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Mariana Palagano Rachel Albrecht

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Mariana PalaganoRachel Albrecht

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1) Introdução

• Modelos unidimensionais de nuvem:– simples– baixo custo computacional– diversas aplicações (estudo de novas parametrizações):

• previsão numérica de tempo e clima• algoritmos de estimativa de calor latente (TRMM)

• Objetivo:– estudar modelo dinâmico desenvolvido por Ferrier e Houze

(1989) + esquema de classes de gelo de Ferrier (1994):• diferentes condições termodinâmicas• diferentes forçantes em baixos níveis.

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2) Descrição do modelo

• Coordenadas cilíndricas (r,,z)• Simetria axial

• Variáveis prognósitcas

• )()()( AAA ec

hgscircwv qqqqqqqpw , , , , , , , , ,

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• Equações básicas:– Equação do momento vertical– Equação da continuidade de massa– Primeira lei da termodinâmica– Parametrizações das conversões de hidrometeoros

• Equações para variáveis médias na área da nuvem

2) Descrição do modelo

Ambiente Nuvem

advecçãoz

sumidouros fontes dtdfontes e

sumidouros entranhamento fluxo vertical mistura turbulenta

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2) Descrição do modelo

Nuvem

fontes e sumidouros

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2) Descrição do modelo

Movimento vertical:

, onde

Temperatura Potencial:

Lv, Lf, Ls os calores latente de vaporização, fusão e sublimaçãoQs razões de mistura por processos de conversão de hidrometeoros função de Exner:

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2) Descrição do modelo

SumidourosFontes dtdqn

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2) Descrição do modelo

Processos de conversão de hidrometeoros

• Distribuição exponencial (gotículas de nuvem)

• Distribuição gamma (gotas de chuva e gelo)

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2) Descrição do modelo

Nuvem

entranhamento

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2) Descrição do modelo

Entranhamento horizontal– satisfazer a equação da continuidade– raio da nuvem diminui com altura:

• maior próximo ao topo -> aumenta w

– forçante dinâmica: w1=1.75 ms-1, ZR=0.6 km.

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2) Descrição do modelo

Nuvem

fluxosverticais

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2) Descrição do modelo

Fluxos verticais

– último termo difícil de calcular!– considera que as variáveis variam monotonicamente de um

máximo no centro da nuvem até o valor ambiental.– representado pelos turbilhões de escala sub-grade.

Mistura vertical:– promovida pelas térmicas– parametrizada a partir da teoria K.

)''( Aw

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2) Descrição do modelo

Nuvem

misturaturbulenta

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• Equação para W (Crowley, 1986)– Diferenças avanças no tempo– Estabilidade:

• Discretização Temporal (Schlesinger, 1978)

– Vantagem: Estável computacionalmente mesmo em condição de forte convecção

– Sendo (t)max =5s , K`=3K = Coeficiente de difusão de calor

3) Esquema numérico e condições de contorno

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3) Esquema numérico e condições de contorno

• Equações para as outras variáveis (Soong e Ogura, 1973)– Corrente modificado Z=200 m em todo o modelo– Distribuição das variáveis na grade (=0 no topo e na base)– Vantagem sobre os propostos por Crowley, 1986:

• Simplicidade• Estabilidade

Condição de contorno paraqv e na superfície:

Condição de contorno na fronteira superior do modelo:

q’s=0

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• ZR=600 m:

• Tempo de integração: 1 hora• t dado pela equação já apresentada

(~5s)

4) Resultados• Condições iniciais:

oceânica (01/11/1988 00Z) GATE

continental tropical (27/09/2002 06Z)RACCI

1-1-0

-1-10

ms 75.21)(ˆ0 :ms 20ms 8.1)(ˆ0 :ms 5.0

zww

zww

+ úmida

condicionalmenteinstáveis

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4) ResultadosSimulação I: Oceânica, w0=0.5 ms-1

neg + B neg

estabilidade

600 m

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4) ResultadosSimulação II: Continental, w0=0.5 ms-1

6.9 ms-1

• topo: 9 km

• Corr. Asc.: quente e úmida

• Corr. Desc.: início da precipitação

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4) ResultadosSimulação II: Continental, w0=0.5 ms-1

2.2 gkg-1

1.3 gkg-10.6 gkg-1

1.3 gkg-1

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4) ResultadosSimulação III: Oceânica, w0=20 ms-1

11 ms-1

• Cor. Asc.: cresce rápido, quente e úmida

• Cor. Desc.: início t=15 min

• Levantamento vapor por outras Cor. Asc.

• Cor. Desc. inicia-se com a precipitação

• Precipitação na superfície: t=19

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4) ResultadosSimulação III: Oceânica, w0=20 ms-1

Início formação gelo:t = 13 min

(~15 min antes daSim II)

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4) ResultadosSimulação IV: Continental, w0=20 ms-1

• Rápido crescimento Cor. Asc.

• Cor. Desc.: remoção de água (chuva sup)

• Liberação de calor latente (gelo):

Ondas de gravidade

15.3 ms-1

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4) ResultadosSimulação IV: Continental, w0=20 ms-1

• 10 min p/ formar gelo

• Formou mais gelo: granizo + graupel (no total)

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5) Conclusões

• O modelo reproduziu de maneira satisfatória a dinâmica e os processos microfísicos considerados.

• Perfil continental tropical (+ úmido) promove maior formação de hidrometeoros do que o oceânico.

• Forçante dinâmica em baixos níveis possui um papel determinante na rápida e eficiente conversão da umidade em hidrometeoros ondas de gravidade.

máximos

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Agradecimentos

• Dr. Walt Petersen por ter cedido este modelo e por estar sempre pronto a ajudar.