Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A three-equation model, based on prognostic expressions for the Richardson number, turbulent kinetic energy and wind shear is proposed to represent turbulent behavior in the nocturnal boundary layer (NBL). Integration reveals that the model variables have a complex, non-periodic behavior if different vertical levels, with energy transference among them, are considered. The solution is shown to strongly depend on parameters prescribed to the model, such as the NBL thickness (h) and the magnitude of the winds at its top (U). Small perturbations on U, of 0:001 m=s are shown to lead to very distinctive solutions after few hours of integration, and the same occurs for small perturbations in h, indicating that the model is chaotic. Bifurcation diagrams for the friction velocity dependence on both U and h are shown. For the non-periodic states of the system, the model variables relate to each other in a manner suggestive of a strange attractor. When solutions with different values of the external parameters are considered, the average dependence of the friction
velocity on the Richardson number is in agreement with field observations. Friction velocity decreases as the Richardson number increases, remaining, however, finite,
even for very large stability conditions. Such relationship, commonly prescribed in previous studies, arises naturally in the proposed model. / Um modelo com três equações prognósticas para o número de Richardson, energia cinética turbulenta e cisalhamento do vento é proposto para representar o comportamento da turbulência na camada limite noturna. A integração do modelo
revela que suas variáveis têm um comportamento complexo e não periódico se diferentes níveis, com transferência de energia entre eles são considerados. A solução se mostra fortemente dependente aos parâmetros de entrada do modelo,
tais como a altura da camada limite (h) e a magnitude do vento no seu topo (U). Pequenas perturbações em U, de 0:001 m=s, levam a soluções completamente distintas
após poucas horas de integração, e o mesmo ocorre com pertubações em h, indicando que o sistema é caótico. Diagramas de bifurcação para a dependência da velocidade de fricção com U e h são mostrados. Para os estados não periódicos do sistema, a relação entre as variáveis do modelo sugerem um atrator estranho. Quando soluções com diferentes valores dos parâmetros externos são consideradas,
a dependência média entre a velocidade de fricção com o número de Richardson concorda com dados observacionais. A velocidade de fricção decresce à medida que o numero de Richardson aumenta, porém, nunca se tornando nula,
mesmo para condições de grande estabilidade. Tal relação, comumente prescrita em estudos anteriores, surge naturalmente no modelo proposto.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/9194 |
| Date | 08 April 2009 |
| Creators | Costa, Felipe Denardin |
| Contributors | Acevedo, Otávio Costa, Mombach, Jose Carlos Merino, Sá, Leonardo Deane de Abreu |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Física, UFSM, BR, Física |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 100500000006, 400, 500, 300, 500, 300, 4239c892-611b-4128-ac89-6b924ba480e5, 8c1daaa8-1bf2-4a86-93c1-c8e8679c1c47, e02b7066-ca5e-408f-be88-7c502b57996a, 52bc8efd-7a4d-4ec8-9028-83210ff929a1 |
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