Turbulent Eddy Diffusivities for a Planetary Boundary Layer Generated by Thermal and Mechanical Effects

Abstract

ABSTRACT.To estimate the superficial concentration of contaminants an eulerian model of dispersion was used, where the main scheme is the diffusion-advection equation that employs turbulent eddy diffusivity. The aim of this work is a comparison between different eddy diffusivity derivations for a planetary boundary layer turbulence generated by thermal and mechanical effects. The accuracy of eddy diffusivity derivations was evaluated by comparing the data simulated in the eulerian dispersion model and the observed concentrations of the Copenhagen and Praire Grass experiments. Three convective eddy diffusivity derivations were compared among themselves: 1) proposed by Degrazia et al., 2) proposed Hostlag & Moeng and 3) the derivation gotten by the parameters of Hanna. Two neutral eddy diffusivity derivations were also compared: 1) proposed by Degrazia et al. and 2) gotten by the parameters of Hanna. In order to improve the comparisons some adjustments and increments were made in Hostlag & Moeng derivation and in that gotten by the parameters of Hanna. We can observe that despite the eddy diffusivities having been formulated by different ways, the results were similar and sufficiently satisfactory. In the convective case, the best simulations of each derivation showed a RESUMO. Na estimativa da concentração superficial de contaminantes foi usado um modelo de dispersão euleriano, tendo como esquema principal a equação de difusão-advecção que emprega coeficiente de difusão turbulento. O objetivo deste trabalhoé a comparação entre diferentes derivações de coeficientes de difusão para uma camada limite planetária cuja turbulênciaé gerada por fatores térmicos e mecânicos. A precisão das derivações foi calculada por meio da comparação entre os dados simulados pelo modelo euleriano de dispersão e os dados de concentração observados nos experimentos de Copenhagen e Praire Grass. Três derivações de coeficientes de difusão convectivos foram comparadas: 1) a proposta por Degrazia et al., 2) a proposta por Hostlag & Moeng, e 3) a derivação obtida através dos parâmetros de Hanna. Também foram comparadas duas derivações de coeficientes de difusão neutros: 1) uma proposta por Degrazia et al. e 2) a obtida por meio dos parâmetros de Hanna. Para uma melhor comparação, foram feitos alguns ajustes nas derivações de Hostlag e Moeng e na obtida através dos parâmetros de Hanna.Pode-se observar que apesar das derivações serem obtidas por diferentes metodologias, os resultados foram similares e suficientemente satisfatórios. Para o caso convectivo, as melhores simulações de cada derivação apresentaram Erro Quadrático Médio Normalizado entre 0,04 e 0,05 quando comparados com os dados do experimento de Copenhagen.Palavras-chave: modelo de dispersão, teoria de Taylor, escala de tempo lagrangeana.