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