Implementação de um modelo de coluna simples para a camada limite estável utilizando diferentes formulações de turbulência

• Main Author: Schmengler, Moacir
• Other Authors: Acevedo, Otavio Costa, http://lattes.cnpq.br/8696858608013659, Costa, Felipe Denardin, http://lattes.cnpq.br/7171227119525859, Piva, Everson Dal, http://lattes.cnpq.br/6060284080248352, Marques Filho, Edson Pereira, http://lattes.cnpq.br/3112476528507003
• Format: Thesis
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Santa Maria 2012
• Subjects: Camada limite estável; Modelo de coluna simples; Formulações de turbulência; Balanço de energia em superfície; Stable boundary layer; Single column model; Turbulence formulations; Surface energy budget; CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIAS::METEOROLOGIA; Arctic
• Online Access: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/10272

In this work a single column model is implemented, aiming primarily to simulate the Stable Boundary Layer (SBL). The model is composed of prognostic equations for the potential temperature, specific humidity and the wind components. A prognostic equation for the turbulent kinetic energy (TKE) is also used. The turbulent fluxes are approximated from diffusion coefficients that are directly proportional to TKE and to the turbulent mixing length, with a adjustable proportionality factor. To estimate the turbulent mixing lengths, four different parametrizations from the literature are considered. First, a stable case in the Arctic is simulated, then the model is adjusted to reproduce previously published Large Eddy Simulations (LES) results for the same case. After the calibration, the model is validated through a comparison with observed nocturnal data, from tethered balloon soundings performed at a deforested area in the Amazon region, in the months of July and October 2001 and November 2003. The temporal evolution of potential temperature and specific humidity vertical profiles are simulated and compared to the observations from 13 different nights. The performance of the different formulations is evaluated through a statistic analysis for all nights. Potential temperature profiles were better represented by the model than specific humidity ones. In spite being able to reproduce different stability conditions, the model represented the most stable nights better. Finally, the model was coupled to a surface energy budget scheme and for these simulations the initial conditions from the night of 28 July 2001 were used. The scheme was used to evaluate how the simulated atmospheric variables depend on the wind intensity at the top of the vertical domain for the different formulations and with or without the energy budget scheme being added. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Neste trabalho é implementado um Modelo de Coluna Simples, com o intuito de simular a Camada Limite Estável (CLE). O modelo é composto por equações prognósticas para a temperatura potencial, umidade específica e para as componentes horizontais do vento, além de uma equação prognóstica para a energia cinética turbulenta (ECT). Os fluxos turbulentos são aproximados por coeficientes de difusão que são diretamente proporcionais à ECT e ao comprimento de mistura turbulenta, de forma que o coeficiente de proporcionalidade é um fator ajustável. Para estimar os comprimentos de mistura turbulentos são utilizadas quatro diferentes parametrizações encontradas na literatura. Primeiramente, é simulado um caso estável no Ártico, sendo o modelo ajustado de forma a produzir resultados próximos aos da Simulação dos Grandes Turbilhões (LES), obtidos por outros autores para o mesmo caso. Realizados os ajustes, o modelo é validado através da comparação com dados noturnos, obtidos por sondagens de balão cativo realizadas em um sítio experimental localizado numa área desmatada da região Amazônica, nos meses de julho e outubro de 2001 e de novembro de 2003. São simulados os perfis verticais de temperatura potencial e de umidade específica e comparados com as observações de 13 diferentes noites. A avaliação do desempenho das diferentes formulações utilizadas é feita através de uma análise estatística, utilizando dados de todas as noites. Observou-se, que os perfis verticais de temperatura potencial foram melhor representados do que os de umidade específica. Embora o modelo tenha sido capaz de reproduzir as diferentes condições de estabilidade, as noites mais estáveis foram melhor simuladas. Finalmente, é acrescentado um esquema que resolve o balanço de energia em superfície ao modelo, sendo utilizadas para este fim as condições iniciais da noite de 28 de julho de 2001. Este esquema foi utilizado para avaliar como as variáveis atmosféricas simuladas dependem da intensidade do vento no topo do domínio vertical, para as diferentes formulações analisadas e com ou sem a utilização do balanço de superfície.