amauri pereira de oliveira grupo de micrometeorologia
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ESTUDO DA CAMADA LIMITE PLANETÁRIA SOBRE REGIÕES COM TOPOGRAFIA COMPLEXA E OCUPAÇÃO DO SOLO HETEROGÊNEA. Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia Departamento de Ciências Atmosféricas IAG USP. Objetivo. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
ESTUDO DA CAMADA LIMITE ESTUDO DA CAMADA LIMITE PLANETÁRIA SOBRE REGIÕES PLANETÁRIA SOBRE REGIÕES
COM TOPOGRAFIA COMPLEXA E COM TOPOGRAFIA COMPLEXA E OCUPAÇÃO DO SOLO OCUPAÇÃO DO SOLO
HETEROGÊNEAHETEROGÊNEA
Amauri Pereira de OliveiraAmauri Pereira de OliveiraGrupo de MicrometeorologiaGrupo de Micrometeorologia
Departamento de Ciências Atmosféricas IAG USPDepartamento de Ciências Atmosféricas IAG USP
22
ObjetivoObjetivo
Descrever as pesquisas realizadas pelo Grupo
de Micrometeorologia do IAG sobre a camada
limite planetária sobre regiões com topografia
complexa e ocupação do solo heterogênea.
33
TópicosTópicos
1.1. Camada Limite PlanetáriaCamada Limite Planetária
2.2. Camada Limite UrbanaCamada Limite Urbana
3.3. Camada Limite RuralCamada Limite Rural
4.4. Camada Limite OceânicaCamada Limite Oceânica
44
1. Camada Limite Planetária1. Camada Limite Planetária
55
MotivaçãoMotivação
A Camada Limite Planetária (CLP) é a região turbulenta da atmosfera que está em contato direto com a superfície.
A maior parte das atividades humanas são desenvolvidas.
Grande parte das fontes naturais e antropogênicas de gases e material particulado.
66
MotivaçãoMotivação
O atual estágio do conhecimento da O atual estágio do conhecimento da turbulência impede que os processos turbulência impede que os processos micrometeorológicosmicrometeorológicos presentes na camada presentes na camada limite planetária sejam descritos através de limite planetária sejam descritos através de uma única teoria universal, com detalhe uma única teoria universal, com detalhe suficiente para aplicações meteorológicas, suficiente para aplicações meteorológicas, ambientais e tecnológicas.ambientais e tecnológicas.
77
Micrometeorologia trata dos Micrometeorologia trata dos fenômenos de pequena escalafenômenos de pequena escala
88
Localização da CLPLocalização da CLP
99
Turbulência é descrita do ponto Turbulência é descrita do ponto de vista estatístico através dade vista estatístico através daMecânica Estática dos Fluidos.Mecânica Estática dos Fluidos.
Monin. A.S. and Yaglom, A.M., 1971: Statistical Fluid Mechanics, Vol. 1, Massachussets: MIT Press, 769 pp.
1010
Estágio atualEstágio atual
Lumley, J. L. and Yaglom, A. M., 2001: A century of turbulence. Flow. Turbulence and Combustion, 66, 241-286.
1111
O que sabemos sobre o O que sabemos sobre o comportamento da CLP?comportamento da CLP?
1212
Caracterização da CLPCaracterização da CLP
O conhecimento existente sobre a CLP está
baseado, em grande parte, no conhecimento
adquirido em laboratório com os estudos das
camadas limites turbulentas que se formam sobre
superfícies rígidas (Raupach et al., 1991).
1313
Caracterização da CLPCaracterização da CLP
Segundo estes estudos, o escoamento turbulento
pode ser divido em camadas adjacentes onde a
turbulência apresenta comportamentos distintos e
idealizados.
1414
Camada limite turbulentaCamada limite turbulenta
Monin and Yaglom, 1971
1515
O comportamento do perfil vertical de O comportamento do perfil vertical de velocidade média indica a presença de velocidade média indica a presença de
duas camadasduas camadas
Monin and Yaglom (1971)
Logarítmico
Linear
1616
Característica da CLP Característica da CLP
Topografia plana;Topografia plana;
Superfície homogênea;Superfície homogênea;
Ausência de distúrbios de escalas maiores Ausência de distúrbios de escalas maiores
do que a micrometeorológica.do que a micrometeorológica.
1717
Evolução temporal da CLPEvolução temporal da CLP
Baseado em Stull (1988).
1818
Vórtices - CLP convectiva - DiaVórtices - CLP convectiva - Dia
1919
Estrutura vertical da CLP: DiaEstrutura vertical da CLP: Dia
Zi = Altura da CLP
2020
Vórtices - CLP estável - NoiteVórtices - CLP estável - Noite
2121
Estrutura vertical da CLP - NoiteEstrutura vertical da CLP - Noite
h = Altura da CLP
2222
Problema atualProblema atual
Topografia complexaTopografia complexa
Superfícies não homogêneasSuperfícies não homogêneas
Superfícies não rígidasSuperfícies não rígidas
Distúrbios de escala maiores do que a Distúrbios de escala maiores do que a micrometeorológicamicrometeorológica
2323
Regiões complexas de interesseRegiões complexas de interesse
• Urbana
• Rural
• Oceânica
2424
CLP urbanaCLP urbana
Fonte: Fernando et al. (2001).
2525
CLP urbanaCLP urbana
2626
CLP ruralCLP rural
2727
Efeito topográficoEfeito topográfico
Fonte: Hunt et al., 2003 Adveção confere um carácter não local a turbulência.
2828
CLP oceânicaCLP oceânica
(Sjöblom e Smedan, 2003)
2929
2. Camada limite urbana2. Camada limite urbana
3030
Plataforma micrometeorológicaPlataforma micrometeorológica
3131
Plataforma MicrometeorológicaPlataforma Micrometeorológica
Início Abril de 1994;Início Abril de 1994;
Quantificar os fluxos de energia, momento Quantificar os fluxos de energia, momento e massa entre a atmosfera e a superfície;e massa entre a atmosfera e a superfície;
Estimar as propriedades da CLP urbana;Estimar as propriedades da CLP urbana;
Dados disponibilizados para pesquisa.Dados disponibilizados para pesquisa.
3232
Descrição da radiação solar na Descrição da radiação solar na Cidade de São Paulo Cidade de São Paulo
Oliveira, A.P., Escobedo, J. F., Machado, A. J., and Soares, J., 2002: Diurnal evolution of solar radiation at the surface in the City of São Paulo: seasonal variation and modeling. Theoretical and Applied Climatology, 71(3-4), 231-249.
3333
Modelos de radiação difusa Modelos de radiação difusa
Soares, J, Oliveira, A.P., Boznar, M.Z., Mlakar, P., Escobedo, J.F. and Machado, A.J., 2004: Modeling hourly diffuse solar radiation in the city of São Paulo using neural network technique. Applied Energy, 79, 201-214.
Oliveira, A.P., Escobedo, J. F., Machado, A. J., and Soares, J., 2002: Correlation models of diffuse solar radiation applied to the City of São Paulo (Brazil). Applied Energy, 71(1), 59-73.
3434
Variação regional radiação solarVariação regional radiação solar
Codato, G., Oliveira, A. P., Soares, J, Escobedo, J.F., Gomes, E. N., and Pai, A. D., 2008: Global and diffuse solar irradiances in urban and rural areas in southeast of Brazil, Theoretical and Applied Climatology, 93, 57-73.
3535
Radiação de onda longa emitida Radiação de onda longa emitida pela atmosfera na superfíciepela atmosfera na superfície
3636
Simulação numérica da CLP em Simulação numérica da CLP em São Paulo usando modelo LES São Paulo usando modelo LES
((Large Eddy SimulationLarge Eddy Simulation))
Marques Filho, E.P., 2004: Investigação da CLP convectiva com modelo LES aplicado a dispersão de poluentes. Tese de Doutorado. Departamento de Ciências Atmosféricas. Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas. Universidade de São Paulo. São Paulo. SP. Brasil. 128 pp.
Codato. G., 2008: Simulação numérica da evolução diurna do monóxido de carbono na camada limite planetária sobre a RMSP com modelo LES. Dissertação de Mestrado. Departamento de Ciências Atmosféricas, Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo, São Paulo, SP, Brasil, 94 pp.
3737
Modelo LESModelo LES
Equações do movimento média de volume;Equações do movimento média de volume;
Resolve os movimentos turbulentos de escala de Resolve os movimentos turbulentos de escala de comprimento maior do que a grade;comprimento maior do que a grade;
Os efeitos associados aos movimentos turbulentos Os efeitos associados aos movimentos turbulentos de escala menor do que a dimensão da grade são de escala menor do que a dimensão da grade são parametrizados.parametrizados.
3838
Simulação da CLP com LESSimulação da CLP com LES
Fonte: Marques Filho (2004)
Corrente ascendente
3939
Simulação com LESSimulação com LES
4040
Altura de CLP - LESAltura de CLP - LES
4141
Monóxido de carbono - LESMonóxido de carbono - LES
4242
Evolução diurna CO - RMSPEvolução diurna CO - RMSP
4343
3. Camada limite rural3. Camada limite rural
4444
Projeto IperóProjeto Iperó
Sensores de radiação
Torre micrometeorológicaBalão cativo
Abrigo Meteorológico
4545
Localização e TopografiaLocalização e Topografia
Estado de São Paulo550 m120 km do litoral
200 km x 200 kmSerra do marVale do rio Tietê
50 km x 50 kmMorro de Araçoiaba (300m)Vale do rio Sorocaba
4646
Jatos de baixos níveisJatos de baixos níveis
•Direção: E-SE
•Altura: 300-400 m
4747
Oscilação diurna do vento na superfícieOscilação diurna do vento na superfície
Dia: N-NW
Noite: S-SE
Dia: N-NW
Noite: S-SE
Inverno
Verão
4848
Efeito topográficoEfeito topográfico
-56.00 -52.00 -48.00 -44.00 -40.00Longitude (graus)
0
500
1000
Altu
ra (
m)
A
C
D
E
B
CEAOceano Atlântico
Serra do Mar
Rio ParanáPantanal
Corte vertical na direção NW-SE passando por CEA
NW SE
Brisa Marítima
Vento Anabático
4949
Modelo de fechamento de segunda ordemModelo de fechamento de segunda ordem
•Domínio: 3500 m
•Log-linear (resolução variando de 10 a 50m)
•Alternada
Médias Turbulentas
5050
Modelo fechamento de segunda ordem
5151
Modelo fechamento de segunda ordem
5252
Modelo fechamento de segunda ordem
5353
Esquema ISBAEsquema ISBA
5454
Esquema ISBAEsquema ISBA
Vermelho - Modelo
5555
Jatos de baixos níveisJatos de baixos níveis
5656
4. CLP Oceânica4. CLP Oceânica
5757
Projeto FluTuAProjeto FluTuA
Objetivo: medir fluxos turbulentos sobre o oceano Atlântico
Torre micrometeorológica
5858
Treinamento sobrevivência 2001Treinamento sobrevivência 2001
5959
Projeto FluTuAProjeto FluTuACampanha Campanha
20022002
6060
Projeto FluTuAProjeto FluTuACampanha 2002Campanha 2002
6161
Radiação líquida sobre o AtlanticoRadiação líquida sobre o Atlantico
Bacellar, S., Oliveira, A.P., Soares, J., and Servain, J., 2008: Assessing the diurnal evolution surface radiation balance over the Tropical Atlantic Ocean using in situ measurements carried out during the FluTuA Project. Meteorological Application (Aceito).
6262
FluTuA - Campanha de 2004FluTuA - Campanha de 2004
16 m
Teleférico
6363
Projeto FluTuA – Campanha 2007Projeto FluTuA – Campanha 2007
6464
Página do Grupo de Página do Grupo de MicrometeorologiaMicrometeorologia
http://www.iag.usp.br/meteo/labmicro/http://www.iag.usp.br/meteo/labmicro/