Verificação do efeito de meandro do vento através da função de autocorrelação utilizando dados do experimento de Hanford

Authors

  • Viliam Cardoso da Silveira
  • Gervásio Annes Degrazia
  • Daniela Buske

DOI:

https://doi.org/10.5540/03.2015.003.01.0399

Keywords:

Função de autocorrelação, vento fraco, meandro do vento

Abstract

Geralmente em condições estáveis na Camada Limite Planetária (CLP), durante situações nas quais a velocidade do vento apresenta baixa magnitude (u  1 m/s ou u  2 m/s), são observadas oscilações de baixa frequência do vento horizontal. Esta oscilação direcional do vento horizontal é conhecida como o fenômeno de meandro do vento. Assim, o objetivo desse trabalho é verificar a existência do fenômeno de meandro do vento utilizando dados do experimento Hanford através da utilização da função de autocorrelação. O fenômeno de meandro do vento ocorre quando verifica-se a existência de lóbulos negativos dessa função e isso tem efeitos significantes na modelagem da dispersão de poluentes [3]. O experimento foi realizado entre 7 de julho de 1967 até 26 de setembro de 1969. O sıtio experimental foi localizado em uma região semi-árida no sudeste de Washington, EUA. O comprimento de rugosidade foi da ordem of 3cm. Foram coletados 4 gases traços em um total de 54 experimentos. Para atingir o objetivo desse trabalho, foram usados dados de vento fraco ( 2ms) observados em uma torre micrometeorológica na altura de 0.8m. A função de autocorrelação mede o grau de correlação de uma variável, em um dado instante, consigo mesma, em um instante de tempo posterior e é calculada com base na seguinte expressão: r(k) Nk t1 (xt  x)(xtk  x)N t1(xt  x)2 (1) onde k é o número total de experimentos e x se refere a um dado experimento. A partir da função de autocorrelação calculada com base nos dados observados, foram aplicadas metodologias de ajuste, uma proposta por Frenkiel e outra proposta por Degrazia. O método de ajuste utilizado em qualquer uma das metodologias é o algoritmo de Gauss-Newton [2]. Esse método consiste em ajustar um modelo não linear, resolvendo assim, um problema de mınimos quadrados linear. A fórmula de ajuste proposta por Frenkiel [4] é dada por: R()  ep cos(q) (2) Já a fórmula de ajuste proposta por Degrazia [1] é dada por: R() cos(q) (1  p)2 (3) bolsista de doutorado CAPES onde p e q são parâmetros de ajuste e são dados respectivamente por: p 1 (m2  1)T ; q m (m2  1)T (4) onde T é a escala de tempo integral e m é uma quantidade admensional que controla a frequência de oscilação do meandro. O critério de parada utilizado no algoritmo de Gauss-Newton é o da variação relativa, sendo dado por: jx(k1)i  x(k)i j jx(k)i j  0; 0001 (5) A Figura abaixo mostra os resultados da função de autocorrelação calculada experimentalmente e ajustada pelas expressões (2) e (3). A velocidade média do vento foi de 1,014 m/s. Os parâmetros p e q do ajuste proposto por Frenkiel são dados, respectivamente, por 0:22018 e -0:2873631. Já pelo ajuste proposto por Degrazia são dados, respectivamente, por 0:2088297 e -0:2655145. Os parâmetros são praticamente iguais, independente do ajuste utilizado. Figura 1: Função de autocorrelação da velocidade do vento Os resultados obtidos mostram que ocorre meandro do vento no experimento de Hanford, pois em qualquer uma das curvas da Figura acima é observado o lóbulo negativo na função de autocorrelação. Assim, os dados desse experimento podem serem utilizados em modelos difusivos de vento fraco que levam em conta a oscilação do vento na horizontal (meandro).

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Published

2015-08-25

Issue

Section

Modelagem Matemática e Aplicações