Estudo da camada limite atmosférica e predição de energia cinética da turbulência em regiões de topografia complexa

Abstract

Resumo: Estudamos os efeitos exercidos pela topografia complexa sobre o escoamento da Camada Limite Atmosférica (CLA). Foram realizadas simulações do escoamento com o emprego do modelo WRF-LES, sobre as regiões de Askervein (Taylor; Teunissen, 1985) e Riverton, ambas com topografia complexa, mas de morfologias e clima diversos. Os resultados das simulações para diversas variáveis micrometeorológic/as foram considerados como dado de entrada para predição dos valores de energia cinética da turbulência (TKE) em diferentes alturas, com emprego de modelos de árvore de decisão. Os valores de TKE utilizados para o treinamento foram obtidos também pelas simulações do WRF-LES, com emprego do esquema de TKE de ordem 1,5 de parametrização dos efeitos subgrade. Os resultados das simulações de Smagorinsky e TKE não apresentaram diferenças significativas. Os resultados dos modelos de árvore de decisão mostraram um bom desempenho na predição de TKE até 700 m em Askervein, e 800 m em Riverton. Ainda, indicaram uma prevalência da forçante mecânica na região de Askervein, de característica predominantemente neutra; Em Riverton, com condições mais afastadas da neutralidade, a forçante termodinâmica teve importância predominante para todos os casos estudados. Os efeitos do relevo foram mais significativos nas condições próximas à neutralidade, ou para alturas de até 50 m da superfície.

Abstract: We studied the effects exerted by complex topography on the Atmospheric Boundary Layer (ABL) flow. Flow simulations were performed using the WRF-LES model over the regions of Askervein (Taylor; Teunissen, 1985) and Riverton, both characterized by complex topography but with different morphologies and climates. The results of the simulations for various micrometeorological variables were used as input data for predicting turbulence kinetic energy (TKE) values at different heights using decision tree models. The TKE values used for training were also obtained from WRF-LES simulations, employing the 1.5-order TKE scheme for subgrid effects parameterization. The results of Smagorinsky and TKE simulations showed no significant differences. The decision tree model results demonstrated good performance in predicting TKE up to 700 m in Askervein and 800 m in Riverton. Additionally, they indicated a prevalence of mechanical forcing in the Askervein region, which exhibited predominantly neutral characteristics. In Riverton, with conditions further from neutrality, thermodynamic forcing played a predominant role in all studied cases. The effects of terrain were more significant in conditions close to neutrality or at heights up to 50 m above the surface.