Descrição do comportamento da camada de mistura através de um

modelo numérico de fechamento de primeira ordem.

América Murguía Espinosaamericam@model.iag.usp.br

Taciana Toledo de Almeida Albuquerquetaciana@model.iag.usp.br

Universidade de São PauloInstituto de Astronomia Geofísica e Ciências Atmosféricas

Departamento de Meteorologia

ResumoIntroduçãoMetodologiaDadosResultadosConclusões

O que é Camada Limite Planetária?

.Introdução

-É a região da atmosfera onde os fenômenos meteorológicos de pequena escala são importantes;

-Está sob a influência direta da superfície e responde as forçantes superficiais numa escala de tempo menor que 1 hora.

Estrutura Espacial da CLPDiurno

Noturno

Forçantes Superficiais:- Aquecimento Solar;

- Resfriamento Radiativo;

- Vento Horizontal.

De acordo com a importância dessas forçantes a CLP pode ser classificada como:

-Convectiva: aquecimento solar da superfície é suficiente para manter a convecção térmica;

-Neutra: quando nem o aquecimento solar e nem o resfriamento radiativo são suficientes para alterar as características da turbulência de origem mecânica.

-Estável: o resfriamento radiativo da superfície é suficiente para manter uma estratificação térmica através da qual a turbulência terá que realizar trabalho (Produção Mecânica);

Fluxo de Calor Sensível (H):

- É proporcional a covariância da velocidade vertical (w) e da temperatura potencial do ar ();

wcH P

- Radiação solar aquece a superfície

Energia é transferida para

atmosfera através do fluxo

turbulento de calor sensível.

>0 – existe transferência da superfície para atmosfera w w <0 – existe transferência de calor da atmosfera para superfície

Em Condições Convectivas a CLP se forma:

- Aquecimento da superfície pela radiação solar;

- Transferência da energia disponível na superfície para a atmosfera através dos fluxos turbulentos de calor sensível;

Caracterizar alguns parâmetros que influenciam a estrutura da CLC (6-18h), dentro da Camada de Mistura:

- Temperatura Potencial;

- Fluxo de Calor Sensível;

- Altura da Camada de Mistura;

- Intensidade da Inversão de Temperatura no topo da CM.

OBJETIVO

Camada de Mistura

- Região onde o gradiente vertical da temperatura potencial médio vale zero, devido a mistura turbulenta intensa;

- A mistura pode ser de origem térmica (convecção térmica), ou de origem mecânica, associada ao cisalhamento vertical do vento.

Descrição da Turbulência

- Não existe nenhuma descrição determinística dos escoamentos turbulentos, pois não existe até hoje solução das equações do movimento que descrevam um escoamento turbulento;- Os escoamentos turbulentos são descritos do ponto de vista estatístico:

iii uuu Flutuação estatística em torno da média

Comportamento médio

- Problema de fechamento: número de incógnitas é maior do que o de equações.

- Aplica-se então as propriedades da média de Reynolds

1) Fechamento de 1ª ordem “bulk” Teoria Fluxo Gradiente (K)

Teoria do Comprimento de Mistura

Parametrização

- O surgimento das covariâncias conduz a um problema de fechamento de 1ª ordem;

Metodologia

Aspectos do Modelo

1) Aspectos dinâmicos: Equação da Termodinâmica

2) Aspectos numéricos: Esquema Avançado no Tempo (n, n+1)

Utiliza o método de Diferenças Finitas

3) Aspectos físicos:-Condições dentro e sobre a CLC é considerada horizontalmente homogênea (advecção horizontal não é considerada);

- Céu limpo: convecção livre --- PT >>PM

z

w

t

Descrição do Modelo

Eq. da Termodinâmica

h

ww

tiM 0

Integrando com à altura Temperatura Potencia na CM

iw

t

h ´)´(Altura da CLP

h

ww

t

h

ti 0)''()''(

Intensidade da inversão de temperatura no topo da CM

Parâmetros Caso1 Caso2 Caso3 Dia 23 23 23 Mês 7 7 7 Latitude (º) -20,5 -20,5 -20,5 Temperatura da superfície do solo (K)

294 300 305

Temperatura potencial da CM (K) 294 300 300

Intensidade da inversão de altitude (o K) 2 5 2

Gradiente vertical de temperatura potencial na atmosfera livre (o K/m)

0,0075 0,003 0,0075

Altura inicial da CM (m) 500 100 100

Passo de tempo de integração (s) 25 25 25 Taxa de entranhamento 0,1 0,1 0,1 Velocidade vertical sinótica (m/s) -0,005 -0,005 -0,005 Parâmetro de rugosidade (m) 0,02 0,02 0,1 Velocidade média na camada de mistura (m/s) 5,01 5,01 5,01 Pressão de vapor (mb) 12 12 12

Dados

Caso 1

293

294

295

296

297

298

299

300

4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tempo Local (h)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tempo Local (h)

400

500

600

700

800

900

1000

4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tempo Local (h)

-50

0

50

100

150

200

4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tempo Local (h)

w

Resultados

Caso 2

298300

302304

306308

310312

4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tempo Local (h)

0

1

2

3

4

5

6

4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tempo Local (h)

0

500

1000

1500

2000

2500

4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tempo Local (h)

-50

50

150

250

350

450

4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tempo Local (h)

w

Resultados

Caso 3

299

300

301

302

303

304

305

4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tempo Local (h)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tempo Local (h)

0

100

200

300

400

500

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tempo Local (h)

-10

0

10

20

30

40

50

4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tempo Local (h)

w

Resultados

Conclusões

Boa representação do comportamento da CM no período convectivo.O fluxo turbulento de calor, nos três casos, mostrou que a entrada de ar mais quente numa camada mais fria fez que o ar comece a resfriar e com isso aumenta a altura da CM.Estes resultados podem ser comparados com o trabalho de Tennekes (1973), onde as distribuições são similares no comportamento da altura e a intensidade da inversão no topo.O modelo possui limitações, por ser simples para fazer simulações muito complexas, restringindo a utilização dele para ser aplicado em condições atmosféricas diferentes.

Obrigada!