Estudo do escoamento turbulento atmosférico em diferentes sítios experimentais localizados na Amazônia

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Santana, Raoni Aquino Silva de
• Orientador(a): Silva, Júlio Tóta da
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia - INPA
• Programa de Pós-Graduação: Clima e Ambiente - CLIAMB
• Link de acesso: https://repositorio.inpa.gov.br/handle/1/12965

A região amazônica é mundialmente conhecida pela disponibilidade de água e pelo número de ecossistemas, tais como: florestas densas de terra firme, florestas inundadas, planícies de inundação, igapós, campos abertos e fechados. O importante papel que a floresta amazônica exerce nas trocas de energia e massa com a atmosfera e a implicação destas trocas no clima em escala local, regional e global é fato difícil de ser contestado. Uma vez que tais trocas são controladas pela turbulência atmosférica, o entendimento do escoamento turbulento nas diferentes camadas da atmosfera, dentro e acima do dossel da floresta e sobre superfícies aquáticas na Amazônia se faz necessário. Como base nisso, neste trabalho, foram estudados a variabilidade vertical da velocidade do vento, dos momentos estatísticos da turbulência, do fluxo de calor sensível (H) e da taxa de dissipação da energia cinética turbulenta (ε) em diferentes sítios experimentais sobre áreas de floresta na Amazônia. Além disso, foi realizada uma comparação entre os escoamentos turbulentos sobre um destes sítios (tradada como superfície rugosa) e sobre um lago, este também localizado na Amazônia. Com relação ao perfil vertical do vento, foram analisados dados coletados em seis torres de medidas de diferentes sítios experimentais, com objetivo de observar as características gerais do comportamento do referido perfil, além de testar a habilidade de modelos simplificados em reproduzir tais características. De maneira geral, o perfil abaixo do dossel é fortemente afetado pela estrutura da floresta. Do solo até 0,65 (em que h = 35 m é a altura média do dossel da floresta), o perfil vertical do vento é aproximadamente constante com a altura e apresenta valores muito baixos, menores do que 1,0 ms -1. Acima de 0,65h até 2,25h a velocidade do vento aumenta com a altura. Quanto aos modelos utilizados, tanto o modelo de Yi quanto o de Souza conseguiram reproduzir de maneira satisfatória o perfil do vento para os diferentes sítios experimentais. Em relação a este último modelo, ainda foi possível diminuir a quantidade de variáveis de entrada necessárias para simular o perfil vertical de velocidade do vento sem prejuízo na tal habilidade mencionada acima. Diferentemente do perfil do vento, para as outras análises realizadas neste trabalho foram analisados dados de apenas dois sítios experimentais. Tais dados foram coletados por anemômetros sônicos bi e tridimensionais dispostos desde próximo ao solo da floresta até cerca de 80 m de altura. Comparando os resultados dos dois sítios estudados neste trabalho com outros dois (investigados por outros autores em trabalhos já publicados) também localizados na Amazônia, verificou-se que estes sítios apresentaram diferenças significativas na eficiência em absorver momentum daviii atmosfera, provavelmente devido a pequenas diferenças na estrutura da vegetação de cada sítio. O comportamento dos momentos estatísticos da turbulência evidenciou que vórtices gerados acima do dossel florestal dificilmente penetram a região abaixo de 0.5h, sendo que tal profundidade pode ser mais facilmente atingida durante condições de ventos fortes. Da mesma forma os valores de H foram maiores durante esta condição, tanto durante o dia quanto a noite. Outra observação importante, acerca do perfil de H, é o fato deste não ser constante com a altura, comprometendo a validade da teoria de similaridade de Monin- Obukhov. Além disso, notou-se que o comportamento do ciclo diário de H é bastante complexo em certas alturas, mudando de positivo para negativo dentro do período diurno. Já o ciclo diário de ε, apresenta o mesmo comportamento em todas as alturas, influenciado pelo ciclo diário da radiação solar. Os maiores valores de ε também foram encontrados durante a atuação de ventos fortes, com um máximo próximo ao topo do dossel da floresta. Comparando as características da turbulência sobre a floresta com as observadas sobre o lago, foi verificado que, em geral, a intensidade da turbulência do ar sobre a floresta foi maior do que sobre o lago durante o dia, devido à alta eficiência da floresta em absorver momentum do escoamento. Durante a noite, a situação se inverte, uma vez que a turbulência do ar tem maior intensidade sobre o lago, exceto em alguns períodos em que rajadas de turbulência intermitente ocorrem sobre a floresta. As escalas integrais da turbulência horizontal (Λu) e vertical (Λw), calculadas durante o período diurno, foram maiores sobre a floresta do que sobre o lago, da mesma forma que a escala de comprimento vertical (Lw) também é maior sobre a floresta. Por outro lado, a escala de comprimento horizontal (Lu) foi maior sobre o lago. Os compósitos dos espectros de potencia da velocidade vertical obtidos para os períodos diurno e noturno para cada sítio apresentaram comportamento canônico, com a região do subdomínio inercial bem definida, exceto no período noturno acima da floresta. Finalmente, a produção de turbulência por cisalhamento do vento foi o termo dominante da equação do balanço de Energia Cinética Turbulenta (ECT), durante o período diurno em ambos os sítios. Todos os termos desta equação calculados neste trabalho, referente ao período noturno, apresentaram valores muito próximos de zero sobre o lago, indicando que outros termos que não puderam ser calculados, como a advecção de ECT, podem ter contribuído para manter a turbulência durante a noite neste sítio.