Coherent structures detection within a dense alpine forest

Abstract

Foi investigada a influência dos vórtices coerentes na estrutura da turbulência e no fluxo de momento dentro de uma floresta de coníferas em um planalto alpino na Itália. A presença das estruturas coerentes e suas escalas temporais características foram detectadas ajustando-se as funções de autocorrelação da velocidade com uma função teórica oscilante. A função permitiu diferenciar os dados turbulentos caracterizados por turbulência de escala fina dos dados nos quais a turbulência é dominada por vórtices coerentes gerados no topo do dossel. Foram considerados cinco diferentes regimes de estabilidade , desde a convecção livre (free convection) até a estratificação muito estável (very stable). Foi desenvolvida uma metodologia original e simples para ajustar a função de correlação cruzada (cross-correlation) na presença de comportamentos periódicos no fluxo turbulento de momento. A análise mostrou que perto das condições neutras a escala de tempo mais energética do fluxo de momento é determinada principalmente pela componente longitudinal da velocidade do vento, em vez da vertical. Em condições de convecção livre ou muito estáveis os vórtices coerentes não parecem influenciar o transporte de momento, dominado por estruturas de grande escala. Isso é confirmado pela eficiência da turbulência em escala fina, comparado as estruturas coerentes no transporte turbulento ao longo dos regimes de estabilidade. Por fim, a oscilação das funções de autocorrelação e correlação cruzada das componentes da velocidade do vento na presença de estruturas coerentes é justificada por meio de um modelo estocástico Lagrangiano simplificado