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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.14.2022.tde-02082022-140250
Document
Author
Full name
Maciel Piñero Sánchez
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2022
Supervisor
Committee
Oliveira, Amauri Pereira de (President)
Andrade, Maria de Fatima
Degrazia, Gervasio Annes
Júnior, Cléo Quaresma Dias
Targino, Admir Créso de Lima
Title in Portuguese
Investigação dos Jatos de Baixos Níveis na Região Metropolitana de São Paulo
Keywords in Portuguese
Jato de Baixos Níveis
Projeto MCITY BRAZIL
Radiossondagens
Região Metropolitana de São Paulo
WRF
Abstract in Portuguese
O objetivo deste trabalho é determinar as principais propriedades e os mecanismos de geração dos Jatos de Baixos Níveis (JBNs) na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), Brasil, utilizando observações e modelagem numérica com o modelo WRF. As observações consistem em: (a) 160 radiossondagens com resolução espacial (62 m) e temporal (3 h) alta, realizadas durante duas campanhas de medidas do Projeto MCITY BRAZIL no verão (19 a 28 fevereiro) e no inverno (6 a 15 de agosto) de 2013; (b) 2611 radiossondagens com resolução espacial (302 m) e temporal (12 h) mais baixa, realizadas regularmente entre 1 de setembro de 2009 e 16 de agosto de 2013, lançadas, em ambos os casos, no aeroporto Campo de Marte. Essas observações indicam que os JBNs ocorrem em 85% dos dias (20) com sondagens de resolução alta e em 77,6% dos dias (1446) com sondagens de resolução mais baixa, confirmando que os JBNs são uma característica robusta do clima da RMSP. Em média, a maioria dos JBNs (94,1%) ocorre durante a noite, com intensidade de 8,5 ± 0,3 m s-1, altura de 539 ± 26 m, e direção predominante do setor Leste (27,5%) e Norte (25%). Os JBNs exibem uma variação sazonal com intensidade máxima de 8,6 ± 0,3 m s-1 e direção predominante dos setores Leste (25,6%) e Sudeste (25,6%) em outubro e mínima de 7,1 ± 0,2 m s-1 e direção predominante de Norte (27%) em fevereiro, e altura máxima de 703 ± 151 m em março e mínima de 577 ± 151 m em junho. Durante os experimentos de campo em 2013, cerca de 76,4% dos eventos de JBN mostram oscilação inercial e 35,3% deles são combinados com a passagem da brisa marítima. Apenas 17,6% dos eventos de JBN estão associados com a passagem de frentes frias e sistemas de alta pressão pós-frontal. Observações de superfície indicam que a intensidade dos JBNs está negativamente correlacionada com a intensidade da Camada de Inversão Térmica de Superfície e da Ilha de Calor Urbana. Durante os dois experimentos de campo em 2013, o modelo WRF foi capaz de simular os eventos de JBN em 81,3% dos horários quando JBNs foram observados. As principais propriedades dos JBNs simulados são similares às detectadas nos perfis de vento observados. Verificou-se que o JBN modelado se forma primeiro na área rural e depois sobre a área urbana durante a noite. A convecção térmica tardia na área urbana impede que o JBN se forme simultaneamente sobre a área rural. Em média, o JBN simulado é 139 m mais alto na cidade. A intensidade e direção do JBN não variam muito entre a área urbana e a rural. As simulações confirmaram que o JBN da RMSP ocorre como resultado da combinação de: (a) mecanismo de oscilação inercial, (b) baroclinicidade induzida pelo contraste térmico continente-oceano e (c) efeito mecânico da topografia (bloqueio e canalização).
Title in English
Investigation of Low-Level Jets in the Metropolitan Region of São Paulo
Keywords in English
Low Level Jet
MCITY BRAZIL Project
Metropolitan Region of São Paulo
Rawinsondes
WRF
Abstract in English
The goal of this work is to determine the main properties and formation mechanisms of Low-Level Jets (LLJs) in the Metropolitan Region of São Paulo (MRSP), Brazil, using observations and numerical modeling with the WRF model. The observations consist of: (a) 160 rawinsondes with high spatial (62 m) and temporal (3 h) resolution, carried out during two field campaigns of the MCITY BRAZIL Project in summer (19 to 28 February) and in winter (6 to 15 August) 2013; b) 2611 rawinsondes with lower spatial (302 m) and temporal (12 h) resolution, carried out regularly between September 1, 2009 and August 16, 2013, launched, in both cases, at Campo de Marte airport. These observations indicate that LLJs occur on 85% of days (20) with high resolution soundings and on 77,6% of days (1446) with lower resolution soundings, confirming that LLJs are a robust feature of the MRSP climate. On average, most LLJs (94,1%) occur at night, with an intensity of 8,5 ± 0,3 m s-1, height of 539 ± 26 m, and predominant direction of the East (27,5%) and North (25%) sectors. The LLJs show a seasonal variation with maximum intensity of 8,6 ± 0,3 m s-1 and predominant direction of the East (25,6%) and Southeast (25,6%) sectors in October and minimum of 7,1 ± 0,2 m s-1 and predominant direction of North (27%) in February, and a maximum height of 703 ± 151 m in March and a minimum of 577 ± 151 m in June. During field experiments in 2013, about 76,4% of LLJ events show inertial oscillation and 35,3% of them occur in association with sea-breeze passage. Only 17,6% of LLJ events are associated with cold-fronts and postfrontal high-pressure systems. Surface observations show the intensity of the LLJs is negatively correlated with the intensity of the Surface Inversion Layer and the Urban Heat Island. The WRF model was able to simulate LLJ events at 81,3% of the times when LLJs were observed in the MRSP during both field experiments in 2013. The main properties of the simulated LLJs are like those detected in the observed wind profiles. The modeled LLJ forms first in the rural area and then over the urban area at night. The late thermal convection in the urban area prevents the LLJ from forming simultaneously over the rural area. On average, the simulated LLJ is 139 m higher in the urban area. The intensity and direction of the LLJ do not vary much between the urban and rural area. The simulations confirmed that LLJ occurs in the MRSP as result of a combination of (a) inertial oscillation mechanism, (b) baroclinicity induced by continent-ocean thermal contrast and (c) mechanical effect of topography (blocking and channeling).
 
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Publishing Date
2022-08-02
 
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