Transição de regimes da camada limite estável utilizando um modelo conceitual

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Vargas, André Costa
• Orientador(a): Costa, Felipe Denardin
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal do Pampa
• Programa de Pós-Graduação: Mestrado Acadêmico em Engenharia
• Departamento: Campus Alegrete
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Engenharia; Camada limite estável; Transição de regimes; Modelagem atmosférica; Engineering; Stable boundary layer; Regime transition; Atmospheric modeling
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
• Link de acesso: https://repositorio.unipampa.edu.br/jspui/handle/riu/9727

O comportamento da Camada Limite Atmosférica (CLA) torna-se particularmente complexo durante o período noturno. Nessa fase, devido à estratificação estável, a turbulência do escoamento pode ser suprimida, levando ao desacoplamento dos níveis atmosféricos. A transição de regimes na Camada Limite Estável (CLE) representa um desafio para a modelagem, devido às dificuldades em compreender suas causas e reproduzir essas transições. Para investigar o papel do balanço de energia na superfície nas transições da CLE, foi utilizado um modelo conceitual simplificado, composto por uma equação diferencial para determinar a temperatura superficial. Os fluxos turbulentos foram parametrizados utilizando a teoria-K, e duas funções de estabilidade foram empregadas – Função de Estabilidade Cauda-longa e Função de Estabilidade Cauda-curta – para representar a relação entre a mistura turbulenta e a estratificação local. As simulações foram realizadas com diferentes configurações, variando parâmetros externos como fração de nuvens (qc), capacidade calorífica por unidade de área (Cg), temperatura do substrato (θsub), rugosidade superficial (z0) e velocidade do vento local. Os resultados indicam que a rugosidade superficial e a cobertura de nuvens afetam diretamente a transição de regimes da CLE, pois o aumento dessas variáveis reduz a velocidade necessária para a transição. O papel da capacidade térmica do solo por unidade de área, entretanto, depende da temperatura do substrato: quando a temperatura do substrato é baixa, em relação à do ar, o aumento da capacidade calorífica eleva a velocidade de transição (Vr); por outro lado, quando a temperatura do substrato é próxima ou superior à do ar, o aumento da capacidade calorífica reduz a velocidade necessária para a transição. Os resultados também mostram que o modelo reproduz a transição de regime de maneira independente da função de estabilidade utilizada; no entanto, a relação entre a velocidade do vento e o saldo de radiação é bem representada quando a temperatura do substrato é superior à temperatura do ar. Ainda assim, uma análise mais detalhada é necessária para identificar as condições em que a velocidade da transição na CLE é proporcional ao saldo de radiação na superfície. Palavras-chave: camada limite estável, transição de regimes, modelagem atmosférica.