The planetary boundary layer (PBL) is a physical system presenting a variety of complex states characterized by the turbulence phenomenon. An understanding of the
turbulence patterns and its structural details is of fundamental importance in large and small meteorological scales and atmospheric dispersion. From the numerical point of view, the PBL turbulence has been investigated employing LES models. In LES, only the energy-containing
eddies of the degrees of freedom of the turbulent field are explicitly resolved and the effect of the smaller, more isotropic eddies, needs to be parameterized. Modeling these residual turbulent motions, which are also termed subfilter-scale motions, is in large part a phenomenological procedure based on heuristic arguments. These movements are called subfiltro or subgrade and the description of its effects is a major problem in the formulation models of large eddy simulation. Therefore, the derivation of subfilter viscosities expressed in
terms of a cutoff wave number is a fundamental procedure in LES methodology. The purpose of the present study is to derive a new turbulent subfilter viscosity based on the energy at cutoff from the Taylor statistical diffusion theory. As an additional purpose, this new viscosity is used in a LES model to obtain a new profile of the vertical velocity skewness in the convective boundary layer (CBL). A comparison between the results of the skewness generated by the LES simulation with the observed skewness values in surface shows that the calculated numerically values are consistent with those observed. Vertical profiles of the simulated skewness by the LES is employed in a Lagrangian stochastic diffusion model to
reproduce the contaminants concentrations measured during the Prairie Grass experiment. This new profile simulated from the LES can be used in diffusion models to reproduce the observed contaminants concentrations. / A camada limite planetária (CLP) é um sistema físico que apresenta uma variedade de estados complexos caracterizados pelo fenômeno da turbulência. O entendimento dos padrões de turbulência e os seus detalhes estruturais é de fundamental importância nas grandes e pequenas escalas meteorológicas e na dispersão atmosférica. Do ponto de vista numérico, a turbulência na CLP tem sido investigada empregando Large Eddy Simulation Models (LES). Nos modelos de Simulação dos Grandes Turbilhões, os graus de liberdade contendo a energia principal do campo turbulento são resolvidos explicitamente, enquanto o efeito dos menores e
mais isotrópicos é parametrizado. A modelagem destes movimentos turbulentos menores e residuais é normalmente baseada em argumentos heurísticos. Tais movimentos são também chamados de subfiltro ou subgrade e a descrição dos seus efeitos constitui um problema fundamental na construção de modelos de Simulação dos Grandes Turbilhões. Desta forma, a derivação de viscosidades de subfiltro expressa em termos do número de onda de corte é um
procedimento fundamental na metodologia LES. O objetivo do presente estudo é derivar uma nova viscosidade turbulenta de subfiltro baseada teoria de difusão estatística de Taylor. Como
um objetivo adicional, esta nova viscosidade será empregada em um modelo LES para se obter um novo perfil do skewness da velocidade vertical turbulenta na camada limite
convectiva (CBL). Uma comparação entre os resultados do skewness gerado pela simulação LES com dados observados do skewness na superfície mostra que os valores modelados estão de acordo com os observados. O perfil vertical do skewness simulado pelo LES é empregado em um modelo estocástico de difusão Lagrangiano para reproduzir as concentrações de contaminantes medidas durante o experimento de Prairie Grass. Este novo perfil de skewness
simulado a partir do LES pode ser usado em modelos de difusão para reproduzir concentrações observadas de contaminantes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/10255 |
| Date | 13 August 2010 |
| Creators | Maldaner, Silvana |
| Contributors | Degrazia, Gervásio Annes, Carvalho, Jonas da Costa, Roberti, Débora Regina |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Meteorologia, UFSM, BR, Meteorologia |
| 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 | 100700300004, 400, 500, 300, 500, 500, 0cdbcef7-157f-4afc-832e-3ef4278782cc, 428df4b3-d23c-4e3a-aeca-6250250608a1, 5afe2f4b-b5b0-44e4-8b2e-cd1d959dab9a, c0a23ea0-b390-4364-a96e-b56871868a6c |
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