Caracterização observacional da turbulência na superfície da Região Metropolitana de São Paulo

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Silveira, Lucas Cardoso da
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Análise espectral (Análise de séries temporais); Análise estatística de dados; Atmospheric turbulence; Land use; Micrometeorologia; Micrometeorology; Spectral analysis (Analysis of time series); Statistical analysis of data; Turbulência atmosférica; Uso do solo
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/14/14133/tde-13062023-231751/

A turbulência é responsável pelas trocas de calor, massa e momento entre a superfície e a atmosfera. Investigar as suas propriedades na Camada Limite Superficial (CLS) é fundamental para melhorar o entendimento do papel dos processos de troca turbulenta nos estudos de balanço de energia, massa e momento em áreas urbanas, contribuindo para melhorar o desempenho de modelos de previsão do tempo, clima e dispersão de poluentes, ferramentas vitais para gerenciamento ambiental e para a melhoria da qualidade de vida de mais de 85% da população brasileira que vive em cidades. Sobre superfícies ideais, as propriedades estatísticas e espectrais da turbulência na Subcamada Inercial (SI) da CLS são descritas por relações universais da Teoria de Similaridade de Monin-Obukhov (TSMO). No entanto, em áreas urbanas a SI está afastada da superfície pela Subcamada de Rugosidade, dificultando as observações que passam a amostrar a turbulência gerada individualmente pelos elementos de rugosidade no dossel. Nessas condições as propriedades da turbulência não obedecem a TSMO, colocando em questão a sua validade em áreas urbanas. O objetivo deste trabalho é descrever as propriedades estatísticas e espectrais da turbulência da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) utilizando observações de turbulência realizadas entre 2009 e 2017 na plataforma micrometeorológica do projeto MCITY BRAZIL situada no topo do prédio do IAG do campus Butantã da USP. As observações de turbulência correspondem às três componentes da velocidade do vento, temperatura do ar e densidades de vapor dágua e CO2 e foram realizadas de forma simultânea por meio de um anemômetro sônico acoplado a um analisador de gás entre 25 e 26 m do solo com frequência de amostragem de 10 Hz. A descrição das propriedades estatísticas e espectrais abrange: (a) o desenvolvimento de um algoritmo (MBFLUX) de controle de qualidade dos dados; (b) inventário das propriedades aerodinâmicas da superfície com os principais métodos morfométricos e anemométricos de estimativa do comprimento do deslocamento do plano zero e de rugosidade aerodinâmico; (c) análise do footprint das observações; (d) avaliação objetiva do impacto da incertezas dos parâmetros de escala na convergência das relações adimensionais empíricas derivadas a partir das observações no âmbito da TSMO e das predições decorrentes da Lei 5/3 de Kolmogorov válidas no subintervalo inercial dos (co)espectros. Neste estudo, verificou-se que as propriedades estatísticas e espectrais da turbulência na CLS suburbana da RMSP, especificamente desvio padrão e a taxa de dissipação molecular de variância das três componentes da velocidade do vento, temperatura do ar, densidade do vapor de água e dióxido de carbono obedecem às relações universais da TSMO. Além disso, está sendo proposto um novo método para estimar a acurácia das propriedades aerodinâmicas da superfície, bem como uma metodologia de análise e controle de qualidade para dados de turbulência em áreas urbanas.