Estudo comparativo da estrutura da turbulência atmosférica na camada limite superficial acima da floresta primária e região desmatada da Amazônia: análise de ondeletas aplicadas à detecção de estruturas correntes

Foram analisados dados turbulentos de resposta rápida, coletados em torres micrometeorológicas de 54 metros de altura em Caxiuanã-Pa, de 60 metros de altura na Rebio-Jarú-Ro e em torre de 4,04 metros de altura na Fazenda Nossa Senhora-Ro. Foi desenvolvido estudo comparativo de detecção de estruturas coerentes em dados obtidos acima de florestas e pastagem, portanto sob diferentes condições de rugosidade superficial. Aplicou-se a Transformada em Ondeletas de Morlet para identificar a escala de ocorrência das estruturas coerentes nos sinais de temperatura. Comparou-se a duração média e o comprimento médio das estruturas coerentes para duas.superfícies com rugosidades superficiais diferentes: Caxiuanã e Fazenda Nossa Senhora. Parâmetros de estabilidade atmosférica foram calculados para propiciar um estudo da variabilidade das estruturas coerentes em função das condições de estabilidade atmosférica. Foi calculado sobre a Rebio-Jarú a altura do ponto de inflexão do perfil vertical da velocidade do vento médio e a partir do valor do mesmo observou-se uma nítida correlação deste com a escala de ocorrência das estruturas coerentes. Finalmente, foram calculados os coeficientes de correlação para os sinais brutos e na escala de ocorrência das estruturas coerentes com a finalidade de melhor compreender os resultados de um ponto de vista da ação das estruturas coerentes na mistura turbulenta. Os resultados mostram um comportamento marcadamente diferente, no que diz respeito à floresta e à pastagem. Observou-se que em superfícies rugosas, tais com florestas, em condições próximas da neutralidade, predominam padrões de oscilações associados as escalas temporais da ordem de 80 s, as quais provavelmente, são manifestações de estruturas do tipo "rolos". No entanto, à medida que a altura do ponto de inflexão se aproximou do topo do dossel ocorreu uma diminuição na duração das estruturas coerentes. Além disso, foi observado que o coeficiente de correlação calculado na escala de ocorrência das estruturas coerentes foi consideravelmente maior que o mesmo calculado para o sinal bruto. Tais resultados sugerem mudanças significativas na estrutura da turbulência em regiões desmatadas comparativamente àquelas em que foram mantidas as florestas primárias da Amazônia.

ABSTRACT: Fast response turbulent data measured in micrometeorological towers located at the Caxiuanã Reserve, PA, (54m height), the Rebio-Jaru, RO, (60m height) and the Fazenda Nossa Senhora, RO, (4,04m height) have been analysed. A comparative study of coherent structures detection above experimental sites with distinct roughness surface conditions, forest and pasture, has been performed. The wavelet of Morlet has been used to identify the occurrence scale of coherent structures in temperature series data. Mean time and space scales of the coherent structures above two surfaces with different surface roughnesses have bean compared: for Caxiuanã and Fazenda Nossa Senhora experimental sites. Atmospheric stability parameters have been calculated to provide information to study the variability of coherent structures and its relationship with atmospheric stability conditions. For the Rebio-Jaru experimental site, the inflexional point height concerning the mean wind velocity vertical profile above and inside the forest canopy has been to determined, too. Finally, to better understand the earlier findings regarding turbulent mixing coherent structures characteristics, correlation coefficients between the vertical velocity and temperature time series have been calculated: a) for the measured data; b) for the wavelet coefficients on the time-scale of coherent structures occurrence. The results have shown clear differences between coherent structures occurrence scales above rough surfaces, as forestas, and smoother surfaces, as pastures. Above forest, under near neutral conditions, oscillation patterns with 80s time-scale are dominant, probably associated with “like rolls” structures. However, lesser was the inflexional point height of the wind profile, lesser was the coherent structures time-scale, probably as a consequence of the greater dissipation effect resulting of the impact action of the canopy physical structure upon the flow turbulent eddies. Further, correlation coefficients between the vertical velocity and the temperature calculated from the wavelet coefficients on the timescale of coherent structures occurrence are clearly greater than the ones resulting of the measured data (all available time-scales). Overall, the results suggest that there are crucial changes in the turbulence structure of the flows above deforested regions comparatively with the ones above pristine forest in Amazonia.