Simulações Numéricas de Escoamentos Atmosféricos: Circulação sobre uma clareira em uma floresta Otávio C. Acevedo Laboratório de Física da Atmosfera -

Apresentação em tema: "Simulações Numéricas de Escoamentos Atmosféricos: Circulação sobre uma clareira em uma floresta Otávio C. Acevedo Laboratório de Física da Atmosfera -"— Transcrição da apresentação:

1 Simulações Numéricas de Escoamentos Atmosféricos: Circulação sobre uma clareira em uma floresta Otávio C. Acevedo Laboratório de Física da Atmosfera - UFSM

2 Sistema de equações governantes da atmosfera Equações do Momento: Equação da continuidade: Equação da energia termodinâmica: Equação de estado: 6 equações, 6 incógnitas (u, v, w, p, T,  )

3 - Fechamento do sistema: depende da escala da simulação - Grade:

4 Discretização das equações Exemplo:fica:

5 - Condições iniciais e de contorno - Problemas associados à discretização

6 Tipos de Modelos - GCM (modelos de circulação global)

7 Tipos de Modelos - Modelos de previsão de tempo (global)

8 - Modelos de previsão de tempo (mesoescala)

9 LES - Large Eddy Simulation (simulação dos grandes turbilhões) Leis de Kolmogorov, espectros turbulentos Espectro da componente vertical da velocidade, medidos em Dona Francisca, RS (cortesia de Rodrigo Silva)

10 - Em uma simulação LES, se resolve explicitamente os turbilhões maiores do escoamento; - A resolução da grade deve ser de uma escala que esteja dentro do subintervalo inercial; - A parametrização de subgrade pode, portanto, ser feita a partir das leis de Kolmogorov

11 CLAREIRAS EM UMA FLORESTA As clareiras representam uma porção pequena da superfície total da floresta, mas podem alterar significantemente as propriedades médias e fluxos locais Nós perguntamos: - As clareiras podem ancorar os fluxos de um escalar (CO2 respiratório, evaporação do solo, radônio, etc.)? Quanto é a influência dessas clareiras nos fluxos? - Até que distância da clareira a sua influência é sentida nos fluxos e variáveis médias?

12 FERRAMENTA: modelo LES dx = dy = dz = 2 m domínio: 180 m em x, 120 m em y, 120 m em z. Floresta de 20 m vento 2 m/s no topo

13 Simulações feitas - no-gap: simulação base, sem clareira; - base gap: clareira de 20 x 20 m no centro do domínio, fluxo de calor no solo de 100 W/m 2, ventos no topo do domínio de 2 m/s; - 200: base gap, mas com fluxo de calor no solo de 200 W/m 2 ; - big gap: base gap, mas dimensões da clareira são 40 x 40 m; - windy: base gap, mas ventos de 5 m/s no topo do domínio. Em todos os casos, vapor d´agua foi usado como traçador escalar, com uma fonte horizontalmente uniforme no solo (100 W/m 2 )

14 PERFIS VERTICAIS

15 Mudanças nos perfis de vento causadas pela clareira:

16 CIRCULAÇÕES

17 FLUXOS A clareira aumenta os fluxos acima e depois de seu lugar

18 Mudanças nos perfis dos fluxos causadas pela clareira

19 Aumento local do fluxo de escalar causado pela clareira

20 CONCLUSÕES - Clareiras na floresta causam uma circulação do ar em forma de um vórtice. Sua ocorrência depende das dimensões da clareira, da intensidade do vento e do aquecimento na superfície da clareira; - Clareiras podem determinar que os fluxos de escalares acima de si sejam até 3 vezes maiores que o fluxo médio no domínio; - O perfil do vento se reajusta rapidamente depois da clareira. Perfis de fluxos precisam de distâncias maiores para se reajustar.