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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Avaliação e aplicação de esquema de dossel urbano no modelo meteorológico WRF
Authors: Amanda Noronha Moreira de Carvalho
First Advisor: Taciana Toledo de Almeida Albuquerque
First Co-advisor: Lizandro Gemiacki
First Referee: Eleonora Sad de Assis
Second Referee: Edmilson Dias de Freitas
Third Referee: Neyval Costa Reis Junior
Abstract: A substituição de cobertura vegetal por edifícios e superfícies impermeabilizadas, além do desenvolvimento de diversas atividades antrópicas poluidoras, são capazes de alterar drasticamente as propriedades da superfície e interferir nas condições meteorológicas locais. O modelo de mesoescala Weather Research and Forecasting (WRF) quando acoplado à modelos de dossel urbano, como o Building Effect Parameterization (BEP), simula de forma mais completa os processos que ocorrem na camada limite urbana, determinando a distribuição de calor, umidade e momentum, horizontal e verticalmente. Dado que a aglomeração em cidades é uma tendência mundial, faz-se necessário testar as ferramentas disponíveis para o estudo dos efeitos da ocupação urbana nos processos que ditam a formação das condições meteorológicas, das quais dependem inúmeros serviços essenciais. Assim, este trabalho teve como objetivo geral avaliar o efeito da acoplagem de esquema de dossel urbano do BEP no WRF, denominado de uWRF, e aplicá-lo ao estudo do clima urbano da Região Metropolitana de Belo Horizonte (RMBH). Inicialmente, as áreas urbanas foram classificadas em zonas climáticas locais e atualizadas no banco de dados do modelo acoplado. A partir da parametrização do modelo e sua validação com dados medidos, foi observado que uma má representação do solo interfere significativamente na capacidade de predição do uWRF, sendo este, no entanto, promissor na redução do usual viés positivo da velocidade do vento apresentado pela abordagem padrão (controle). Posteriormente, foram comparados os resultados de temperatura do ar a 2m e os fluxos de energia superficiais das duas versões. Foi verificado que a abordagem padrão suprime os fluxos de calor latente nas classes urbanas, estimando um maior armazenamento de calor durante o dia, o que faz com que as temperaturas noturnas sejam mais pronunciadas que aquelas calculadas pelo modelo acoplado em até 1,1°C. Também foi proposto um cenário de urbanização futuro em que se simulou o espalhamento, adensamento e verticalização da mancha urbana atual. Observou-se um aumento máximo na temperatura do ar de 3,2°C e a intensificação da ilha de calor, na região centro-sul da capital. Por fim, testou-se a sensibilidade do BEP com relação à dois parâmetros que caracterizam o dossel urbano. Apesar das modificações brandas nos valores destes, foram perceptíveis as alterações na temperatura do ar e do solo, indicando que o módulo é sensível aos parâmetros de entrada e, portanto, devem ser adotados com critério. Espera-se que as limitações e potencialidades do modelo, bem como outros resultados aqui descritos possam auxiliar na condução de análises ulteriores.
Abstract: Natural land cover substitution for buildings and impervious surfaces, besides the development of polluting human activities, are capable of drastically change the surface properties with a consequential interference on local meteorological conditions. Weather Research and Forecasting (WRF) mesoscale model when coupled with urban canopy schemes such as the Building Effect Parameterization (BEP), is able to simulate more realistically urban boundary layer processes, determining heat, moisture and momentum distribution, both horizontal and vertically. Given human agglomeration in urban areas is a worldwide tendency, it is imperative the need to test available tools to analyze the urban coverage influence on the processes that dictate the meteorological conditions formation, of which several essential services rely on. Thereby, this survey had as main objectives to evaluate the effect of BEPs urban canopy scheme coupling to WRF, denotated as uWRF, and its application in the study of the Metropolitan Area of Belo Horizontes (MABH) urban climate, for which just a few numerical modeling studies have been observed. Initially, urban areas of interest were classified in local climatic zones and updated on uWRF database. After model parameterization and validation with measured data, it was observed that a poor land use and land cover representation negatively impacted on the uWRF predicted results, though it has proven its skillness on reducing the usual wind speed positive bias presented by the bulk approach (control). Subsequently, the 2m air temperature outputs and the surface energy fluxes of both model versions were analyzed. It was verified that WRF tends to suppress latent heat flux in the urban classes and to estimate higher ground heat fluxes during daytime, resulting in more pronounced nighttime temperatures, up to 1.1°C, than those calculate by the urban coupled model. It was also proposed a scenario of future growth, in which was simulated sprawling, densification and verticalization of the current urbanized area. It was observed an air temperature increase up to 3.2°C and the intensification of the urban heat island at the south-central region of Belo Horizonte. Finally, it was performed a sensitivity test on the urban module regarding two urban canopy parameters. Despite the mild alterations proposed, the changes in the air and skin temperature were perceptible, indicating that the module is sensitive to the input parameters which, therefore, must be adopted with discretion. It is expected that the limitations and potentialities of both model versions, besides the results herein depicted may contribute to the conduction of subsequent analyzes.
Subject: Planejamento urbano Fatores climáticos
Meio ambiente
Clima Belo Horizonte (MG)
Engenharia sanitária
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/RAOA-BELRYY
Issue Date: 16-Apr-2019
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