Simulação numérica dos regimes da camada limite estável
Resumo
Estudos recentes mostraram que a camada limite estável (CLE) apresenta dois regimes
distintos. No regime pouco estável a turbulência é contínua e relações de similaridade
são válidas e no muito estável a turbulência é intermitente ou ausente e relações de similaridade
não funcionam. Na presente tese, são abordadas as dificuldades de simular
numericamente os dois regimes e a transição entre eles. O estudo é dividido em 4 artigos.
No primeiro deles,] diferentes modelos numéricos, são comparados quanto à sua capacidade
de reproduzir dois regimes da CLE. Esse artigo indica que a inclusão de equações
mais prognósticas aos modelos fazem com os regimes da CLE sejam reproduzidos de uma
maneira mais semelhantes às observadas na natureza. No segundo artigo, a transição do
regime pouco estável para muito estável, é analisada através dos dados provenientes de
uma torre de 140 metros situada em Linhares, no estado de Espírito Santos. Foi observado
que a transição entre os regimes era precedida por um resfriamento abrupto da
camada, acompanhado de uma redução na energia cinética turbulenta, e da intensidade
da velocidade do vento. Além disso, foi observado que o máximo do fluxo de calor, em
módulo, ocorre no regime pouco estável. No terceiro artigo, transições semelhantes, às
apresentadas no segundo artigo, foram investigadas com auxilio de um modelo numérico
de segunda ordem, em que a transição é impulsionada pelo decréscimo da intensidade do
vento no topo do domínio. Nesse artigo é mostrado que os processos radiativos e propriedades
térmicas da superfície do solo são determinantes para transição entre os regimes
da CLE. No quarto artigo, diferentes parametrizações de camada limite planetária presentes
no "Weather Research and Forecasting - Single Column Model" foram comparados e
avaliados quanto a sua capacidade de simular os regimes da CLE. Nesse artigo foi mostrado
que ambos os esquemas Mellor-Yamada-Nakanishi-Niino de nível 2.5 apresentam o
melhor desempenho, conseguindo resolver tanto o regime pouco estável quanto o regime
muito estável. Porém, a transição entre esses regimes ocorre sob condições de vento geostrófico
de menor intensidade que observado. Os resultados apresentados no presente
trabalho indicam que o fluxo de calor exerce um grande controle nos regimes da camada
limite estável. Logo, a inclusão de uma equação prognóstica para o fluxo de calor nos
esquemas de turbulência, presentes no WRF, significaria um importante avanço.
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