modelagem da camada limite planetária amauri pereira de oliveira grupo de micrometeorologia
TRANSCRIPT
![Page 1: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/1.jpg)
Modelagem da Camada Limite Planetária
Amauri Pereira de Oliveira
Grupo de Micrometeorologia
![Page 2: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Objetivo
• Nesta palestra serão abordadas as principais técnicas de simulação da turbulência atmosférica da Camada Limite Planetária (CLP):
modelagem numérica;
modelagem analógica.
![Page 3: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/3.jpg)
Introdução
Parte 1
![Page 4: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Micrometeorologia
A micrometeorologia trata dos
fenômenos atmosféricos que ocorrem
nas escalas de espaço menores do que
2 quilômetros e nas escalas de tempo
menores do que 1 hora.
![Page 5: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Escalas da Micrometeorologia
Adaptado de Stull (1988).
![Page 6: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Camada Limite Planetária
A CLP é definida como a região
adjacente à superfície onde a
turbulência gera mistura e o transporte
de energia, massa e momento entre a
superfície e a atmosfera.
![Page 7: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Localização da CLP
Adaptado de Stull (1988).
![Page 8: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Evolução temporal da CLP
Adaptado de Stull (1988).
![Page 9: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/9.jpg)
9
CLP - superfície plana homogênea
Jatos de baixos níveis
Fonte: Fernando et al. (2001).
Sem memória
![Page 10: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Fonte: Fernando et al. (2001).
CLP - superfície não homogênea
CLP urbana
![Page 11: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/11.jpg)
11
CLP – efeito topográfico
Fonte: Hunt et al., 2003 Adveção confere um carácter não local a turbulência.
![Page 12: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Turbulência
Entre todos os processos que tem
relevância em micrometeorologia,
turbulência é o mais importante e
também o mais complexo.
![Page 13: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/13.jpg)
13
História da turbulência
Primeira descrição da turbulência século XV com o famoso desenho de Leonardo da Vinci (1452-1519).
Fonte: www.efluids.com
![Page 14: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Osborne Reynolds
A década de 1880 marca o início da investigação científica da turbulência, com o engenheiro Irlandês Osborne Reynolds (1842-1912 ).
Reynolds, O., An experimental investigation of the circumstances which determine whether the motion of water shall be direct or sinuous, and the law of resistance in parallel channels. Philos. Trans. Roy. Soc. London 174 (1883) 935–982.
![Page 15: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Geoffrey Ingram Taylor
Na década de 1910, físico inglês, Geoffrey Ingram Taylor (1886-1975) descreve os fundamentos físicos do movimento turbulento e apresenta, pela primeira vez, observações de turbulência feitas com anemômetro de fio quente.
Taylor, G.I., Eddy motion in the atmosphere. Philos. Trans. Roy. Soc. London A 215 (1915) 1–26.
![Page 16: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Lewis Fry Richardson
Na década de 1920, matemático inglês Lewis Fry Richardson (1881-1953) apresentou a “lei dos 4/3” e introduziu o Número de Richardson (Ri) .
Richardson, L. F., Atmospheric diffusion shown on a distance-neighbor graph. Proc. Roy. Soc.London A 110(756) (1926) 709–737.
![Page 17: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Andrei Nikolaevich Kolmogorov
Na década de 1940 o físico russo Andrei Nikolaevich Kolmogorov (1903-1997) publicou na URSS a teoria do turbulência de pequena escala.
Kolmogorov, A.N., Local structure of turbulence in an incompressible fluid at very high Reynolds numbers. Dokl. Akad. Nauk SSSR 30 (1941) 299–303.
Kolmogorov, A.N., Energy dissipation in locally isotropic turbulence. Dokl. Akad. Nauk SSSR 32 (1941) 19–21.
![Page 18: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/18.jpg)
18
George Keith Batchelor
Na década de 1950 matemático australiano, George Keith Batchelor (1920-2000), apresenta os fundamentos da teoria do turbulência homogênea:
Batchelor, G.K., The Theory of Homogeneous Turbulence.
The University Press, Cambridge,UK (1953), reprinted 1956.
![Page 19: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/19.jpg)
19
História mais recente
• A partir da década de 1960 foram realizados os grandes experimentos de campo;
• Experimento de Kansas e outros;
• Estes experimentos permitiram a comprovação da universalidade das teorias da similaridades (Monin-Obukov, Convecção livre, etc);
• Surgimento de novas técnicas de investigação da turbulência na CLP.
![Page 20: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Sensoriamento remoto
Imagem de satélite de uma esteira de vórtices de Karman gerados por uma ilha sobre o Pacífico.
Fonte: www.efluids.com
![Page 21: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Simulação Análogica
Túnel de vento
Fonte: www.efluids.com
![Page 22: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Modelagem Numérica
Simulação numérica atuais com grades com 5123 pontos.
Fonte: Moin e Mahesh, 1998.
![Page 23: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/23.jpg)
Modelagem Numérica da
Turbulência da
Camada Limite Planetária
Parte 2
![Page 24: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Principais Técnicas
• Modelos DNS ou modelos de simulação numérica direta (DNS = “Direct Numeric Simulation”);
• Modelos RANS ou Modelos de Média de Reynolds (RANS = “Reynolds Averaged Navier-Stokes”);
• Modelos LES (LES = “Large Eddy Simulation”).
![Page 25: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Modelo DNS
• Solução numérica das equações de Navier-Stokes;
• Todos as escalas do movimento são resolvidas;
![Page 26: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/26.jpg)
26
é a micro escala de Kolmogorov.
l é a escala dos turbilhões mais energéticos.
Escalas da Turbulência
![Page 27: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/27.jpg)
27
Escalas resolvidas pelo modelo DNS
• o número de pontos de grade necessários para resolver todas as escalas de movimento é igual a:
• Na CLP: Re ~ 107
• Modelo DNS requer um grande esforço computacional mesmo para escoamentos com número de Reynolds pequenos (~1000).
493 Re
![Page 28: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/28.jpg)
28
Modelo DNS
• No início da década de 70 foram realizadas as primeiras simulações 3-D de turbulência com modelo DNS no NCAR;
• Primeira simulação com DNS publicada foi para turbulência isotrópica com Re = 35, em uma grade de 323 (Orszag e Patterson, 1972);
• Atualmente: utiliza-se grades com 5123.
![Page 29: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/29.jpg)
29
Menor escala espacial resolvida pelo modelo DNS
Menor escala não precisa ser igual a micro escala de Kolmogorov.
![Page 30: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/30.jpg)
30
Número de Reynolds
O quanto alto Re deve ser para ser considerado alto o suficiente?
Existem vários situações em que aumentar Re significa simplesmente aumentar o tamanho do subintervalo inercial.
![Page 31: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/31.jpg)
31
Modelo DNS
Tem sido muito útil para simular propriedades da turbulência de escoamentos complexos não geofísicos;
Ferramenta de pesquisa extremamente poderosa para Re pequeno (~ 1000);
Utilização de modelo DNS para escoamentos geofísicos ainda é incipiente, porém muito promissora.
![Page 32: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/32.jpg)
32
Modelos de Médias de Reynolds
Modelos diagnósticos;
Modelos prognósticos.
![Page 33: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/33.jpg)
33
Modelos diagnósticos
Modelos diagnósticos estão baseados nas teorias de similaridade válidas para a CLP.
![Page 34: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/34.jpg)
34
Teoria de Similaridades
• Monin-Obukhov: válidos para a CLS e 1 > z/L > -1;
• Convecção Livre: válidos para a CLS e z/L < -1;
• Camada de Mistura: válidos para CM convectiva;
• Local: válidos para a CLP estável.
CLS = Camada Limite Superficial CM = Camada de Mistura
![Page 35: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/35.jpg)
35
Vantagem
• Simplicidade computacional;
• Permite estimar diretamente variâncias da velocidade;
• Permite estimar diretamente as escalas características de comprimento da turbulência.
![Page 36: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/36.jpg)
36
• Não fornece estimativa da altura da CLP;
• Válida somente para CLP em condições de equilíbrio e homogêneas;
• Válida somente para CLP sobre uma superfície horizontalmente homogênea;
• Está restrita às regiões da CLP onde as condições de validade da teoria de similaridade são satisfeitas.
Desvantagem
![Page 37: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/37.jpg)
37
Modelos prognósticos
• Modelo de camada de mistura;
• Modelo de fechamento de primeira ordem;
• Modelo de fechamento de segunda ordem;
• Modelo de fechamento de 1.5 ordem.
![Page 38: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/38.jpg)
38
Modelo de Camada de Mistura
![Page 39: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/39.jpg)
39
Modelo de Camada de Mistura
Hipótese: mistura turbulenta é suficientemente intensa de modo a eliminar os gradientes verticais das propriedades médias ao longo de boa parte da extensão vertical da CLP.
0z
M
bzaw
![Page 40: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/40.jpg)
40
Vantagem
• Simplicidade computacional;
• Fornecem uma estimativa direta da altura da CLP.
![Page 41: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/41.jpg)
41
Desvantagem
• Restrito às condições de uma CLP convectiva ou uma CLP estável com ventos intensos;
• Válido somente quando os poluentes estão completamente misturados ao longo da CLP;
• Não fornece estimativa direta das variâncias da velocidade e das escalas características comprimento.
![Page 42: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/42.jpg)
Modelo de fechamento de 1ª ordem
![Page 43: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/43.jpg)
43
Modelo de fechamento de 1ª ordem
Os modelos de fechamento de primeira ordem estão baseados na analogia existente entre os transportes turbulento e molecular de uma determinada propriedade de um fluido.
λ é o comprimento de mistura e u é a escala característica de velocidade.
z
uKwu M
Fluxo vertical
uK 1M
Coeficiente de difusão
![Page 44: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/44.jpg)
44
Vantagem
• Simplicidade computacional.
![Page 45: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/45.jpg)
45
Desvantagem
• Requer a determinação das escalas características de comprimento e da velocidade da turbulência;
• Não pode ser generalizado para todas as regiões da CLP e condições de estabilidade;
• Não permite a estimativa direta das variâncias da velocidade do vento;
• Não permite a estimativa direta da altura da CLP.
![Page 46: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/46.jpg)
Modelo de fechamento de 2ª ordem
![Page 47: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/47.jpg)
47
Modelo de fechamento de 2ª ordem
Os modelos de fechamento de segunda
ordem estão baseados nas equações que
descrevem os momentos estatísticos de
segunda ordem a partir da parametrização
dos termos de terceira ordem.
![Page 48: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/48.jpg)
48
Equação do Tensor Tensão de Reynolds
Dissipação molecular
Transporte Tendência à Isotropia
![Page 49: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/49.jpg)
49
Parametrizações• Donaldson (1973)• Mellor e Yamada (1974)• André et al. (1978)• Mellor e Yamada (1982) • Therry e Lacarrére (1983)• Andrên (1990) • Abdella e MacFarlane (1997) • Galmarini et al. (1998)• Abdella e MacFarlane (2001)• Nakanishi (2001)• Vu et al. (2002)• Nakanishi e Niino (2004)
Parametrizações baseadas em experimentos de laboratório.
Parametrizações baseadas em experimentos numéricos usando LES.
![Page 50: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/50.jpg)
50
Balanço de ECT na CLP
Estável
Convectiva
Destruição Térmica
Produção Térmica
![Page 51: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/51.jpg)
51
Vantagem
• Fornece uma estimativa direta da altura da CLP;
• Fornece uma estimativa direta das variâncias da velocidade do vento.
![Page 52: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/52.jpg)
52
Desvantagem
• Custo computacional mais elevado do que os demais fechamentos;
• Não fornece uma estimativa direta das escalas de comprimento característica da CLP.
![Page 53: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/53.jpg)
Modelo de fechamento de 1.5 ordem
![Page 54: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/54.jpg)
54
Modelo de fechamento de 1.5 ordem
Os modelos de fechamento de 1.5 ordem também estão baseados na analogia existente entre os transportes turbulento e molecular.
![Page 55: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/55.jpg)
55
Modelos de fechamento de 1.5 ordem
z
eK
ze
ee
zK
g
z
v
z
uK
t
eM1
23
2H0
22
M
A diferença é que a escala característica de velocidade é determinada a partir da equação prognostica para energia cinética turbulenta (e).
![Page 56: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/56.jpg)
56
Altura da CLP sobre Iperó, São Paulo
Corte vertical direção Leste-Oeste
Iperó
Fonte: Pereira (2003)
![Page 57: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/57.jpg)
57
Vantagem
• Fornecem uma estimativa direta da altura da CLP.
![Page 58: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/58.jpg)
58
Mais uma equação prognostica;
Não permitem a estimativa direta das variâncias da velocidade do vento na CLP.
Desvantagem
![Page 59: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/59.jpg)
Modelo LES
![Page 60: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/60.jpg)
60
Modelo LES
Nos modelos do tipo LES, as equações de conservação
de momento, massa e energia são filtradas de modo a
descrever somente os movimentos de escala maior do
que uma determinada escala de corte.
![Page 61: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/61.jpg)
61
Modelos de Médias de Reynolds
f
)x('f)x(f)x(f
![Page 62: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/62.jpg)
62
Modelo LES
)x(f)x(f~
)x(f
f
large eddies
![Page 63: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/63.jpg)
63
Equações do modelo LES
2j
i2
i0
i
j
ij
i
x
u
x
p1
T
g
x
uu
t
u
dxdydzGuu~ ii
2j
i2
j
jiji
i0
i
j
ij
i
x
u~
x
)u~u~uu(
x
p~1~
T
g
x
u~u~
t
u~
Sub-grade
Filtro G
![Page 64: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/64.jpg)
64
Simulação da turbulência no dossel
0U
m200~
z
< 1
00 m
Fonte: Patton et al. (1997); Moeng (2003)
![Page 65: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/65.jpg)
65
CLP Convectiva - Cidade de São Paulo
Corrente ascendente
Fonte: Marques Filho (2004)
![Page 66: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/66.jpg)
66
CLP convectiva – Cidade de São Paulo
Fonte: Marques Filho (2004)
( zi /L ~ - 800)
![Page 67: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/67.jpg)
67
Dispersão de CO na Cidade de São Paulo
Fonte: Marques Filho (2004)
![Page 68: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/68.jpg)
68
Propriedades espectrais
Fonte: Marques Filho (2004)
![Page 69: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/69.jpg)
69
Vantagem
Resolve diretamente os movimentos turbulentos
de grande escala da CLP.
![Page 70: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/70.jpg)
70
Desvantagem
Custo computacional excede a capacidade de processamento disponível para pesquisa no Brasil.
Uma simulação no CRAY J90 do LCCA/USP requer 5 dias de CPU para processar 3000 passos de tempo de 1 segundo em uma grade de 803.
![Page 71: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/71.jpg)
Modelagem Analógica da Turbulência
na Camada Limite Planetária
Parte 3
![Page 72: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/72.jpg)
72
Modelagem Analógica
Modelagem analógica da turbulência na CLP
consiste de gerar turbulência em fluídos em
condições de laboratório. A turbulência pode ser
gerado utilizando ar em um túnel de vento
atmosférico ou com água em tanques de
convecção.
![Page 73: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/73.jpg)
73
Túnel de vento atmosférico
![Page 74: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/74.jpg)
74
Ensaio em túnel de vento atmosférico
![Page 75: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/75.jpg)
75
Vantagem
• Repetir ensaios que simulam CLP controlando as condições médias do escoamento (intensidade e direção do vento);
• Medir em vários pontos do CLP de forma simultânea.
![Page 76: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/76.jpg)
76
Desvantagem
• Limitações nos processos geofisicos que podem ser simulados em um túnel de vento atmosférico.
![Page 77: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/77.jpg)
77
Túnel de vento atmosférico do IPT*
Simular a CLP sobre a Cidade de São Paulo.
* Instituto de Pesquisa Técnológica do Estado de São Paulo
![Page 78: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/78.jpg)
78
Túnel de vento atmosférico do IPT
Seção de ensaio de 3 m. Ventilador pesa 2 toneladas
Distância para gera CLP da ordem de 30 metros.
![Page 79: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/79.jpg)
79
Parte 4
Conclusão
![Page 80: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/80.jpg)
80
Turbulência
Turbulência é um dos fenômenos
da física clássica não resolvidos.
![Page 81: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/81.jpg)
81
Prêmio de 1 milhão de dolares!
Fonte: http//www.claymath.org/millennium
![Page 82: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/82.jpg)
82
Estágio atual
Lumley, J. L. and Yaglom, A. M., 2001: A century of turbulence. Flow. Turbulence and Combustion, 66, 241-286.
![Page 83: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/83.jpg)
83
Micrometeorologia
Isto faz com que a micrometeorologia
possa ser considerada uma das áreas
mais desafiadoras e interessantes da
meteorologia.
![Page 84: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/84.jpg)
84
• Melhorar as previsões de tempo e clima;
• Efetuar corretamente análises de impacto ambiental;
• Representar adequadamente os processos de interação solo-vegetação-atmosfera e oceano-atmosfera;
• Etc.
Relevância
![Page 85: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/85.jpg)
85
Sumário sobre modelos de CLP
Conclui-se que o modelo que melhor combina capacidade de descrever as propriedades da CLP e simplicidade numérica é o modelo de fechamento de segunda ordem.
![Page 86: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/86.jpg)
86
Modelo de fechamento de 2ª ordem
Túnel de vento Modelo
![Page 87: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/87.jpg)
Modelo LES
Apresenta uma grande capacidade de simular turbulência em escoamentos geofísicos.
Saída para custo computacional é o processamento paralelo.
Na USP conseguimos reduzir em um fator de 100 utilizando um código paralelo da modelo LES cedido pela Moeng em uma “HP-Compaq S45 (com 4 processadores e 6Gb de memória)”.
![Page 88: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/88.jpg)
88
Observações LES
Fonte: Moeng (2003)
Modelo LES
![Page 89: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/89.jpg)
89Fonte: Moeng (2003)
Previsão Numérica de Tempo
![Page 90: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/90.jpg)
90
Modelo DNS
Aplicações geofísicas do modelo DNS estão dando origem a nanometeorologia.
Difusão em um “canyon”
![Page 91: Modelagem da Camada Limite Planetária Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062418/552fc12f497959413d8d3a72/html5/thumbnails/91.jpg)
91
Agradecimentos
• O suporte financeiro do CNPq e da FAPESP e da Sociedade Brasileira de Meteorologia.