measure the wind velocity and intensity of turbulence. The identification of the data obtained in the wind tunnel were confronted with empirical expressions for the same points, in order to establish the correlations between patterns and among these with NBR 6123 (1988). Two models and five codes of wind loads are analyzed: Jackson and Hunt (1975) and e Davenport, Surry e Lemelin (1988) Models and Brazilian Association of Technical Standards: Wind Load on Buildings, NBR 6123 (1988); European Standard: Eurocode1: Basis of Design and Actions on Structures, CEN TC 250: 2002; Australian/New Zealand Standard: Minimum Design Loads on Structures, AS/NZS 1170.2: 2002; Architectural Institute of Japan AIJ: 2004; American Society of Civil Engineering Standard, ASCE 7-95 (ASCE 7-95), Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures; National Building Code of Canada, 2005, (NRCC 2005) codes. This study focuses not only the comparison of the response estimated by international codes nominees, but also a data bank of wind tunnel data to validate this tool based on empirical expressions. The comparison of the patterns shows a lack of consideration for international harmonization of the parameters to be employed for the calculations of wind loads. These differences in defining the basic parameters for the wind loading on structures determines difficulties to unify the formats recommended in the prediction of wind loads. Compared to the experimental data, the patterns will generally show up conservative for both types of mounts analyzed, symmetrical and asymmetrical, for both types of terrain, both considering 2D or 3D.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:25:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_daniel_schuch.pdf: 1534096 bytes, checksum: 7a0aa04f35343a826f68cb23af11d80d (MD5) Previous issue date: 2011-09-23 / The present work shows an analytical solution for the two-dimensional advectiondiffusion equation applied to the dispersion of pollutants released in the Atmospheric Boundary layer. The problem is solved by the combination of the Laplace Transform and GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) techniques. This solution has no limitations regarding the turbulent diffusion coefficients and wind profile depending on the height. An arbitrary source is added to the advectiondiffusion equation to model the process of first order chemical reactions. The concentration fields obtained computationally are compared with experimental data available in the literature. / Esta dissertação apresenta uma solução analítica para a equação de advecçãodifusão bidimensional aplicada a dispersão de poluentes lançados na Camada Limite Atmosférica (CLA). A resolução do problema será com o uso das técnicas da Transformada de Laplace e GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique). Esta solução é válida para qualquer coeficiente de difusão turbulenta e perfil de vento dependentes da altura. Um termo fonte arbitrário é adicionado à equação de advecção-difusão para modelar o processo de reação química de primeira ordem. Os campos de concentração obtidos computacionalmente são comparados com dados experimentais e da literatura.

Understanding the interactions between ocean and atmosphere in regions of oceanographic fronts is of vital importance for the improvement of numerical models for weather and climate forecasting. In the South Atlantic Ocean (SAO) the meeting between the warm waters of the Brazil Current (BC) and the cold waters of the Malvinas (Falkland) Current (MC) in the region known as the Brazil-Malvinas Confluence (BMC), results in intense mesoscale oceanic activity and, for this reason, this region is considered one of the most energetic of the Global Ocean. The interactions resulting from the thermal contrast in regions oceanographic fronts of the OAS are investigated in this work through estimates of heat fluxes based on data collected in situ and by satellite. The results of this study show that the response to the thermal contrasts found in the ocean is in the form of heat fluxes and these fluxes are critical in modulating the atmospheric boundary layer (ABL). Estimation based on data collected in situ show that in the warm side (north) of the oceanographic front the fluxes are more intense (latent heat: 62 W/m² and sensible heat: 0.6 W/m²) than in the cold side (south) (latent heat: 5.8 W/m² and sensible heat: -13.8 W/m²). In the South Atlantic Current (SAC) along the 30° S parallel, heat fluxes are directly related to the meandering characteristic of the current. The data collected in situ, in addition to allow heat flux estimates at a better spatial resolution, were used to develop a new method for estimating the heat energy exchanged between the atmosphere and the ocean caused by the presence of mesoscale oceanic structures. This methodology consists in the comparison of a radiosonde profile taken over waters of the structure of interest and another taken over waters which do not belong to this structure. The methodology was used to estimate the heat energy transfer between the atmosphere and the ocean over the top of three structures sampled in the OAS. The estimation of the heat energy transferred by a warm eddy detached from the BC points to an energy in the latent (sensible) form of 1.6 1017 J (-2.8 1016 J) which corresponds to approximately 0.011 % of the total heat energy of the eddy transferred to the atmosphere during the field experiment and 0.78 % transferred during the supposed lifetime of the eddy (3 months). Along the CSA two oceanic structures were studied: (i) a cold meander that receives from the atmosphere energy in the latent (sensible) form of 1.4 106 J/m2 (5.4 105 J/m2), and (ii) warmer waters associated with a detached eddy from the Agulhas Current (AC) that transfer to the atmosphe heat energy of approximately 4 106 J/m2 an 5.7 106 J/m2 in the latent and sensible forms, respectively. The estimation of heat energy transfer on top of mesoscale oceanic structures clearly demonstrate the importance of these structures for the heat exchanges between the ocean and the atmosphere and must be taken into account in future works about this subject in the SAO. / A compreensão das interações entre oceano e atmosfera em regiões de frentes oceanográficas é de vital importância para o melhoramento de modelos numéricos de previsão do tempo e clima. No Oceano Atlântico Sul (OAS) o encontro entre as águas quentes da Corrente do Brasil (CB) com as águas frias da Corrente das Malvinas (CM), na região denominada Confluência Brasil-Malvinas (CBM), resulta em intensa atividade oceânica de mesoescala e, por esse motivo, essa região é considerada uma das mais energéticas do Oceano Global. As interações resultantes do contraste termal ao longo de regiões de frentes oceanográficas no OAS são investigadas neste trabalho através de estimativas de fluxos de calor baseadas em dados de satélite e dados coletados in situ. Os resultados do trabalho demonstram que a resposta aos contrastes termais encontrados no oceano se dá na forma de fluxos de calor e que esses fluxos são fundamentais na modulação da Camada Limite Atmosférica (CLA). As estimativas com base em dados coletados in situ demonstram que no lado quente (norte) da frente oceanográfica os fluxos são mais intensos (calor latente: 62 W/m² e calor sensível: 0,6 W/m²) que nos lado frio (sul) (calor latente: 5,8 W/m² e calor sensível: -13,8 W/m²). Na Corrente Sul Atlântica (CSA), ao longo do paralelo de 30° S, os fluxos de calor estão diretamente relacionados a característica meandrante da corrente. Os dados coletados in situ, além de possibilitarem estimativas de fluxo de calor com uma melhor resolução espacial, foram usados no desenvolvimento de uma nova metodologia para estimativa da energia calorífica trocada entre oceano e atmosfera em virtude da presença de estruturas oceânicas de mesoescala. Essa metodologia consiste na comparação entre um perfil de radiossonda tomado sobre águas da estrutura de interesse e outro tomado sobre águas que não pertencem a essa estrutura. A metodologia desenvolvida foi utilizada para determinar a transferência de energia calorífica entre oceano e atmosfera em três estruturas amostradas no OAS. A estimativa da energia calorífica transferida por um vórtice quente desprendido da CB aponta para uma energia na forma latente (sensível) de 1,6 1017 J (-2,8 1016 J) que corresponde a aproximadamente 0,011 % da energia calorífica total do vórtice transferida durante o experimento de campo e de 0,78 % da energia do vórtice transferidos durante o tempo suposto de vida do vórtice (3 meses). Ao longo da CSA, duas estruturas oceânicas foram estudadas: (i) um meandro frio que recebe da atmosfera uma energia na forma latente (sensível) de 1,4 106 J/m2 (5,4 105 J/m2) e (ii) águas mais quentes associadas a um vórtice desprendido da Corrente das Agulhas (CA) que transferem para a atmosfera uma energia calorífica de aproximadamente 4 106 J/m2 e 5,7 106 J/m2 nas formas latente e sensível, respectivamente. As estimativas da transferência de energia calorífica sobre estruturas oceânicas de mesoescala demonstram claramente a importância destas nas trocas de calor entre o oceano e a atmosfera e devem ser levadas em consideração em trabalhos futuros sobre o tema no OAS.