Submitted by Marlucy Farias Medeiros (marlucy.farias@unipampa.edu.br) on 2018-10-05T16:46:40Z No. of bitstreams: 1 Cristiano Henrique Schuster 2018.pdf: 4202405 bytes, checksum: 730f564dd132126eb49b0f1d88a6ed54 (MD5) / Approved for entry into archive by Dayse Pestana (dayse.pestana@unipampa.edu.br) on 2018-10-08T12:10:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Cristiano Henrique Schuster 2018.pdf: 4202405 bytes, checksum: 730f564dd132126eb49b0f1d88a6ed54 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-08T12:10:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cristiano Henrique Schuster 2018.pdf: 4202405 bytes, checksum: 730f564dd132126eb49b0f1d88a6ed54 (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / A camada limite estável (CLE) começa a se desenvolver logo após o ocaso, quando a radiação de onda curta proveniente do Sol cessa e a superfície terrestre para de aquecer, nessas condições, devido a grande perda radiativa da superfície terrestre, a turbulência pode ter sua intensidade reduzida em várias ordens de grandeza, em um regime com estas características os níveis verticais estão energicamente desacoplados. Durante uma mesma noite, pode ocorrer alternância entre intervalos em que os níveis verticais estão energicamente desacoplados e momentos em que existe grande mistura turbulenta, a transição entre esses dois estados ocorre em um valor específico da velocidade média do vento, conhecida como velocidade de conexão. Em regimes de baixas turbulência, que é uma característica de um estado de desacoplamento enérgico vertical, o escoamento próximo à superfície passa a ser governado pro fenômenos de maiores escalas, como por exemplo escalas de submeso, dentre os quais pode-se citar o fenômeno de meandro das componentes horizontais do vento, que é caracterizado pela oscilação da direção horizontal do vento. O meandro do ventos exerce papel fundamental na difusão de escalares, além disso, a maioria dos modelos de dispersão falham em representar a influência do meandro, principalmente pelo fato de que o meandro dos ventos ainda não é totalmente entendido e caracterizado, destacando assim a relevância deste trabalho, cujo tema de relaciona a dependência dos parâmetros de identificação do meandro do vento com o acoplamento do escoamento na camada limite atmosférica noturna e tem objetivo relacionar o estado de acoplamento atmosférico com a ocorrência de meandro dos ventos, utilizando a velocidade necessária para o acoplamento (velocidade de conexão) como critério inicial para a identificação do meandro dos ventos. Para tal, dados do experimento Fluxes Over Snow-covered Surfaces II (FLOSSII) serão submetidos a dois métodos para a identificação de parâmetros característicos de meandro, sendo o primeiro o ajuste da autocorrelação dos dados à Função de Autocorrelação (ACF) através do parâmetro de loop (m) e o período do meandro (T*) e o segundo a Transformada de Hilbert-Huang (HHT) utilizando o espectro marginal para determinação do período do meandro (T*). Com os parâmetros característicos de meandro será realizada uma análise estatística utilizando-se o critério clássico de vento fraco (Ū > 1,5 ms-1 ) e a velocidade de conexão (Ūcoup) para encontrar intervalos de um hora em que existe a possibilidade de ocorrência de meandro. Comparando os dois critérios, as análises realizadas mostram que o critério de Ūcoup encontrou aproximadamente 4 vezes mais intervalos, mantendo a mesma porcentagem de casos em que o parâmetro de loop é maior que um, mostrando-se um critério mais adequado para encontrar casos de possível meandro, principalmente para os níveis de medições mais altos. Em sítios que possuem torres de medição com níveis altos i critério de Ū < 1,5 ms-1 pode restringir a maioria dos casos, enquanto que a velocidade de conexão faz a separação natural dos regimes de escoamento. Permitindo assim, que todos os possíveis casos sejam analisados. / The stable boundary layer (CLE) begins to develop after the sunset, when short-wave radiation from the Sun ceases and the Earth’s surface ceases to heat, in these conditions, due to the great radioactive loss of the earth’s surface, turbulence intensity is reduced by several orders of magnitude, in a regime with these characteristics the vertical levels are energetically decoupled. During one night, alternations can occur between intervals in which vertical levels are energetically decoupled and times when there is a large turbulent mixture, the transition between these two states occurs at a specific value of wind speed. In low turbulence regimes, which is a characteristic of a state of vertical energy decoupling, the flow near the surface is governed by phenomena of larger scales, such as submeso scales, among which we can mention the phenomenon of meander of the horizontal components of the wind, which is characterized by oscillation of the horizontal direction of the wind. The meander of the winds plays a fundamental role in the diffusion of scalars cite anfossi2005, in addition, most dispersion models fail to represent the influence of the meander, mainly because the meander of the winds is not yet fully understood and characterized, highlighting the relevance of this work, whose research theme is “Study of the dependence of the wind meander identification parameters with the coupling in the atmospheric nocturnal boundary layer” and has as objective to relate the state of atmospheric coupling with the occurrence of winds meander, using the velocity required for the coupling as the initial criterion for wind meander identification. For this, data from the experiment Fluxes Over Snow-covered Surfaces II (FLOSSII) will be submitted to two methods for the identification of meander characteristic parameters, the first being the adjustment of the autocorrelation of the data to the Autocorrelation Function (ACF) through of the loop parameter (m) and the meander period (T*) and the second the Hilbert-Huang Transform (HHT) using the marginal spectrum for meander period determination (T*). With the characteristic meander parameters, a statistical analysis will be performed using the classical criterion of weak wind (Ū > 1,5 ms-1 ) and the coupling speed (Ūcoup) to find one hour intervals in which there is the possibility of meander occurrence. Comparing the two criteria, the analyses performed show that the Ūcoup criterion found approximately 4 times more intervals, maintaining the same percentage of cases of possible meander, especially for the higher measurement levels. In sites that have high-level measurement towers, the criterion of Ū < 1,5 ms-1 may restrict most cases, while the coupling speed causes the natural separation of flow regimes. Thus allowing all possible cases to be analysed.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this study is propose a new mathematical expression to describe the observed meandering autocorrelation functions in low-wind speed. The analysis utilizes a large number of the data to show that the new proposed theoretical function reproduces the experimental behavior of the fit curves, well as the negative lobes that characterizing the autocorrelation function for meandering condition. Furthermore, the good agreement of the measured autocorrelation curves with the proposed algebraic autocorrelation function allows to calculate the magnitudes of the meandering period and of the loop parameter. In adition, the parameters founded in this study can be used to simulate the dispersion of contaminant during low wind episodes. The results agree with the values presented and discussed in the literature. / O presente estudo propõe uma nova expressão matemática para descrever as funções de autocorrelação observadas sob condições de meandro do vento horizontal. A análise utiliza um grande número de dados para demonstrar que a função proposta reproduz o comportamento da curva experimental, bem como os lóbulos negativo que caracterizam a função de autocorrelação para a situação de meandro. Além disso, a boa concordância entre as curvas de autocorrelação observadas e a nova função de autocorrelação algébrica, proposta neste trabalho, permitiu realizar o cálculo de grandezas físicas como o parâmetro de oscilação e o período de meandro. Um resultado adicional, foi empregar os valores médios encontrados para os parâmetros do meandro na simulação da dispersão de contaminante durante episódios de vento fraco. Os resultados encontrados estão de acordo com os valores apresentados e discutidos na literatura.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:25:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_marieli_sallet.pdf: 231023 bytes, checksum: f445526b62fbfcde40fb1bc5ca90923a (MD5) Previous issue date: 2007-02-23 / Currently, the search for analytical solutions for the dispersion problems is one of the main research subjects in the pollutant dispersion modeling. These solutions become important due to the intention to obtain dispersion models that generate reliable results in a small computational time, which are of great interest for regulatory air quality applications. Lagrangian particle models are an important and effective tool to simulate the atmospheric dispersion of airborne pollutants. These models are based on the Langevin equation, which is derived from the hypothesis that the velocity is given by the combination between a deterministic term and a stochastic term. In this work is presented a new Lagrangian particle model to simulate the pollutant dispersion in low wind speed conditions. During low wind speed, the diffusion of a pollutant in the planetary boundary layer (PBL) is indefinite and it has been observed that the plume is subject to a great deal of horizontal undulations, which are called plume meandering. The method proposed leads to a stochastic integral equation whose solution has been obtained through the Method of Successive Approximations or Picard s Iteration Method. The integral equation is written in terms of the real and imaginary parts of the complex function before performing the multiplication of the integrating factor, expressed by the Euler formula, inside and outside of the integral solution. To take account the meandering effect, the Frenkiel s Eulerian autocorrelation functions for low wind conditions is included naturally in the model. The new approach has been evaluated through the comparison with experimental data and other different dispersion models. Particularly, the results obtained by the model agree very well with the experimental data, indicating the model represents the dispersion process correctly in low wind speed conditions. It is also possible to verify that the new model results are better than ones obtained by the other models. The analytical feature of the technique and the natural inclusion of the Frenkiel s Eulerian autocorrelation function become the model more accurate than other models. / Atualmente, a busca por soluções analíticas para os problemas de dispersão é um dos principais assuntos de pesquisa na modelagem da dispersão de poluentes. Estas soluções tornam-se importantes devido à intenção de obter modelos de dispersão que geram resultados confiáveis em um tempo computacional pequeno, que são de grande interesse para aplicações no controle da qualidade do ar. Modelos de partícula Lagrangeano são uma ferramenta importante e eficaz para simular a dispersão atmosférica de poluentes do ar. Esses modelos são baseados na equação de Langevin, que é derivada da hipótese que a velocidade é dada por uma combinação entre um termo determinístico e um termo estocástico. Neste trabalho é apresentado um novo modelo de partícula Lagrangeano para simular a dispersão de poluentes em condições de velocidade de vento fraco. Durante a velocidade de vento fraco, a difusão de um poluente na Camada Limite Planetária (CLP) é indefinida e tem sido observado que a pluma está sujeita a grandes ondulações horizontais, que são chamadas meandro do vento. O método proposto leva a uma equação integral estocástica cuja solução é obtida através do Método das Aproximações Sucessivas ou Método Iterativo de Picard. A equação integral é escrita em termos das partes real e imaginária da função complexa antes de realizar a multiplicação do fator integrante, expresso pela fórmula de Euler, dentro e fora da solução integral. Para considerar o efeito do meandro, as funções de autocorrelação Euleriana de Frenkiel para condições de vento fraco são incluídas naturalmente no modelo. A nova aproximação foi avaliada através da comparação com dados experimentais e outros diferentes modelos de dispersão. Particularmente, os resultados obtidos pelo modelo concordam muito bem com os dados experimentais, indicando que o modelo representa o processo de dispersão corretamente em condições de velocidade de vento fraco. Também é possível verificar que os resultados do novo modelo são melhores do que os obtidos pelos outros modelos. A característica analítica da técnica e a inclusão natural da função de autocorrelação Euleriana de Frenkiel tornam o modelo mais exato que os outros modelos.

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.