Camada limite amazônica: aspectos observacionais e de modelagem
Gilberto Fisch
Tese de Doutorado em Meteorologia, orientada pelo Dr. Carlos Afonso Nobre, aprovada em 13 de dezembro de 1995 (INPE/MCT).
Neste trabalho foram realizados estudos relativos à dinâmica da formação e evolução da Camada Limite Atmosférica (CLA) desenvolvidas sobre regiões de floresta tropical e área desmatada, na área de Ji-Paraná, no sudoeste da Amazônia. Estas análises foram realizadas com dados observados de radiossondagem, balão cativo e fluxos turbulentos de superfícies coletadas em dois sítios experimentais, durante a realização do Experimento de Camada Limite de Rondônia (RBLE) nas épocas secas de 1993 e 1994. A Camada Limite Noturna (CLN) desenvolvida sobre pastagem (230-250 m) devido à sua maior rugosidade e turbulência mecânica. Como conseqüência deste fato, a intensidade da inversão térmica da superfície na pastagem (tipicamente de 45-50 K.km-1) é superior ao da floresta (23-30 K.km-1). Durante o dia, o crescimento da Camada Limite Convectiva (CLC) sobre a pastagem (da ordem de 2000-2200 m) é aproximadamente 1000 m maior do que sobre floresta, uma vez que o primeiro possui uma maior taxa de liberação de calor sensível para a atmosfera. O crescimento da CLN e CLC foi estudado usando modelos numéricos uni-dimensionais. A modelagem uni-dimensional da CLN foi baseada em um modelo prognóstico de desenvolvimento da inversão térmica (Yamada, 1979). Os resultados obtidos ajustaram-se melhor aos pontos observacionais na área de pastagem do que sobre a floresta, embora subestimados: para os dados do RBLE 3 o modelo simulou uma altura final da CLN de 203 m para valor observacional de 230 m. Na floresta, a diferença ente as alturas observada e calculada foi de 149 m, provavelmente devido ao fato da estacionaridade do processo ocorrer na pastagem mais cedo do que na floresta. Resultado da sensibilidade do modelo mostraram que o resfriamento noturno da superfície é mais importante do que a divergência do fluxo de energia para o crescimento da CLN. No caso da CLC, um sistema de equações prognósticas, baseado na teoria desenvolvida por Tennekes (1973) foi desenvolvido, descrevendo a altura, a temperatura potencial virtual média da camada e a intensidade da descontinuidade térmica no topo da CLC e simulado com os dados do RBLE 2 e RBLE 3. Os resultados mostraram que o modelo subestima os valores observacionais da altura da CLC e que esta diferença é maior na pastagem do que na floresta. A temperatura potencial média estimada pelo modelo superestima os valores observacionais e esta diferença é de aproximadamente 0,5 K na floresta e 1,5 K na pastagem. A pouca habilidade do modelo em representar o crescimento da CLC, principalmente na pastagem, é devido à circulação térmica secundária (brisa de floresta) originada pela disposição de linhas de remanescentes de floresta tropical inseridas em áreas de pastagem, alterando o balanço de energia da superfície e a erosão da CLN. Esta brisa foi simulada usando um modelo numérico bi-dimensional de mesoescala (The Regional Atmospheric Modeling System -RAMS) e seu sinal observado, através da intensificação do vento horizontal e de células convectivas. A estimativa da energia advectada nesta situação no inicio da manhã é de 0,07 Kms-1 , a qual é da mesma ordem de magnitude dos fluxos turbulentos de superfície medidos.
Amazonian boundary layer: numerical and observacional aspects-The dynamics of the Atmospheric Boundary Layer (ABL) developed over tropical forest and deforested areas (pastures) have been studied, at Ji-Parand area in the southwest of Amaz6nia. Two field experiments (Rondônia Boundary Layer Experiment - RBLE) using radiosondes, tethered balloon and turbulent surface fluxes at both experimental sites have been conducted during the dry season of 1993 and 1994 and this data-set is an unique opportunity to compare the structure and evolution of ABL developed over forest and pasture. The Nocturnal Boundary Layer (NBL) developed over forest (typically around 350-380 m) is deeper than over pasture (230-250 m) due its higher roughness and mechanical turbulence. As a consequence, the strength of thermal inversion is stronger at pasture (typically about 45-50 K.km-1) than over forest (25-30Kkm-1). During the daytime, the growth of Convective Boundary Layer (CBL) over pasture (typically about 2000-2200 m) is about 1000 m higher than over forest, as the former has a higher sensible heat flux to the atmosphere. The growth of NBL and CBL has been studied using uni and bidimensional models. The 1-D analyses of NBL were based on a prognostic model of thermal inversion (Yamada, 1979). The results obtained were better in the pasture than over forest, although underestimated: for RBLE 3 data the model simulated a height of 203 m for pasture similar to the observed height of 230 m. At forest, the difference between the observed and calculated heights was increased to 149 m, probably because the stationarity is reached first at pasture. Sensitivity analysis showed that the surface nocturnal cooling is more important than the divergence of turbulent flux for growth of the NBL. For CBL, a system of prognostic equations, based on the theory developed by Tennekes (1973), which describes the height, the average virtual potential temperature and the intensity of thermal discontinuity at the top of CBL as derived and simulated for RBLE 2 and RBLE 3 data-set. The results have shown that the model underestimated the observations and this difference is higher over pasture than at forest. The average potential temperature estimated by the model has presented a tendency to calculate higher values than 0.5 K over forest and 1.5 K over pasture. The inaccuracy of the model to represent the growth of CBL, mainly at pasture, is due to a kind of secondary thermal circulation (forest breeze), triggered by patches of remaining forest inside pasture area, which alters the heat budget at the surface and the erosion of NBL. This breeze has been simulated using a 2-D (x-z domain) mesoscale model (The Regional Atmospheric Modeling System - RAMS) and its signal has been observed, throughout the intensification of horizontal wind and convective cells. The estimates of energy advection at this designed scenarious at mid-morning yields an energy flux of 0.07 Kms-1, which has the same order of magnitude of the measured surface turbulent flux data.
Datas de Publicação
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Publicação nesta coleção
18 Maio 2000 -
Data do Fascículo
Mar 1999
