Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia

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/