ESTUDO DA CAMADA LIMITE PLANETÁRIA SOBRE REGIÕES COM TOPOGRAFIA COMPLEXA E OCUPAÇÃO DO SOLO...
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ESTUDO DA CAMADA LIMITE ESTUDO DA CAMADA LIMITE PLANETÁRIA SOBRE REGIÕES PLANETÁRIA SOBRE REGIÕES
COM TOPOGRAFIA COMPLEXA E COM TOPOGRAFIA COMPLEXA E OCUPAÇÃO DO SOLO OCUPAÇÃO DO SOLO
HETEROGÊNEAHETEROGÊNEA
Amauri Pereira de OliveiraAmauri Pereira de OliveiraGrupo de MicrometeorologiaGrupo de Micrometeorologia
Departamento de Ciências Atmosféricas IAG USPDepartamento de Ciências Atmosféricas IAG USP
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ObjetivoObjetivo
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.
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33
TópicosTópicos
1.1. Camada Limite PlanetáriaCamada Limite Planetária
2.2. Camada Limite UrbanaCamada Limite Urbana
3.3. Camada Limite RuralCamada Limite Rural
4.4. Camada Limite OceânicaCamada Limite Oceânica
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1. Camada Limite Planetária1. Camada Limite Planetária
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55
MotivaçãoMotivação
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.
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MotivaçãoMotivação
O atual estágio do conhecimento da O atual estágio do conhecimento da turbulência impede que os processos turbulência impede que os processos micrometeorológicosmicrometeorológicos presentes na camada presentes na camada limite planetária sejam descritos através de limite planetária sejam descritos através de uma única teoria universal, com detalhe uma única teoria universal, com detalhe suficiente para aplicações meteorológicas, suficiente para aplicações meteorológicas, ambientais e tecnológicas.ambientais e tecnológicas.
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Micrometeorologia trata dos Micrometeorologia trata dos fenômenos de pequena escalafenômenos de pequena escala
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Localização da CLPLocalização da CLP
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Turbulência é descrita do ponto Turbulência é descrita do ponto de vista estatístico através dade vista estatístico através daMecânica Estática dos Fluidos.Mecânica Estática dos Fluidos.
Monin. A.S. and Yaglom, A.M., 1971: Statistical Fluid Mechanics, Vol. 1, Massachussets: MIT Press, 769 pp.
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1010
Estágio atualEstágio atual
Lumley, J. L. and Yaglom, A. M., 2001: A century of turbulence. Flow. Turbulence and Combustion, 66, 241-286.
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O que sabemos sobre o O que sabemos sobre o comportamento da CLP?comportamento da CLP?
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Caracterização da CLPCaracterização 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).
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Caracterização da CLPCaracterização da CLP
Segundo estes estudos, o escoamento turbulento
pode ser divido em camadas adjacentes onde a
turbulência apresenta comportamentos distintos e
idealizados.
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Camada limite turbulentaCamada limite turbulenta
Monin and Yaglom, 1971
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O comportamento do perfil vertical de O comportamento do perfil vertical de velocidade média indica a presença de velocidade média indica a presença de
duas camadasduas camadas
Monin and Yaglom (1971)
Logarítmico
Linear
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Característica da CLP Característica da CLP
Topografia plana;Topografia plana;
Superfície homogênea;Superfície homogênea;
Ausência de distúrbios de escalas maiores Ausência de distúrbios de escalas maiores
do que a micrometeorológica.do que a micrometeorológica.
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Evolução temporal da CLPEvolução temporal da CLP
Baseado em Stull (1988).
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Vórtices - CLP convectiva - DiaVórtices - CLP convectiva - Dia
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Estrutura vertical da CLP: DiaEstrutura vertical da CLP: Dia
Zi = Altura da CLP
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2020
Vórtices - CLP estável - NoiteVórtices - CLP estável - Noite
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Estrutura vertical da CLP - NoiteEstrutura vertical da CLP - Noite
h = Altura da CLP
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Problema atualProblema atual
Topografia complexaTopografia complexa
Superfícies não homogêneasSuperfícies não homogêneas
Superfícies não rígidasSuperfícies não rígidas
Distúrbios de escala maiores do que a Distúrbios de escala maiores do que a micrometeorológicamicrometeorológica
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2323
Regiões complexas de interesseRegiões complexas de interesse
• Urbana
• Rural
• Oceânica
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CLP urbanaCLP urbana
Fonte: Fernando et al. (2001).
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CLP urbanaCLP urbana
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CLP ruralCLP rural
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2727
Efeito topográficoEfeito topográfico
Fonte: Hunt et al., 2003 Adveção confere um carácter não local a turbulência.
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CLP oceânicaCLP oceânica
(Sjöblom e Smedan, 2003)
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2929
2. Camada limite urbana2. Camada limite urbana
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3030
Plataforma micrometeorológicaPlataforma micrometeorológica
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3131
Plataforma MicrometeorológicaPlataforma Micrometeorológica
Início Abril de 1994;Início Abril de 1994;
Quantificar os fluxos de energia, momento Quantificar os fluxos de energia, momento e massa entre a atmosfera e a superfície;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.
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3232
Descrição da radiação solar na Descrição da radiação solar na Cidade de São Paulo 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), 231-249.
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3333
Modelos de radiação difusa 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, 201-214.
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), 59-73.
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3434
Variação regional radiação solarVariação 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, 57-73.
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3535
Radiação de onda longa emitida Radiação de onda longa emitida pela atmosfera na superfíciepela atmosfera na superfície
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3636
Simulação numérica da CLP em Simulação numérica da CLP em São Paulo usando modelo LES São Paulo usando modelo LES
((Large Eddy SimulationLarge 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.
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3737
Modelo LESModelo LES
Equações do movimento média de volume;Equações do movimento média de volume;
Resolve os movimentos turbulentos de escala de Resolve os movimentos turbulentos de escala de comprimento maior do que a grade;comprimento maior do que a grade;
Os efeitos associados aos movimentos turbulentos Os efeitos associados aos movimentos turbulentos de escala menor do que a dimensão da grade são de escala menor do que a dimensão da grade são parametrizados.parametrizados.
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3838
Simulação da CLP com LESSimulação da CLP com LES
Fonte: Marques Filho (2004)
Corrente ascendente
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3939
Simulação com LESSimulação com LES
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4040
Altura de CLP - LESAltura de CLP - LES
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4141
Monóxido de carbono - LESMonóxido de carbono - LES
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4242
Evolução diurna CO - RMSPEvolução diurna CO - RMSP
![Page 43: ESTUDO DA CAMADA LIMITE PLANETÁRIA SOBRE REGIÕES COM TOPOGRAFIA COMPLEXA E OCUPAÇÃO DO SOLO HETEROGÊNEA Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia.](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8da244/html5/thumbnails/43.jpg)
4343
3. Camada limite rural3. Camada limite rural
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4444
Projeto IperóProjeto Iperó
Sensores de radiação
Torre micrometeorológicaBalão cativo
Abrigo Meteorológico
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4545
Localização e TopografiaLocalização e Topografia
Estado de São Paulo550 m120 km do litoral
200 km x 200 kmSerra do marVale do rio Tietê
50 km x 50 kmMorro de Araçoiaba (300m)Vale do rio Sorocaba
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4646
Jatos de baixos níveisJatos de baixos níveis
•Direção: E-SE
•Altura: 300-400 m
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4747
Oscilação diurna do vento na superfícieOscilação diurna do vento na superfície
Dia: N-NW
Noite: S-SE
Dia: N-NW
Noite: S-SE
Inverno
Verão
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4848
Efeito topográficoEfeito topográfico
-56.00 -52.00 -48.00 -44.00 -40.00Longitude (graus)
0
500
1000
Altu
ra (
m)
A
C
D
E
B
CEAOceano Atlântico
Serra do Mar
Rio ParanáPantanal
Corte vertical na direção NW-SE passando por CEA
NW SE
Brisa Marítima
Vento Anabático
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4949
Modelo de fechamento de segunda ordemModelo de fechamento de segunda ordem
•Domínio: 3500 m
•Log-linear (resolução variando de 10 a 50m)
•Alternada
Médias Turbulentas
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5050
Modelo fechamento de segunda ordem
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5151
Modelo fechamento de segunda ordem
![Page 52: ESTUDO DA CAMADA LIMITE PLANETÁRIA SOBRE REGIÕES COM TOPOGRAFIA COMPLEXA E OCUPAÇÃO DO SOLO HETEROGÊNEA Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia.](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8da244/html5/thumbnails/52.jpg)
5252
Modelo fechamento de segunda ordem
![Page 53: ESTUDO DA CAMADA LIMITE PLANETÁRIA SOBRE REGIÕES COM TOPOGRAFIA COMPLEXA E OCUPAÇÃO DO SOLO HETEROGÊNEA Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia.](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8da244/html5/thumbnails/53.jpg)
5353
Esquema ISBAEsquema ISBA
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5454
Esquema ISBAEsquema ISBA
Vermelho - Modelo
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5555
Jatos de baixos níveisJatos de baixos níveis
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5656
4. CLP Oceânica4. CLP Oceânica
![Page 57: ESTUDO DA CAMADA LIMITE PLANETÁRIA SOBRE REGIÕES COM TOPOGRAFIA COMPLEXA E OCUPAÇÃO DO SOLO HETEROGÊNEA Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia.](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8da244/html5/thumbnails/57.jpg)
5757
Projeto FluTuAProjeto FluTuA
Objetivo: medir fluxos turbulentos sobre o oceano Atlântico
Torre micrometeorológica
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5858
Treinamento sobrevivência 2001Treinamento sobrevivência 2001
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5959
Projeto FluTuAProjeto FluTuACampanha Campanha
20022002
![Page 60: ESTUDO DA CAMADA LIMITE PLANETÁRIA SOBRE REGIÕES COM TOPOGRAFIA COMPLEXA E OCUPAÇÃO DO SOLO HETEROGÊNEA Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia.](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8da244/html5/thumbnails/60.jpg)
6060
Projeto FluTuAProjeto FluTuACampanha 2002Campanha 2002
![Page 61: ESTUDO DA CAMADA LIMITE PLANETÁRIA SOBRE REGIÕES COM TOPOGRAFIA COMPLEXA E OCUPAÇÃO DO SOLO HETEROGÊNEA Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia.](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8da244/html5/thumbnails/61.jpg)
6161
Radiação líquida sobre o AtlanticoRadiação 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).
![Page 62: ESTUDO DA CAMADA LIMITE PLANETÁRIA SOBRE REGIÕES COM TOPOGRAFIA COMPLEXA E OCUPAÇÃO DO SOLO HETEROGÊNEA Amauri Pereira de Oliveira Grupo de Micrometeorologia.](https://reader035.fdocumentos.tips/reader035/viewer/2022070311/552fc13b497959413d8da244/html5/thumbnails/62.jpg)
6262
FluTuA - Campanha de 2004FluTuA - Campanha de 2004
16 m
Teleférico
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6363
Projeto FluTuA – Campanha 2007Projeto FluTuA – Campanha 2007
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6464
Página do Grupo de Página do Grupo de MicrometeorologiaMicrometeorologia
http://www.iag.usp.br/meteo/labmicro/http://www.iag.usp.br/meteo/labmicro/