Modelo simplificado para turbulência na camada limite noturna
Fecha
2016-03-08Metadatos
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A estimativa adequada dos fluxos turbulentos em condições muito estáveis ainda é um grande desafio para os modelos numéricos que descrevem o comportamento médio da CLE. Embora, muitas características do escoamento sejam simuladas, a variação intermitente da turbulência não é reproduzida por grande parte dos modelos atmosféricos que utilizam teoria K na estimativa dos fluxos turbulentos na CLE. Além disso, a transição entre
os regimes muito estável e fracamente estável da CLE, ainda, não é bem compreendida e descrita pelos modelos numéricos.
No presente trabalho é proposto um modelo numérico, de uma ordem e meia, para descrever o comportamento médio de uma camada limite noturna. O modelo é baseado no
que foi proposto por COSTA et al. (2011). O modelo aqui proposto tanto o fluxo de energia
na forma de calor sensível como a variância de temperatura são estimados através de
equações prognósticas, afim de acrescentar graus de liberdade ao sistema e de modo a
acrescentar detalhamento físico à solução. Ao longo do trabalho, foram realizadas comparações
entre as soluções obtidas no modelo variando diferentes parâmetros. As soluções
também são comparadas com as obtidas utilizando o modelo proposto por Costa et al.
(2011).
Os resultados mostram que o presente modelo é capaz de reproduzir as transições entre
os estados acoplado e desacoplado da camada limite estável, de forma semlhante à
observada na natureza. São simulados eventos intermitentes não periódicos que se assemelham
aos observados na camada limite. O modelo também reproduz a ocorrência de
mistura rasa em condições de vento fraco.
A inclusão de equações prognósticas para o fluxo de energia na forma de calor sensível e
para a variância de temperatura proporciona transições entre os estados e em condições
de vento mais intensas que as obtidas quando essas quantidades são parametrizadas, e
mais próximo dos valores observados.
Ao observar a dependêndia das quantidades turbulentas, tais como a escala de temperatura
potencial, θ∗, e o fluxo de energia na forma de calor sensível em função da velocidade do vento, o presente modelo modelo apresentou os resultados mais semelhante aos observados,
se mostrando capaz de reproduzir as transições entre os estados de forma abrupta, diferente do que ocorre no modelo proposto por Costa et al. (2011). O balanço de ECT obtido pelo presente modelo, se aproxima mais do observado por Acevedo
et al. (2016) que o obtido por Costa et al. (2011). A dissipação é o mecanismo dominante de destruição de turbulência no estado desacoplado, papel que era ocupado
pela destruição térmica no modelo de Costa et al. (2011).
Os resultados coroboram a hipótese de Van de Weil et al. (2012), de que o regime muito estável ocorre quando a turbulência não é capaz de produzir fluxos de energia na forma
de calor sensível capazes de acompanhar a perda de energia por radiação.