Estudo sobre as trocas entre a superfície do planeta e a atmosfera utilizando Large-Eddy Simulation

Resumo

A região que corresponde às primeiras centenas de metros da atmosfera, conhecida como camada-limite atmosférica (CLA), concentra todas as trocas de energia, gases e partículas entre a atmosfera e os elementos que compõem a superfície do planeta. Ela possui um escoamento turbulento cuja representação computacional mais fiel se dá pela técnica Large-Eddy Simulation (LES). Nessa técnica, os processos físicos que ocorrem na CLA são simulados em um domínio tri-dimensional, permitindo não só o estudo detalhado do transporte turbulento, como também a validação de modelos simplificados necessários em outros estudos ambientais e meteorológicos. Um dos problemas do uso dessa técnica, entretanto, está na representação da turbulência próximo à superfície, já que o alto custo computacional da simulação força o primeiro ponto de grade a estar a alguns metros do chão, acima da região onde ocorrem diversas trocas. Nesse projeto é proposto o uso do modelo uni-dimensional One-Dimensional Turbulence (ODT) na representação das trocas de superfície dentro do LES. No ODT o escoamento é simulado ao longo de uma linha, e as trocas turbulentas são representadas por um modelo estocástico. Ao inserir um ODT em cada célula do LES adjacente à superfície, é possível simular trocas verticais instantâneas entre a atmosfera e elementos presentes na superfície. O projeto será dividido em duas etapas, sendo que na primeira fase será dada prioridade ao desenvolvimento e validação do acoplamento ODT-LES. Na segunda fase serão escolhidos problemas de grande relevância para a aplicação do modelo. Exemplos de problemas que poderão ser investigados são as trocas entre plantações e atmosfera, o transporte de areia e poeira em regiões desérticas, e o escoamento em ambientes urbanos e na presença de usinas eólicas. (AU)