CARACTERÍSTICAS DA CAMADA LIMITE NOTURNA EM CARACTERÍSTICAS DA CAMADA LIMITE NOTURNA EM RONDÔNIA:RONDÔNIA:

Aspectos Observacionais e de ModelagemAspectos Observacionais e de Modelagem(“NOCTURNAL BOUNDARY LAYER PATTERNS IN RONDÔNIA: (“NOCTURNAL BOUNDARY LAYER PATTERNS IN RONDÔNIA:

Observational and Modelling Aspects”)Observational and Modelling Aspects”)

DrDraa.Rosa Maria Nascimento dos Santos.Rosa Maria Nascimento dos Santos

Dr. Gilberto FischDr. Gilberto Fisch

Dr. A. J. DolmanDr. A. J. Dolman

Autores:Autores:

Dr. Maarten WaterlooDr. Maarten Waterloo

ESTUDOS DA CAMADA LIMITE NOTURNA ESTUDOS DA CAMADA LIMITE NOTURNA NA AMAZÔNIANA AMAZÔNIA

• AMAZÔNIA

7 Milhões de km2 – contém metade das Florestas Tropicais do mundo e grande área de Cerrado Tropical

Extensão Territorial + Biodiversidade complexos ciclos ecológicos, biogeoquímicos e hidrológicos, interagindo continuamente, e em diversas escalas, com a atmosfera

Tais interações estão diretamente associadas à dinâmica e estrutura da Camada Limite Atmosférica, em todas as suas porções: Camada Limite Convectiva - CLC (Diurna) e Camada Limite Estável Noturna - CLN.

Mistura convectiva do dia posterior

Um grande número de questões à cerca do desenvolvimento da CLN ainda permanece sem resposta

Formação e desenvolvimento dos complexos de mesoescala

Processos de formação, manutenção e dissipação de nuvens

CLN

• ASPECTOS OBSERVACIONAIS

Descreve a estrutura e a evolução da CLN, observadas durante os períodos seco e chuvoso

• ASPECTOS DE MODELAGEM

Aborda as características da CLN, simuladas por um modelo numérico, para tentar entender os processos e mecanismos que controlam seu desenvolvimento

• Dados e Área experimental

Lançamento da radiossonda

Vaisala RS80 Radiosonde

Torre Micrometeorológica, Rebio Jaru-ROLançamento de Balão Cativo

Lançamento da radiossondaLançamento da radiossonda

Vaisala RS80 RadiosondeVaisala RS80 Radiosonde

Torre Micrometeorológica, Rebio Jaru-ROTorre Micrometeorológica, Rebio Jaru-ROLançamento de Balão CativoLançamento de Balão Cativo

Dados Utilizados:

Balão cativo Radiossonda

Fluxos de superfície

EMAs

RBLE3 - estação seca

WetAMC-LBA - estação chuvosa

Rebio Jaru – Floresta

FNS – Pastagem

RM – Transição floresta-pastagem

ASPECTOS OBSERVACIONAIS DA CLN EM RONDÔNIAASPECTOS OBSERVACIONAIS DA CLN EM RONDÔNIA

• CARACTERÍSTICAS GERAIS (ESTRUTURA E EVOLUÇÃO MÉDIAS)

RBLE3: Floresta - Dia 13/08/94 21hl

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

298 299 300 301 302 303 304

(K)

altu

ra (

m)

altura da CLN = 140m

WETAMC-LBA: Floresta - Dia 21/02 05hl

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

294 296 298 300 302

(K)

altu

ra (

m)

altura da CLN = 270m

hi

hi

(hi)

(hi)

S

S

/hi

/hi

Estação Seca

Floresta

0

100

200

300

400

500

600

18:00 19:00 21:00 24:00 05:00 07:00

hora local

hi (

m)

FNS

0

100

200

300

400

500

600

18:00 19:00 21:00 24:00 05:00 07:00

hora local

hi (

m)

CLN mais profunda

= 420m às 05 hl (10 perfis)= 180m às 18 hl (08 perfis)

Floresta

Menor desenvolvimento vertical

= 320m entre 05 e 07hl (09 e 05 perfis, respectivamente)= 110m às 18 hl (05 perfis)

FNS (pastagem)

Estação Chuvosa

FNS

0

100

200

300

400

500

600

19:00 21:00 22:00 01:00 04:00 07:00

hora local

hi (

m)

Floresta

0

100

200

300

400

500

600

17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 05:00 06:00 07:00

hora local

hi (

m)

RM

0

100

200

300

400

500

600

17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 05:00 06:00 07:00

hora localh

i (m

)

CLN menos pronunciadaDiferença entre hi (Floresta) e hi (FNS) menor

RM (transição floresta-pastagem) – CLN mais desenvolvida no início da manhã

296

298

300

302

304

306

308

17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00

hora local

hi

(K)

Floresta

FNS

RM

ESTAÇÃO CHUVOSA

296

298

300

302

304

306

308

18:00 19:00 21:00 24:00 05:00 07:00

hora local

hi

(K)

Floresta

FNS

ESTAÇÃO SECA

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00

hora local

<q>

(g.k

g-1

)

Floresta FNS

RM

ESTAÇÃO CHUVOSA

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

18:00 19:00 21:00 24:00 05:00 07:00

hora local

<q>

(g.k

g-1

)

Floresta

FNS

ESTAÇÃO SECA

Estação Seca

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

17 18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

hora local

vent

o (m

.s-1

)

FlorestaFNS

(b)

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

17 18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

hora local

/

t (K

.h-1

)

FlorestaFNS

nascer do sol = 5:30

(a)

Estação Chuvosa

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

17 18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

hora local

/

t (K

.h-1

)

FlorestaFNSRM

(a)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

17 18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

hora local

vent

o (m

.s-1

)

FlorestaFNSRM

(b)

• JATOS NA CLN (JATOS NOTURNOS – JNs)

JATOS NOTURNOS Característica comum da CLN

BANTA et al. (2002) investigaram a ocorrência de JNs durante o

CASES-99, formados devido ao mecanismo

de Blackadar

Geração de cisalhamento e turbulência entre o nível do jato e a superfície controle sobre as trocas turbulentas entre a superfície e a atmosfera.

• Definição e Critérios

JN Um máximo na velocidade do vento médio, maior ou igual à 5 m.s-1, nos primeiros 1000m de altura, que fosse pelo menos 1,5m.s-1

maior que as velocidades nos níveis acima e abaixo.

RBLE3 WetAMC-LBA

Casos

Floresta

FNS Floresta FNS RM

15 14 21 29 15

20% dos perfis analisados para cada estação

ESTAÇÃO SECA:O jato ocorre, predominantemente, nos horários de 00 hl e 06 horas da manhã, sobre a floresta e a FNS79% dos casos eixo do jato entre 200 e 600 m86% dos casos velocidade do jato abaixo de 10 m.s-1 Direção predominante Leste

ESTAÇÃO CHUVOSA:Áreas desmatadas (FNS e RM) preferencialmente às 20, 23 e 02 hl (na FNS) e às 20 e 02 hl (em RM)Floresta ocorre preferencialmente às 05 e 08 hl85% dos casos eixo do jato entre 400 e 800 m94% dos casos velocidade do jato abaixo de 10 m.s-1 Direção predominante Norte

Vj

Vj

Vj

Vj

Vj

CONCLUSÕES - ASPECTOS OBSERVACIONAIS DA CLNCONCLUSÕES - ASPECTOS OBSERVACIONAIS DA CLN

A área de transição floresta-pastagem avaliada neste estudo (RM) apresenta padrões de desenvolvimento similares aos da floresta, até o horário de 06 hl, e semelhantes aos da FNS nos horários de transição

A estrutura da CLN foi melhor caracterizada durante a estação seca.

O JN ajudou a organizar a estrutura da CLN durante a estação seca, com uma camada de turbulência fraca (ou quase nula) aparecendo abaixo do JN, uma camada rasa bem misturada acima, e a CR bem marcante na maioria dos casos

Durante a estação úmida a situação se inverteu e, geralmente, observou-se a formação de uma mistura fraca abaixo do jato que parecia ser formada de cima para baixo, indicando o desacoplamento da superfície, e uma camada estável acima dele; e a CR, na maior parte dos casos, não foi identificada

ASPECTOS DE MODELAGEM DA CLN EM RONDÔNIAASPECTOS DE MODELAGEM DA CLN EM RONDÔNIA

• CARACTERÍSTICAS GERAIS DO MODELO

Rodada “off line” do modelo para cada um dos sítios: Floresta, FNS e RM

OSU-CAPS - “Oregon State University – Coupled Boundary Layer-Plant-Soil Model”

• Unidimensional (modelo de coluna)

• Simula a mistura turbulenta na CLA, considerando as condições do solo e da superfície vegetada, para aplicações nas quais não seja possível uma alta resolução vertical na descrição

• CARACTERÍSTICAS DAS SIMULAÇÕES

Dados Iniciais perfis verticais de Temperatura do ar, umidade específica e vento; parâmetros e condições iniciais à superfície

Floresta FNS RM

Z0 (m) ** 3,03 0,06 0,053

Z0H (m) *** 0,303 0,006 0,0053

Albedo ** 0,123 0,171 0,171

Tref (K)*+ 300,65 300,65 300,65

TSOLO1 (K) (5 cm) * 298,0 300,0 299,0

TSOLO2 (K) (1 m) * 298,0 300,0 299,0

• CONTROLE1 início às 17 hl (21 GMT) - período de transição da CLC para a CLN; período de integração de 15 horas, com intervalos de 180s (3min); condições típicas - noite de céu claro (Rn médio -50 W.m-2), ventos calmos ( 1,0 - 1,5 m.s-1) e sem ocorrência de chuvas

• CONTROLE2 início às 19 hl (23 GMT); período de integração de 15 horas, com intervalos de 180s (3min); condições típicas - noite de céu claro (Rn médio -50 W.m-2), ventos calmos ( 1,0 - 1,5 m.s-1) e sem ocorrência de chuvas

• SIMULAÇÕES DE CONTROLE

Floresta, noite de 11-12/02 - Simulação (controle1)

-200

-100

0

100

200

300

400

500

17 18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7

hora local

W.m

-2

H LE

Rn Rs

Floresta, noite de 11-12/02 - S imulação (controle2)

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7hora local

W.m

-2

H

LE

Rn

Rs

• SIMULAÇÕES DE CONTROLE: Testes Preliminares - Fluxos

CONTROLE1 CONTROLE2

FNS, noite de 08-09/02 - Simulação (controle1)

-200

-100

0

100

200

300

400

500

17 18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7

hora local

W.m

-2

H LE

Rn Rs

FNS, noite de 08-09/02 - S imulação (controle2)

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9hora local

W.m

-2

H

LE

Rn

Rs

RM, noite de 12-13/02 - Simulação (controle1)

-200

-100

0

100

200

300

400

500

17 18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7

hora local

W.m

-2

H LE

Rn Rs

RM, noite de 12-13/02 - S imulação (controle2)

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7

hora local

W.m

-2

H

LE

Rn

Rs

CONTROLE1

0

100

200

300

400

500

17 18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7hora local

hi (

m)

Floresta-simu Floresta-obsFNS-simu FNS-obsRM-simu RM-obs

CONTROLE2

0

100

200

300

400

500

19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7hora local

hi (

m)

Floresta-simu Floresta-obs

FNS-simu FNS-obs

RM-simu RM-obs

Altura da CLNSimulada x Observada

CONTROLE1CONTROLE2 OBSERVADO

Perfis de (K): simulados x observados

CONTROLE1CONTROLE2 OBSERVADO

Perfis de q (g.kg-1): simulados x observados

• CENÁRIOS: Experimentos de Sensibilidade

Aumentar o conhecimento sobre a dinâmica da CLN sob diferentes perspectivas

• EXP1 Noite parcialmente nublada (4/8 do céu), com ventos calmos (1-2 m.s-1, ou menor), sem chuva

• EXP2 Noite nublada (8/8 do céu), com chuva contínua ao longo da madrugada – 7,2 mm.h-1, durante 4 horas seguidas

• EXP3 Noite parcialmente nublada (6/8 do céu), com chuva isolada no final da tarde – 10,8 mm durante 30 minutos

• EXP4 Noite de céu claro, com ocorrência de um JN (≥ 5 m.s-1) abaixo dos 1000 m de altura

EXPERIMENTOS

EXP1

150

200

250

300

350

400

19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7

hora local

hi (

m)

FlorestaFNSRM

EXP2

150

200

250

300

350

400

19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7

hora local

hi (m

)

FlorestaFNSRM

chuva

EXP3

150

200

250

300

350

400

450

17 18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7

hora local

hi (m

)

Floresta

FNS

RM

chuva

EXP4

150

200

250

300

350

400

19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7

hora local

hi (m

)

FlorestaFNSRM

Altura da CLN

CONCLUSÕES - ASPECTOS DE MODELAGEM DA CLNCONCLUSÕES - ASPECTOS DE MODELAGEM DA CLN

A estrutura da CLN apresentou características semelhantes para as simulações que apresentavam cobertura de nuvem – EXP1, EXP2 e EXP3 – com uma camada estável rasa no início da noite, ventos calmos e pouca (ou nenhuma) turbulência, se aprofundando durante a madrugada e ainda mantendo essa tendência de manhã cedo.

Para a simulação do jato, sobre áreas desmatadas (RM e FNS), a turbulência mecânica contribui mais efetivamente para o aprofundamento da CLN, dominando a organização de sua estrutura.

Na FNS, as análises indicaram que a CLN tem um desenvolvimento parecido com aquele observado sobre áreas urbanas – onde uma camada de mistura turbulenta rasa é observada próximo à superfície, nas primeiras horas da noite

O aparecimento do jato causa uma perturbação que se reflete nos níveis mais baixos, intensificando os ventos próximos à superfície e dando origem a movimentos turbulentos que provocam o aparecimento da camada bem misturada observada próximo à superfície, especialmente sobre a FNS, e o desacoplamento da camada superior