Estudo da influência das estruturas coerentes e da rugosidade na estimativa de fluxos turbulentos sobre o Pantanal
Mauricio José Alves Bolzan
Dissertação de Mestrado em Meteorologia, orientada pelo Dr. Leonardo Deane de Abreu Sá e pelo Dr. Gannabathula Sri Sesha Durga Prasad, aprovada em 12 de março de 1998.
Analisaram-se dados turbulentos de resposta rápida da velocidade do vento e da temperatura, medidos simultaneamente em duas alturas diferentes, em torre microme-teorológica instalada na Reserva de Passo do Lontra (19034,3'S;5701,3'0), município de Miranda, MS, pertencente à Universidade Federal do Mato Grosso do Sul, durante o período de setembro e Outubro de 1996, correspondente à estação seca no Pantanal Matogrossense. O campo experimental é plano, mas as condições superficiais aí são complexas, pois se caracterizam pela existência de arbustos esparsos, de aproximadamente 8 m de altura, os quais, juntamente com gramínea de aproximadamente 2 m de altura, compõem a cobertura vegetal da região, típica do Cerrado. Utilizou-se o método das covariâncias para estimar os fluxos turbulentos de momento de calor sensível. Aplicou-se a Transformada em Ondeletas para separar a média da flutuação turbulenta e para detectar e visualizar estruturas coerentes nos campos de velocidade do vento e de temperatura. A ondeleta discreta biortogonal foi utilizada na detecção dos padrões coerentes e a ondeleta continua do chapéu mexicano foi usada para a elaboração de diagramas em tempo-escala das flutuações dos sinais. Novos critérios de Classificação das condições de estabilidade atmosférica foram aplicados no sentido de agrupar os dados disponíveis e propiciar estudo da variação da fração do fluxo turbulento associado a estruturas coerentes em função das condições de estabilidade atmosférica e também da altura. Técnicas de separação em quadrantes, das contribuições e das flutuações turbulentas para os fluxos, foram utilizados para melhor compreensão dos processos físicos de intrusão e de ejeção turbulentas. Testes estatísticos serviram para verificar se fluxos turbulentos poderiam ser considerados como constantes com a altura. O estudo se estendeu a diversas bandas de freqüências que contribuem para o coespectro turbulento. Os resultados mostram um comportamento marcadamente diferente para as estruturas coerentes térmicas e mecânicas, salvo em condições muito próximas da neutralidade. Nestas, predominam padrões de flutuação associados a escalas temporais da ordem de 100 s, as quais provavelmente são manifestações de estruturas do tipo "rolo". Sob condições moderadamente instáveis ou sob convecção livre, as estruturas coerentes apresentam menor localização em escala, e parece ocorrer um regime misto em que se verificam contribuições tanto de escalas temporais da ordem de 50 s (típicas daquelas verificadas acima de superfícies "lisas") , quanto as da ordem de 100 s, típica de superfícies extremamente rugosas, e possivelmente associadas com a chamada instabilidade do ponto de inflexão. Sob certas condições de estabilidade atmosférica, constatou-se que os fluxos medidos em duas alturas diferentes (5 m de separação) são estatisticamente diferentes.
A study of the influence of the coherent structures and of the roughness in the estimate of turbulent fluxes on the Pantanal-The fast response turbulent data consisting of the wind velocity and the temperature, measured simultaneously at two different heights on a micro-meterological tower installed in the Reserve Passo do Lontra, (19034.3'S;5701.3'0) covered district of Miranda, MS, is analyzed. The data used is for the period September to October 1996, which corresponds to the dry season in the Pantanal Matogrossense. The experimental site region is flat plane, but with quite complex surface condition. The surface of the site is covered by grasses with height of 2 m and composed of the vegetation typical of the region, along with sparsely spaced trees which grow to about 8 m. The momentum and sensible heat fluxes are estimated using the method of covariance. The Wavelet Transform is applied to separate the turbulent fluctuations, and to separate and visualize the coherent structures, in the wind and temperature fields. The biorthogonal wavelet is used for the detection of the coherent structures and the continuous wavelet (Mexican hat) is used to examine the turbulent fluctuations in time scale. New criteria for the classification of the stability conditions of the atmosphere are used to group the data, and to study the fraction of turbulent f lux associated with the coherent structures as a function of the height and stability conditions. Techniques for the separation into quadrants of the turbulent fluctuations are used to better understand the physical processes involved in the intrusion and ejection. Statistical tests are used to verify if the turbulent fluxes are constant with height. The study used various frequency bands that contribute to the turbulent cospectrum. Results show that there is marked difference in the behavior of the thermal and momentum coherent structures, except in conditions of near neutral stability. In these cases, the predominant patterns of fluctuations on scales of about 100 s appear to be related to the roll type structures. Under moderately unstable conditions and in f ree convection, the patterns of the coherent structures are not well localized in scale, and appear to belong to a mixed regime, varying from temporal scales of 50 s (typical of "smooth" surfaces) to scales of the order of 100 s (typical of very rough surfaces), and are probably associated with the so called "point of instability". Under certain conditions of atmospheric stability, the fluxes measured at the two different heights (5 m separation) are statistically different.
Datas de Publicação
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Publicação nesta coleção
21 Dez 2000 -
Data do Fascículo
Nov 1999
