ANÁLISE QUALITATIVA DA DRENAGEM DO AR ATMOSFÉRICO
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(2) ANÁLISE QUALITATIVA DA DRENAGEM DO AR ATMOSFÉRICO 1. INTRODUÇÃO O estudo sobre o comportamento dos meios naturais terrestres tem se tornado cada vez mais importante para a vida cotidiana, pois cada vez mais aumenta-se as demanda pelos mesmo, considerando também que alguns deste já encontram-se em fase de debates sobre a limitação da exploração, além de cada vez mais o ser humano ter buscado descrever os eventos e fenômenos naturais para torna-los assim mais previsíveis ao homem. Dessa maneira surge a necessidade de se buscar novas alternativas de exploração e estudo do ecossistema. Este trabalho traz à debate um tema referente a camada limite planetária atmosférica, a qual é dividida em convectiva e camada estável. A primeira ocorre durante o dia quando o ar próximo a superfície terrestre tem empuxo positivo porque está mais quente e menos denso que o ar acima. Esta condição torna o ar instável e o processo de convecção se estabelece em toda parte da atmosfera que apresenta um gradiente vertical positivo de densidade, o que acaba gerando turbulência profunda e intensa. Nesta condição qualquer gradiente espacial de temperatura, H2O, CO2 e O3 próximos à superfície são rapidamente eliminados devido a mistura intensa causada pela turbulência de grande escala. A segunda ocorre geralmente a noite quando cessa a radiação solar e a superfície e o ar adjacente se resfriam por divergência de radiação de onda-longa (radiação na faixa do infravermelho). A condição de haver ar mais frio e denso próximo superfície torna a atmosfera estável porque o empuxo agora é negativo e qualquer movimento vertical tende a ser eliminado. Nesta condição apenas instabilidades no escoamento causadas pelo cisalhamento do vento podem gerar turbulência. Muitas vezes quando o vento é fraco a turbulência é gerada de maneira intermitente e localizada espacialmente e é pouco intensa. É sob estas condições que o ar próximo a superfície se desacopla do escoamento acima fazendo com que a transferência de escalares (calor, umidade, gases, e poluentes) e momentum entre a superfície e níveis mais altos da atmosfera seja eliminada ou bastante reduzida. Nas últimas décadas há um crescente interesse da comunidade cientifica em quantificar as trocas liquidas de dióxido de carbono (CO2) entre ecossistemas florestais e a atmosfera, devido ao nível de incerteza das estimativas das fontes e sumidouros desses ecossistemas no balanço global de carbono(TOTA,FITZARRALD,2008). Uma das maiores dificuldades está na determinação do fluxo vertical de CO2 durante a noite sob condições estáveis da atmosfera quando a turbulência é fraca e não é bem desenvolvida. O método de determinação do fluxo vertical turbulento de CO2, que é baseado em turbulência bem.
(3) desenvolvida, pode falhar nesta situação. Alem disso drenagem de ar frio pode ocorrer quando houver a presença de camadas de ar frio sobre terreno inclinado, situação na qual a força de empuxo negativa não é completamente balanceada pelo gradiente vertical de pressão. O escoamento de drenagem pode causar um transporte lateral de CO2, e quando isso acontece o termo de advecção na equação de balanço de CO2, alem da divergência do fluxo vertical turbulento, se torna importante. Portanto, o objetivo do trabalho é identificar os possíveis fenômenos atmosféricos associados a ocorrência e drenagem do ar próximo a superfície durante a noite sob condições estáveis da atmosfera. 2. METODOLOGIA A metodologia adotada para o estudo foi uma análise investigativa e descritiva da drenagem do ar, através de dados de velocidade do vento, temperatura e radiação de cinco estações meteorológicas dispostas conforme a figura 1. Cada estação possuía dois sensores anemômetro, onde um é sônico tridimensional de alta frequência (10Hz) e o outro é de 1Hz, sendo que destes foram obtidos somente a resposta de temperatura. Nas estações 1,2,3 e 4 os sensores estavam a 1,5 metros acima da superfície e na torre à 30m. Os dados correspondem ao período entre 18 de março ao dia 20 de maio do ano de 2015. Para fator de análise observamos as direções de fluxo de declividade da região de localização das estações de medição, intensidade da turbulência e saldo de radiação local. Os dados foram obtidos de uma região onde o bioma possui características muito próxima as características da fronteira oeste do Rio Grande Sul, localizado na Universidade Federal de Santa Maria, ou seja, o bioma Pampa residual na região de Santa Maria. Para identificação e análise do fenômeno lançou-se mão de ferramentas gráficas computacionais. A partir do software R gerou-se uma rotina de programação, cujo objetivo foi gerar vetores com direção e sentido estabelecidos pelas três componentes da velocidade do vento. Dessa forma, implementou-se estes vetores junto ao mapa topográfico da região, também obtido através do software R, foi utilizado com parâmetro de variação o tempo, assim para determinar o momento em que ocorre o por do sol, recorreu-se à National Oceanic & Atmospheric Administration (NOAA). Determinado o por do sol, foi realizado uma análise da direção do vento em um período de duas horas em torno desse momento, a justificativa da utilização desse intervalo de tempo é a observação no momento em que ocorre a inversão térmica na CLA. Como a drenagem do ar envolve muitas variáveis, como por exemplo a radiação de ondas curtas insciente sobre o solo e formação da CLE (camada limite estável), o fenômeno também sofre influencia do regime de nuvens diários, assim para se verificar a existência do.
(4) fenômeno fez se necessário avaliar se no momento de análise não havia nuvens sobre a região. 3. RESULTADOS e DISCUSSÃO Seguindo a metodologia descrita foi possível observar o comportamento de ar atmosférico sobre diferentes regimes diários, sendo assim, tomando como referencia o período de tempo estabelecido, obteve-se resultados satisfatório considerando os princípios físicos envolvidos na análise. Dessa forma na figura[1] é notório a existência de uma possível ocorrência de drenagem, pois no início da análise o vento, a nível superficial, está acoplado ao escoamento a uma maior atitude, ou seja, tem-se um instante em que pode-se dizer que o sistema está homogeneizado, em um período posterior é possível identificar a existência de um principio de drenagem do ar e seguindo a análise vê-se no quadro final a drenagem totalmente desenvolvida.. Figura 1 Três observações da direção do vento para o mesmo dia em horários distintos, para quatro sensores a aproximadamente 2 metros de altura (vetores pretos), um a 3( vetor preto) metros e um a 30 metros(vetor vermelho).Fonte: Acervo próprio, 2017.. Porém observando a figura[2] é possível visualizar a existência de nuvens no local, ocorrência que modifica o comportamento da inversão térmica local e fazendo assim com que o resultado obtido não seja completamente confiável.. Figura 2Mapa obtido do satélite GOES-13, regime de nuvens ( modelo T realçado). Fonte: INMET, 2017..
(5) Portanto, para se verificar a existência de nuvem no momento de análise, a partir da figura[3] observar a instabilidade dos fluxos radioativos sobre o local.. Figura 3- Faixas de radiação Azul: radiação de corpo negro emitida;Verde: Radiação Absorvida da atmosfera;Vermelho: Onda curta refletida;Preto: Saldo de radiação. Fonte: Acervo Próprio,2017.. Realizando a mesma análise para outro dia, foi possível obter os resultados contidos na figura[4], onde é possível observar a ocorrência do fenômeno em uma escala considerável, pois no primeiro instante todo o vento sobre o terreno está em uma mesma direção, na sequencia observase que o vento mais próximo à superfície desacopla e seque o sentido de caída do morro e no último quadro notasse que com a queda da velocidade do vento, o mesmo tomou a direção de menor energia potencial do sistema, ou seja, começa a descer o terreno.. Figura 4 Três observações da direção do vento para o mesmo dia em horários distintos, para quatro sensores a aproximadamente 2 metros de altura (vetores pretos), um a 3( vetor preto) metros e um a 30 metros(vetor vermelho).Fonte: Acervo próprio, 2017.. Para confirmar a ocorrência da drenagem devido a inversão térmica, deve-se analisar as nuvens que estão na figura[5]..
(6) Figura 5 Mapa obtido do satélite GOES-13, regime de nuvens ( modelo T realçado).. Além disso, deve-se verificar o comportamento da radiação, o qual é dado na figura[6].. Figura 6 de radiação Azul: radiação de corpo negro emitida;Verde: Radiação Absorvida da atmosfera;Vermelho: Onda curta refletida;Preto: Saldo de radiação. Fonte: Acervo Próprio,2017.. 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS Conclui-se a partir dos dados apresentado a ocorrência do fenômeno de drenagem do atmosférico em condições estáveis da atmosfera sob regiões de terrenos complexos, sendo assim, para o calculo de concentração de escalares deve-se considerar o termo da divergência do mesmo. Como perspectiva para o trabalho, resta modelar através de parâmetros de pressão, velocidade e saldo de radiação a ocorrência do fenômeno, sendo ainda que em uma fase preliminar é possível identificar o provável ponto de ocorrência através das curvas de balanço de radiação sobre a superfície terrestre. 5. REFERÊNCIAS JULIO TO´TA, DAVID R. FITZJARRALD Amazon rain forest subcanopy flow and the carbon budget:Santare´m LBA-ECO site JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH STULL RB. 1988. An Introduction to Boundary Layer Meteorology. Kluwer Academic Publishers. Reprinted with errata-1997. 667 p.. INSTITUTO NACIONA DE METEOROLOGIA. INMET. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento[INTERNET]; [Acessado em 28 set 2017].
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