Investigando la Dispersión Vertical Turbulenta en una Capa Límite Atmosférica Neutral Dominada por un Fuerte Corte
Autores: Degrazia, Gervásio Annes; Costa, Felipe Denardin; Martins, Luís Gustavo Nogueira; Camponogara, Luis Fernando; Stefanello, Michel; da Rosa, Cinara Ewerling; Tirabassi, Tiziano
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Investigando la Dispersión Vertical Turbulenta en una Capa Límite Atmosférica Neutral Dominada por un Fuerte Corte
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Solución
Parámetro de dispersión turbulenta
Función delta de Dirac
Constante de Kolmogorov
Capa límite atmosférica neutra
Parámetro de dispersión vertical
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 9
Citaciones: Sin citaciones
El enfoque principal de este artículo es derivar una solución para obtener el parámetro de dispersión turbulenta asintótica proporcionado por el modelo de difusión estadística espectral de Taylor. A diferencia de artículos anteriores, que emplearon la función delta de Dirac para resolver la fórmula de difusividad de remolino, en este estudio, utilizamos las propiedades de la función delta de Dirac para obtener directamente el parámetro de dispersión turbulenta asintótica a partir de la varianza de dispersión espacial de las partículas descrita en términos del espectro de turbulencia euleriano y del factor de escala definido formalmente como la relación entre los tiempos lagrangianos y eulerianos. A partir de la teoría de Kolmogorov de 1941, se presenta una derivación detallada para este factor de escala. Además, utilizando datos de alta velocidad media del viento generados por características topográficas locales, se evalúa una magnitud para la constante de Kolmogorov para la capa límite atmosférica neutra. Así, esta magnitud, al sumarse a otros valores obtenidos de los estudios seleccionados en la literatura, proporciona un valor promedio para la constante de Kolmogorov que concuerda con los resultados de datos de simulación de grandes remolinos. Por lo tanto, este valor promedio permite obtener una descripción más confiable de este factor de escala. Finalmente, empleando formulaciones analíticas para los espectros turbulentos neutros observados y para las varianzas de velocidad, así como cantidades estadísticas turbulentas medidas en una capa límite atmosférica neutra superficial, se deriva un parámetro de dispersión vertical. Este parámetro de dispersión vertical, cuando se utiliza en un modelo de difusión gaussiano simple, es capaz de reproducir bien las concentraciones de contaminantes observadas. Las concentraciones simuladas por el modelo gaussiano también se comparan bien con las simuladas por un modelo de dispersión de partículas estocásticas lagrangianas que utiliza valores de frecuencia pico espectral vertical observados en distintos niveles de la capa límite superficial neutra. Por lo tanto, el presente estudio muestra que la determinación observacional de una única frecuencia pico espectral vertical es suficiente para obtener un parámetro de dispersión vertical realista que caracterice el efecto dispersivo en el entorno turbulento de la capa límite atmosférica neutra superficial.
Descripción
El enfoque principal de este artículo es derivar una solución para obtener el parámetro de dispersión turbulenta asintótica proporcionado por el modelo de difusión estadística espectral de Taylor. A diferencia de artículos anteriores, que emplearon la función delta de Dirac para resolver la fórmula de difusividad de remolino, en este estudio, utilizamos las propiedades de la función delta de Dirac para obtener directamente el parámetro de dispersión turbulenta asintótica a partir de la varianza de dispersión espacial de las partículas descrita en términos del espectro de turbulencia euleriano y del factor de escala definido formalmente como la relación entre los tiempos lagrangianos y eulerianos. A partir de la teoría de Kolmogorov de 1941, se presenta una derivación detallada para este factor de escala. Además, utilizando datos de alta velocidad media del viento generados por características topográficas locales, se evalúa una magnitud para la constante de Kolmogorov para la capa límite atmosférica neutra. Así, esta magnitud, al sumarse a otros valores obtenidos de los estudios seleccionados en la literatura, proporciona un valor promedio para la constante de Kolmogorov que concuerda con los resultados de datos de simulación de grandes remolinos. Por lo tanto, este valor promedio permite obtener una descripción más confiable de este factor de escala. Finalmente, empleando formulaciones analíticas para los espectros turbulentos neutros observados y para las varianzas de velocidad, así como cantidades estadísticas turbulentas medidas en una capa límite atmosférica neutra superficial, se deriva un parámetro de dispersión vertical. Este parámetro de dispersión vertical, cuando se utiliza en un modelo de difusión gaussiano simple, es capaz de reproducir bien las concentraciones de contaminantes observadas. Las concentraciones simuladas por el modelo gaussiano también se comparan bien con las simuladas por un modelo de dispersión de partículas estocásticas lagrangianas que utiliza valores de frecuencia pico espectral vertical observados en distintos niveles de la capa límite superficial neutra. Por lo tanto, el presente estudio muestra que la determinación observacional de una única frecuencia pico espectral vertical es suficiente para obtener un parámetro de dispersión vertical realista que caracterice el efecto dispersivo en el entorno turbulento de la capa límite atmosférica neutra superficial.