Simulação da camada-limite atmosférica instável da floresta Amazônica usando Large-Eddy Simulation

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Popoff, Mateus Iuri Melo
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Modelo de parede; One-dimensional turbulence; Turbulence; Turbulência; Wall model
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-16012025-153243/

O estudo da camada limite atmosférica (CLA) da Amazônia é importante devido à necessidade de se aprofundar os conhecimentos sobre os fenômenos químicos e de transporte que ocorrem nessa região. Na CLA, a turbulência é responsável por transportar os componentes químicos no dossel da floresta amazônica, além de realizar o transporte desses elementos desde a superfície, passando pela floresta e até o topo da CLA. O Large-Eddy Simulation (LES) é a principal ferramenta para simulações de CLA, porém, no caso da simulação com a CLA Amazônica em condições instáveis o domínio vertical maior devido à convecção térmica. Além disso, é necessário o refinamento do escoamento próximo à superfície para levar em conta os efeitos do dossel amazônico. Isso tudo torna o custo computacional da simulação com LES inviável. A solução proposta nesse trabalho é o uso do modelo de parede One-Dimensional Turbulence (ODT), conhecido como modelo LES-ODT. Esse modelo é capaz de viabilizar o custo computacional da simulação com a CLA instável, além de exigir poucas premissas para ser utilizado, e ser capaz de admitir outros termos escalares com facilidade. Esse modelo acoplado ao LES substitui a necessidade de refinamento da malha ao produzir vórtices estocásticos, gerados estatisticamente no intuito de imitar os efeitos da turbulência nessa região de acordo com seu balanço energético. Apesar do foco deste trabalho ser a floresta Amazônica, o mesmo modelo pode ser aplicado a outros ambientes, seja para resolver problemas relacionados ao transporte de partículas em agriculturas, ou de distribuição de poluentes em grandes centros urbanos, entre outros. No presente estudo, o modelo LES-ODT foi capaz de reproduzir estatísticas importantes de transporte turbulento, em particular para o caso da floresta Amazônica nas condições neutras, convecção forçada e convecção livre de estabilidade. Sendo analisados as médias, variâncias e assimetrias da velocidade, tensão de cisalhamento média, fluxo de calor e perfis de média e variância de temperatura para os três casos. As velocidades horizontais média e as variâncias apresentaram resultados dentro da margem de erro em comparação com os dados empíricos usados na validação. O modelo também foi capaz de reproduzir as assimetrias longitudinais, o que demonstra a sua capacidade de representar estatísticas de alta ordem. Nos três casos abordados nesse trabalho, a validação com os dados empíricos médios obtidos no projeto GoAmazon entre 2014 e 2015 foi satisfatória. A flexibilidade desse modelo em incorporar características de outros ambientes a torna uma ferramenta útil e apta para ser usada em futuros projetos.