Coherent structures detection within a dense alpine forest

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Toro, Ivan Mauricio Cely
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Manancial - Repositório Digital da UFSM
dARK ID: ark:/26339/001300000m4n5
Texto Completo: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/26657
Resumo: Foi investigada a influência dos vórtices coerentes na estrutura da turbulência e no fluxo de momento dentro de uma floresta de coníferas em um planalto alpino na Itália. A presença das estruturas coerentes e suas escalas temporais características foram detectadas ajustando-se as funções de autocorrelação da velocidade com uma função teórica oscilante. A função permitiu diferenciar os dados turbulentos caracterizados por turbulência de escala fina dos dados nos quais a turbulência é dominada por vórtices coerentes gerados no topo do dossel. Foram considerados cinco diferentes regimes de estabilidade , desde a convecção livre (free convection) até a estratificação muito estável (very stable). Foi desenvolvida uma metodologia original e simples para ajustar a função de correlação cruzada (cross-correlation) na presença de comportamentos periódicos no fluxo turbulento de momento. A análise mostrou que perto das condições neutras a escala de tempo mais energética do fluxo de momento é determinada principalmente pela componente longitudinal da velocidade do vento, em vez da vertical. Em condições de convecção livre ou muito estáveis os vórtices coerentes não parecem influenciar o transporte de momento, dominado por estruturas de grande escala. Isso é confirmado pela eficiência da turbulência em escala fina, comparado as estruturas coerentes no transporte turbulento ao longo dos regimes de estabilidade. Por fim, a oscilação das funções de autocorrelação e correlação cruzada das componentes da velocidade do vento na presença de estruturas coerentes é justificada por meio de um modelo estocástico Lagrangiano simplificado
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spelling Coherent structures detection within a dense alpine forestDetecção de estruturas coerentes em uma floresta alpina densaBoundary layerRoughness sublayerCoherent structuresStratificationCanopy turbulenceTransport efficiencyCorrelation functionsCamada limiteEstruturas coerentesEstratificaçãoTurbulência do dosselCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICAFoi investigada a influência dos vórtices coerentes na estrutura da turbulência e no fluxo de momento dentro de uma floresta de coníferas em um planalto alpino na Itália. A presença das estruturas coerentes e suas escalas temporais características foram detectadas ajustando-se as funções de autocorrelação da velocidade com uma função teórica oscilante. A função permitiu diferenciar os dados turbulentos caracterizados por turbulência de escala fina dos dados nos quais a turbulência é dominada por vórtices coerentes gerados no topo do dossel. Foram considerados cinco diferentes regimes de estabilidade , desde a convecção livre (free convection) até a estratificação muito estável (very stable). Foi desenvolvida uma metodologia original e simples para ajustar a função de correlação cruzada (cross-correlation) na presença de comportamentos periódicos no fluxo turbulento de momento. A análise mostrou que perto das condições neutras a escala de tempo mais energética do fluxo de momento é determinada principalmente pela componente longitudinal da velocidade do vento, em vez da vertical. Em condições de convecção livre ou muito estáveis os vórtices coerentes não parecem influenciar o transporte de momento, dominado por estruturas de grande escala. Isso é confirmado pela eficiência da turbulência em escala fina, comparado as estruturas coerentes no transporte turbulento ao longo dos regimes de estabilidade. Por fim, a oscilação das funções de autocorrelação e correlação cruzada das componentes da velocidade do vento na presença de estruturas coerentes é justificada por meio de um modelo estocástico Lagrangiano simplificadoCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESThe influence of coherent vortices on the turbulence structure and momentum flux is investigated inside a coniferous forest on an Alpine Plateau. The presence of coherence structure and their characteristic timescales are detected by fitting the vertical velocity auto-correlation functions with a theoretical oscillating function. This allowed to discriminate between turbulent data subsets characterized by fine-scale turbulence and data subsets in which turbulence is dominated by coherent vortices generated at the canopy top. Five different stability regimes, from free convection to very stable stratification, were considered in the analysis. An original methodology for fitting cross-correlation function in presence of periodic behaviours is developed and applied to the turbulent momentum flux. The analysis shows how not far from neutral conditions the most energetic time scale of the momentum flux is mainly determined by the longitudinal wind velocity component, rather than vertical one, while in free convection and very stable conditions coherent vortices do not seem to influence the momentum transport, dominated by large scale structures. This is confirmed by the fine-scale turbulence and coherent structures efficiency in turbulence transport throughout the stability regimes. Finally, the oscillation of the auto and cross-correlation functions of the wind velocity components in presence of coherent structures is justified by means of a simplified Lagrangian stochastic model.Universidade Federal de Santa MariaBrasilFísicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em FísicaCentro de Ciências Naturais e ExatasDegrazia, Gervasio Anneshttp://lattes.cnpq.br/3195210233978887Mortarini, LucaDias Júnior, Cleo QuaresmaAcevedo, Otavio CostaMaroneze, RafaelCosta, Felipe DenardinToro, Ivan Mauricio Cely2022-10-25T12:12:55Z2022-10-25T12:12:55Z2022-09-29info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/26657ark:/26339/001300000m4n5engAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2024-07-15T17:24:48Zoai:repositorio.ufsm.br:1/26657Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2024-07-15T17:24:48Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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