Analysis of large scale motions that affect the atmospheric boundary layer flow
| Autor: | Stefanello, Michel Baptistella |
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| Přispěvatelé: | Degrazia, Gervásio Annes, Mortarini, Luca, Cava, Daniela, Silvestrini, Jorge Hugo, Acevedo, Otavio Costa, Costa, Felipe Denardin |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2021 |
| Předmět: |
Camada de Ekman
Ventos descendentes Horizontal meandering Simulação numérica direta Direct numerical simulations Surface energy balance Balanço de energia em superfície Camada limite fortemente estável Vento norte Ekman layer Meandro do vento horizontal Downslope winds Very stable boundary layer CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA [CNPQ] |
| Zdroj: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) instacron:UFSM |
| Popis: | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES In the present thesis, the role of non-turbulent processes on the atmospheric boundary layer (ABL) is studied from a numerical point of view and employing experimental micrometeorological data. The thesis is constituted of three articles. In the first one, the effect of stable stratification increase on the flow is investigated by performing direct numerical simulation (DNS) of Ekman layers. The aim is to analyze the propagation and intensification of nearsurface large-scale modes and characterize them as meandering flow. Such non-turbulent modes are described by employing spatial Eulerian autocorrelation functions (EAFs) and spectral analysis, as well as mean and turbulent flow quantities profiles. Simulations show that horizontal meandering characteristics are found in the near-wall region under strong stratification and does not require any external forcing (e.g., surface heterogeneities or local perturbations) to develop. In the second article, meandering occurrences were investigated by using field measurements collected in southern Brazil. Wave-like episodes were isolated employing the temporal EAF approach. The results obtained showed that meandering structures often occur during low-wind and stable regimes and influence the scalar field introducing large-scale contributions to vertical fluxes. Such contributions should be filtered to estimate the turbulent transport correctly and improve the surface energy budget closure. The third article explores the effects of a forced geophysical flow, namely “Vento Norte”, associated with the local terrain features in the ABL based on two years of field observations. Before being detected close to the surface, the phenomenon disturbs the local flow, generating submeso motions. During its life cycle, it advects warm and dry air mass in a robust way, which significantly impacts the meteorological fields from the turbulent point of view, mainly during nighttime periods. The thesis’ results highlight the effects of non-turbulent scales in the flow dynamics under intense stable stratification. Na presente tese, o papel dos processos não turbulentos ocorrendo na Camada Limite Atmosférica (CLA) é estudado de um ponto de vista numérico e através do emprego de dados experimentais. O trabalho é constituído de três artigos. No primeiro, o efeito do aumento da estratificação estável no escoamento é investigado realizando simulações numéricas diretas de camadas de Ekman. O objetivo é analisar a propagação e a intensificação de estruturas de larga escala, próximas da superfície, e caracterizá-las como meandro do vento. Tais estruturas não turbulentas são descritas utilizando funções de autocorrelação eulerianas (FAEs) e análises espectrais espaciais. Da mesma forma, os perfis verticais de quantidades médias e turbulentas do escoamento serão examinados. Os resultados das simulações mostram que as caracteristícas do fenômeno do meandro do vento horizontal são encontradas na região próxima da parede na presença de forte estratificação. Estas caracteristícas não requerem nenhum forçante particular (ex., heterogeneidade da superfície e perturbações locais) para se desenvolverem. No segundo artigo, usando observações de campo coletadas no sul do Brasil, as ocorrências de meandro são investigadas. Episódios ondulatórios são identificados pelo emprego da técnica de FAE em séries temporais. Os resultados obtidos mostram que os movimentos de meandro ocorrem frequentemente durante condições de vento fraco e estável, influenciando o campo de escalares e introduzindo contribuições de baixas frequências nos fluxos verticais. Tais contribuições devem ser filtradas para estimar corretamente o transporte turbulento e para melhorar o fechamento do balanço de energia na superfície. O terceiro artigo explora os efeitos de um escoamento geofísico forçado, chamado Vento Norte, associado às características locais do terreno na CLA. O trabalho emprega observações de campo realizadas durante o período de dois anos. O fenômeno, antes de ser detectado próximo à superfície, perturba o escoamento local, gerando movimentos de submeso. Durante o seu ciclo de vida advecta de forma robusta, massas de ar quentes e secas. Este processo de advecção impacta significativamente, do ponto de vista turbulento, os campos meteorológicos, principalmente durante períodos noturnos. Os resultados da tese evidenciam os efeitos de escalas não turbulentas na dinâmica do escoamento durante condições de forte estratificação estável. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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