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ESTUDO DA CAMADA LIMITE PLANETÁRIA SOBRE REGIÕES COM TOPOGRAFIA COMPLEXA E OCUPAÇÃO DO SOLO HETEROGÊNEA Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia.

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1 ESTUDO DA CAMADA LIMITE PLANETÁRIA SOBRE REGIÕES COM TOPOGRAFIA COMPLEXA E OCUPAÇÃO DO SOLO HETEROGÊNEA Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia Departamento de Ciências Atmosféricas IAG USP

2 2 Objetivo 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.

3 3 Tópicos 1. Camada Limite Planetária 2. Camada Limite Urbana 3. Camada Limite Rural 4. Camada Limite Oceânica

4 4 1. Camada Limite Planetária

5 5 Motivação 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.

6 6 Motivação O atual estágio do conhecimento da turbulência impede que os processos micrometeorológicos presentes na camada limite planetária sejam descritos através de uma única teoria universal, com detalhe suficiente para aplicações meteorológicas, ambientais e tecnológicas.

7 7 Micrometeorologia trata dos fenômenos de pequena escala

8 8 Localização da CLP

9 9 Turbulência é descrita do ponto de vista estatístico através da Mecânica Estática dos Fluidos. Monin. A.S. and Yaglom, A.M., 1971: Statistical Fluid Mechanics, Vol. 1, Massachussets: MIT Press, 769 pp.

10 10 Estágio atual Lumley, J. L. and Yaglom, A. M., 2001: A century of turbulence. Flow. Turbulence and Combustion, 66,

11 11 O que sabemos sobre o comportamento da CLP?

12 12 Caracterização 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).

13 13 Caracterização da CLP Segundo estes estudos, o escoamento turbulento pode ser divido em camadas adjacentes onde a turbulência apresenta comportamentos distintos e idealizados.

14 14 Camada limite turbulenta Monin and Yaglom, 1971

15 15 O comportamento do perfil vertical de velocidade média indica a presença de duas camadas Monin and Yaglom (1971) Logarítmico Linear

16 16 Característica da CLP Topografia plana; Topografia plana; Superfície homogênea; Superfície homogênea; Ausência de distúrbios de escalas maiores do que a micrometeorológica. Ausência de distúrbios de escalas maiores do que a micrometeorológica.

17 17 Evolução temporal da CLP Baseado em Stull (1988).

18 18 Vórtices - CLP convectiva - Dia

19 19 Estrutura vertical da CLP: Dia Zi = Altura da CLP

20 20 Vórtices - CLP estável - Noite

21 21 Estrutura vertical da CLP - Noite h = Altura da CLP

22 22 Problema atual Topografia complexa Topografia complexa Superfícies não homogêneas Superfícies não homogêneas Superfícies não rígidas Superfícies não rígidas Distúrbios de escala maiores do que a micrometeorológica Distúrbios de escala maiores do que a micrometeorológica

23 23 Regiões complexas de interesse Urbana Rural Oceânica

24 24 CLP urbana Fonte: Fernando et al. (2001).

25 25 CLP urbana

26 26 CLP rural

27 27 Efeito topográfico Fonte: Hunt et al., 2003 Adveção confere um carácter não local a turbulência.

28 28 CLP oceânica (Sjöblom e Smedan, 2003)

29 29 2. Camada limite urbana

30 30 Plataforma micrometeorológica

31 31 Plataforma Micrometeorológica Início Abril de 1994; Início Abril de 1994; Quantificar os fluxos de energia, momento e massa entre a atmosfera e a superfície; Quantificar os fluxos de energia, momento 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.

32 32 Descrição da radiação solar na 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),

33 33 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, 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),

34 34 Variação 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,

35 35 Radiação de onda longa emitida pela atmosfera na superfície

36 36 Simulação numérica da CLP em São Paulo usando modelo LES (Large 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.

37 37 Modelo LES Equações do movimento média de volume; Equações do movimento média de volume; Resolve os movimentos turbulentos de escala de comprimento maior do que a grade; Resolve os movimentos turbulentos de escala de comprimento maior do que a grade; Os efeitos associados aos movimentos turbulentos de escala menor do que a dimensão da grade são parametrizados. Os efeitos associados aos movimentos turbulentos de escala menor do que a dimensão da grade são parametrizados.

38 38 Simulação da CLP com LES Fonte: Marques Filho (2004) Corrente ascendente

39 39 Simulação com LES

40 40 Altura de CLP - LES

41 41 Monóxido de carbono - LES

42 42 Evolução diurna CO - RMSP

43 43 3. Camada limite rural

44 44 Projeto Iperó Sensores de radiação Torre micrometeorológica Balão cativo Abrigo Meteorológico

45 45 Localização e Topografia Estado de São Paulo 550 m 120 km do litoral 200 km x 200 km Serra do mar Vale do rio Tietê 50 km x 50 km Morro de Araçoiaba (300m) Vale do rio Sorocaba

46 46 Jatos de baixos níveis Direção: E-SE Altura: m

47 47 Oscilação diurna do vento na superfície Dia: N-NW Noite: S-SE Dia: N-NW Noite: S-SE Inverno Verão

48 48 Efeito topográfico CEA Oceano Atlântico Serra do Mar Rio Paraná Pantana l Corte vertical na direção NW-SE passando por CEA NWSE Brisa Marítima Vento Anabático

49 49 Modelo de fechamento de segunda ordem Domínio: 3500 m Log-linear (resolução variando de 10 a 50m) Alternada MédiasTurbulentas

50 50 Modelo fechamento de segunda ordem

51 51 Modelo fechamento de segunda ordem

52 52 Modelo fechamento de segunda ordem

53 53 Esquema ISBA

54 54 Esquema ISBA Vermelho - Modelo

55 55 Jatos de baixos níveis

56 56 4. CLP Oceânica

57 57 Projeto FluTuA Objetivo: medir fluxos turbulentos sobre o oceano Atlântico Torre micrometeorológica

58 58 Treinamento sobrevivência 2001

59 59 Projeto FluTuA Campanha 2002

60 60 Projeto FluTuA Campanha 2002

61 61 Radiação 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).

62 62 FluTuA - Campanha de m Teleférico

63 63 Projeto FluTuA – Campanha 2007

64 64 Página do Grupo de Micrometeorologia


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