Parametrizações da CLP. Osvaldo L. L. Moraes UFSM

Tamanho: px

Começar a partir da página:

Download "Parametrizações da CLP. Osvaldo L. L. Moraes UFSM"

Tomás Cesário César
6 Há anos
Visualizações:

1 Parametriações da CLP Osvaldo L. L. Moraes FSM

3 Qual a importância da CLP? RESPOSTA SIMPLES: É nela que a vida ocorre!!!!

4 Mas há outros: Desafio teórico: Sou um homem velho e quando eu morrer e encontrar Deus tenho para ele dois problemas: A cromodinâmica quântica e a turbulência. Sobre a última tenho poucas esperanças que Ele possa me auxiliar H. Lamb Royal Society 191 Desafio experimental: Não é possível extrapolar resultados site-to-site Tempo e Clima: Processos Fundamentais para explicar MITOS fenômenos de maior escala

5 No que reside a complexidade da CLP e quais as dificuldades na sua descrição? Adicionalmente as complexidades das equações da dinâmica e termodinâmica da atmosfera não linearidade e acoplamento existe o problema de fechamento. O Modelo matemático da CLP possui mais incógnitas do que equações. Mostrarei isto em seguida.

6 Mas bah tchê se a coisa é difícil e não tem solução vamos tratar de coisas mais simples. Simplício revisitado Que nada. Deve existir uma maneira de descrever este troço. Salviati revisitado Duas Novas Ciências: Galileo Galilei Mas... Tudo vale a pena quando a alma não é pequena F. Pessoa

7 Como faer isto? Inicialmente entender quais os processos físicos que governam a CLP Em seguida faer uma descrição qualitativa Posteriormente faer um modelo matemático simplificado Em sequência implementar avanços neste modelo Finalmente ter clarea de quais são as limitações do modelo.

8 O primeiro desafio já dá uma idéia das dificuldades e das limitações que terão os nossos modelos

9 Simplificando...Em termos qualitativos o que devemos considerar? As características da CLP são determinadas por dois forçantes: Mecânico e Térmico; wind shear Buoyancy Estes mecanismos determinam a intensidade da turbulência; Algumas vees eles se somam outras competem entre si; A intensidade da turbulência é uma função da altura; Classicamente onde a turbulência cessa é o limite superior da CLP a maioria dos modelos numéricos assume isto. Mas...e sempre tem um mas esta concepção é falha na maioria da vees

10 Assim já temos uma idéia de como construir um modelo para a CLP: Escrever a equação para a energia cinética turbulenta. as vamos deixar isto para daqui a pouc

11 olhando apenas a atmosfera adjacente à superfície é possível ter uma descrição mais simples A Estrutura da CLP Stull 1988

12 ma ve que já temos um picture da CLP como construir o modelo matemático? Equação de Conservação de Momentun k j ijk i k i i j i j i g x x P x t ω ε δ ν ρ 1 3 Equação de Conservação de Massa 0 j j x t ρ ρ Equação de Conservação de Energia Θ Θ Θ S x t j j Equação de Estado P T R ρ Equação de Conservação de Água Q j j S x Q t Q Não há como não partir das equações fundamentais

13 A conservação de energia exemplo na CLP Θ t j Θ x j S Θ Surgiu o problema de fechamento...!! O quê significa isto?

14 O procedimento adotado para derivar as equações levou ao aparecimento dos fluxos turbulentos Qual o significado destes? Eles representam a conexão da superfície com a atmosfera Como eles podem ser representados? aparametriados bresolvidos por equações?

15 Iniciemos pelo mais difícil... Θ Θ p w w y w V x w t w o 1 - g - ρ

16 Agora uma ve que em algum momento uma parametriação deve ser feita exemplifiquemos para o caso mais básico. K w h - Θ K w h - Θ K w h - Θ

17 Aquela equação pode então ser escrita como: Θ Θ Θ Θ Θ Θ v - 1 K y K x K Q E L c y V x t h h h p ρ

18 Podemos agora imaginar um outro bate-papo entre os dois personagens de Galileo. Que belea! Nossos problemas acabaram. Simplício again Ainda nem começaram. Salvati exercendo seu papel crítico. Me fale algo sobre aqueles coeficientes.

19 Simplício levou mais de três séculos para encontrar uma resposta. E ela está muito longe de ser aceita.

20 * * * * * * 1/ w q L L w c H u q u w q u w u w v w u v p ρ ρ ρ τ

21 τ ρ C D 10 H ρ c p C T 10 Θ 10 Θ o L L v ρ C q 10 q 10 q o

22 unstable stable; Pr / / ln Pr / / ln 1 Integrando / / / o 1 1 o * * 1 * * * Θ Θ Θ L L k L L k u L Q q k L k L u k m m m m m m m m m m q T m ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ

23 [ ] drag coefficient / ln C ; e gradiente entre ; / Ri 5Ri 1 15Ri 1 / ln 5Ri 1 10Ri 1 / ln D 1 b 1 1/ b b * * 1 1/ b b * o o o o k g u k k u Louis et al 1981

25 m exemplo ilustrativo Tomara que eu tenho tempo para apresentar

26 Questão: Como considerar as diferentes superfícies e diferentes fluxos superficiais a elas associados dentro de uma mesma célula de grade de um modelo numérico?

27 Até que ponto a questão da heterogeneidade é importante? Não há consenso na comunidade: modeladores tendem a considerar o problema mais importante que os que faem observações. Regiões de maior rugosidade tendem a ter um peso maior na média regional

28 Segundo Mahrt 1999 a caracteriação de homogênea ou heterogênea não é própria de cada superfície mas depende muito das condições atmosféricas. Durante o dia a questão é definir como faer as médias; Mas e à noite?

29 u q Típica parametriação de superfície Blackadar 1979: κ ln κ κ fm Rib h / 0 Tmax T fh Rib fm Rib ln h / 0 qmax q fq Rib f Ri ln h / m b 0 f Ri 0 1 Ri / Ri H LE b c ρc p u ρlu q for Ri for Ri b b < Ric Ri c A parametriação acima funciona muito bem e é fisicamente consistente LOCALMENTE. Como fica para uma área? Por exemplo uma célula de grade?

30 O fluxo médio é muito diferente do fluxo devido ao estado médio da região que em muitos casos é nulo! Night Ri b H H Ri b LE LE 8 September September September September September September September September September September October October October October October October October October October Ri b Ri b

31 Questão final: é mais importante acertar temperatura ou fluxo?

32 Considerações quase finais As parametriações existentes têm sérios problemas em condições estáveis especialmente no que di respeito a contabiliar eventos turbulentos localiados; ma parametriação ideal talve precise considerar uma escala de heterogeneidade.

Considerações Finais Avançamos muito. Graças aos recursos computacionais desenvolvimento de sensores métodos de interpretação e análise de dados.

33 Considerações Finais Avançamos muito. Graças aos recursos computacionais desenvolvimento de sensores métodos de interpretação e análise de dados. Contudo muito ainda resta a ser feito. Por muitos anos vamos depender de medidas de campo. Mas esta é uma outra história a ser contada com carinho. Por enquanto vale dier:

34 Mais importante do que os recursos materiais são os recursos humanos. Em ciência mais do que em qualquer outra atividade os desafios são os propulsores da evolução. Isto requer cérebros. A descrição da CLP e da teoria da Turbulência está neste limiar. A Ciência do Complexo é a fronteira do conhecimento. Finalmente. Duas mensagens aos jovens: Reconhecimento antes de Trabalho só no Dicionário Sem Tesão não há Solução Gilberto Freire

35 Obrigado Bom Churrasco.

Documentos relacionados

Fundamentos da Dispersão Atmosférica

Fundamentos da Dispersão Atmosférica Professor: Neyval Costa Reis Jr. Departamento de Engenharia Ambiental Centro Tecnológico UFES Fundamentos da Dispersão Atmosférica Ementa: Micrometeorologia. Teorias