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Mariana PalaganoRachel Albrecht
1) Introdução
• Modelos unidimensionais de nuvem:– simples– baixo custo computacional– diversas aplicações (estudo de novas parametrizações):
• previsão numérica de tempo e clima• algoritmos de estimativa de calor latente (TRMM)
• Objetivo:– estudar modelo dinâmico desenvolvido por Ferrier e Houze
(1989) + esquema de classes de gelo de Ferrier (1994):• diferentes condições termodinâmicas• diferentes forçantes em baixos níveis.
2) Descrição do modelo
• Coordenadas cilíndricas (r,,z)• Simetria axial
• Variáveis prognósitcas
• )()()( AAA ec
hgscircwv qqqqqqqpw , , , , , , , , ,
• Equações básicas:– Equação do momento vertical– Equação da continuidade de massa– Primeira lei da termodinâmica– Parametrizações das conversões de hidrometeoros
• Equações para variáveis médias na área da nuvem
2) Descrição do modelo
Ambiente Nuvem
advecçãoz
sumidouros fontes dtdfontes e
sumidouros entranhamento fluxo vertical mistura turbulenta
2) Descrição do modelo
Nuvem
fontes e sumidouros
2) Descrição do modelo
Movimento vertical:
, onde
Temperatura Potencial:
Lv, Lf, Ls os calores latente de vaporização, fusão e sublimaçãoQs razões de mistura por processos de conversão de hidrometeoros função de Exner:
2) Descrição do modelo
SumidourosFontes dtdqn
2) Descrição do modelo
Processos de conversão de hidrometeoros
• Distribuição exponencial (gotículas de nuvem)
• Distribuição gamma (gotas de chuva e gelo)
2) Descrição do modelo
Nuvem
entranhamento
2) Descrição do modelo
Entranhamento horizontal– satisfazer a equação da continuidade– raio da nuvem diminui com altura:
• maior próximo ao topo -> aumenta w
– forçante dinâmica: w1=1.75 ms-1, ZR=0.6 km.
2) Descrição do modelo
Nuvem
fluxosverticais
2) Descrição do modelo
Fluxos verticais
– último termo difícil de calcular!– considera que as variáveis variam monotonicamente de um
máximo no centro da nuvem até o valor ambiental.– representado pelos turbilhões de escala sub-grade.
Mistura vertical:– promovida pelas térmicas– parametrizada a partir da teoria K.
)''( Aw
2) Descrição do modelo
Nuvem
misturaturbulenta
• Equação para W (Crowley, 1986)– Diferenças avanças no tempo– Estabilidade:
• Discretização Temporal (Schlesinger, 1978)
– Vantagem: Estável computacionalmente mesmo em condição de forte convecção
– Sendo (t)max =5s , K`=3K = Coeficiente de difusão de calor
3) Esquema numérico e condições de contorno
3) Esquema numérico e condições de contorno
• Equações para as outras variáveis (Soong e Ogura, 1973)– Corrente modificado Z=200 m em todo o modelo– Distribuição das variáveis na grade (=0 no topo e na base)– Vantagem sobre os propostos por Crowley, 1986:
• Simplicidade• Estabilidade
Condição de contorno paraqv e na superfície:
Condição de contorno na fronteira superior do modelo:
q’s=0
• ZR=600 m:
• Tempo de integração: 1 hora• t dado pela equação já apresentada
(~5s)
4) Resultados• Condições iniciais:
oceânica (01/11/1988 00Z) GATE
continental tropical (27/09/2002 06Z)RACCI
1-1-0
-1-10
ms 75.21)(ˆ0 :ms 20ms 8.1)(ˆ0 :ms 5.0
zww
zww
+ úmida
condicionalmenteinstáveis
4) ResultadosSimulação I: Oceânica, w0=0.5 ms-1
neg + B neg
estabilidade
600 m
4) ResultadosSimulação II: Continental, w0=0.5 ms-1
6.9 ms-1
• topo: 9 km
• Corr. Asc.: quente e úmida
• Corr. Desc.: início da precipitação
4) ResultadosSimulação II: Continental, w0=0.5 ms-1
2.2 gkg-1
1.3 gkg-10.6 gkg-1
1.3 gkg-1
4) ResultadosSimulação III: Oceânica, w0=20 ms-1
11 ms-1
• Cor. Asc.: cresce rápido, quente e úmida
• Cor. Desc.: início t=15 min
• Levantamento vapor por outras Cor. Asc.
• Cor. Desc. inicia-se com a precipitação
• Precipitação na superfície: t=19
4) ResultadosSimulação III: Oceânica, w0=20 ms-1
Início formação gelo:t = 13 min
(~15 min antes daSim II)
4) ResultadosSimulação IV: Continental, w0=20 ms-1
• Rápido crescimento Cor. Asc.
• Cor. Desc.: remoção de água (chuva sup)
• Liberação de calor latente (gelo):
Ondas de gravidade
15.3 ms-1
4) ResultadosSimulação IV: Continental, w0=20 ms-1
• 10 min p/ formar gelo
• Formou mais gelo: granizo + graupel (no total)
5) Conclusões
• O modelo reproduziu de maneira satisfatória a dinâmica e os processos microfísicos considerados.
• Perfil continental tropical (+ úmido) promove maior formação de hidrometeoros do que o oceânico.
• Forçante dinâmica em baixos níveis possui um papel determinante na rápida e eficiente conversão da umidade em hidrometeoros ondas de gravidade.
máximos
Agradecimentos
• Dr. Walt Petersen por ter cedido este modelo e por estar sempre pronto a ajudar.