GF 515 Modelación atmosférica orientada a… Clase 2 Hoy Procesos de transporte Difusión molecular Advección Mezcla turbulenta (I) LGK GF51A 2009

Dispersión y transformaciones +CI & CB Lavoisier, 1789 Dispersión y transformaciones Emisiones Remoción LGK GF51A 2009

La ecuación de continuidad se deduce a partir de: Lavoisier (1789) la masa se conserva M Sea un volumen arbitrario V que contiene una masa M LGK GF51A 2009

Después de algo de cálculo y álgebra LGK GF51A 2009

Desorganizado e individual, difusión molecular Transporte Atmosférico ¿Qué es F? Organizado y colectivo, siguiendo el viento promedio LGK GF51A 2009

Pero en la práctica... 1. La difusión molecular es casi siempre despreciable 2. Las variables se conocen sólo como promedios temporales y/o espaciales (Partición de Reynolds) LGK GF51A 2009

CI/CB 0 El aire es poco compresible Advección Mezcla turbulenta y convección Advección LGK GF51A 2009

Advección Prevalece en la horizontal Se trata explícitamente pero hay que ser cuidadosos con los métodos numéricos LGK GF51A 2009

Mezcla turbulenta en la capa límite LGK GF51A 2009

Mezcla turbulenta en la capa límite Prevalece en la vertical (0 ~1 km) Se trata paramétricamente LGK GF51A 2009

Turbulencia y fluctuaciones LGK GF51A 2009

Turbulencia y mezcla LGK GF51A 2009

Flujos turbulentos…remolinos y meandros… Los torbellinos se pueden generar: Mecánicamente (gradiente vertical de viento) (Convección forzada) Térmicamente (gradiente vertical de temperatura) (Convección libre) Inercialmente (cascada turbulenta) LGK GF51A 2009

Turbulencia generada mecánicamente LGK GF51A 2009

Turbulencia generada térmicamente LGK GF51A 2009

Turbulencia generada inercialmente Richardson’s poem: Big whirls have little whirls what feed on their velocity, little whirls have smaller whirls, and so on to viscosity. LGK GF51A 2009

Número de Richardson Un flujo laminar se vuelve turbulento cuando Ri<0.25 LGK GF51A 2009

…mezcla turbulenta La distribución de las trazas es sensible a las parametrizaciones Particularmente cuando hay química de por medio LGK GF51A 2009 Ganzeveld et al, 2008 IGAC Newletters

Tratamiento usual: parametrización à la Fick La mezcla ocurre contra gradiente (-) Existe un coeficiente análogo al coeficiente de difusión molecular Kzz se parametriza y depende de las condiciones de estabilidad y mezcla Kzz se estima a través mediciones de alta frecuencia LGK GF51A 2009

Medición de gradientes de concentración: alta resolución espacial y temporal LGK GF51A 2009

Parametrización de Kzz à la L. Prandtl 1875-1953 Considera turbulencia de origen mecánico l es una longitud característica de los torbellinos No funciona en condiciones de forzamiento térmico  LGK GF51A 2009

Parametrizaciones por similaridad (Monin-Obukov and the like) Se usa análisis dimensional y se definen escalas características… Velocidad de fricción zo: parámetro de rugosidad Mucho más en el curso de capa límite… Continuará LGK GF51A 2009

Una parametrización de Kzz Holstag et al, 1995; Zilinkevich & Mironov, 1996 Condiciones neutras o estables Condiciones inestables LGK GF51A 2009 MATCH Robertson et al, 1999

Ciclo Diario y Estructura de la Capa Límite Atmosférica (CLA) z 1000m Salida del Sol Puesta del Sol Capa Límite Diurna Capa Límite Nocturna Capa Residual LGK GF51A 2009 Cortesía: R. Muñoz