Estudio del comportamiento termohidrodinámico de la capa límite atmosférica sobre el Río de la Plata y sus inmediaciones, mediante un modelo de simulación numérica

摘要

Se presenta un modelo de simulación numérica, en tres dimensiones y no estacionario en mesoescala, de la capa límite atmosférica. Se aplica el modelo al estudio de la circulación de brisa sobre el Río de la Plata y su zona de influencia. Se trata de un modelo en ecuaciones primitivas y no lineal que consta de ambas ecuaciones horizontales de movimiento, la ecuación hidrostática, la ecuación de continuidad para un fluído incompresible, la ecuacidn termodinámica y la ecuación de estado de los gases ideales. El dominio horizontal del modelo es aproximadamente de 200 x 200 km y el vertical de 2 km. Con el objeto de tomar en cuenta especialmente la influencia que la irregularidad de la costa ejerce sobre la capa límite, se propuso la aplicación de un método de transforrnación de las coordenadas horizontales como solución al difícil problema que plantea en el modelado numérico tal condición de frontera superior. La transforrnación introduce una de las coordenadas horizontales paralela a las costas uruguaya y argentina mientras que la otra coordenada horizorital es localmente casi perpendicular a la anterior y la coordenada vertical ,sigue un espaciamiento de tipo logarítmico-lineal. Esta transformación permite obtener mayor resolución sobre las costas donde la separación entre puntos es aproximadamente 5 a 10 km, mientras que en las zonas más alejadas, donde se precisa menor resolución, la separación entre puntos es aproximadamente de 20 a 30 km. Similar ventaja se obtiene en la vertical. El sistema de ecuaciones ahora transformado se resuelve por diferencias finitas en el nuevo recinto regular. Para la integración del modelo se utiliza un método explícito y condicionalmente estable, de tipo adelantado en el tiempo, corriente arriba en el espacio para los términos advectivos y centrado en el espacio para los difusivos. Para verificar las soluciones que brinda el modelo se realizan experiencias de comparación con los modelos de McPherson y Pielke quienes simulan la brisa sobre costas que presentan cierta similitud con la del Rio de La Plata. Los resultados de ambas comparaciones son muy buenos y en particular aquella realizada con el modelo de Pielke arroja ademas coincidencias numéricas en los valores de la velocidad vertical. La falta de datos apropiados para una comprobación de los resultados del estudio de brisa sobre el Río de la Plata obliga a la adopción de la simulación numérica como alternativa para verificar la bondad del método utilizado. Para realizar tal simulación se introduce como forzante en superficie una perturbación en la temperatura que es función del tiempo y del espacio. Con el objeto de tomar en cuenta la parte mas definida de un ciclo de brisa, se extendió la simulación durante 14 horas a partir de un instante definido como 2 horas despues de la salida del sol. Tal instante representa, aproximadamente, el momento de mayor homogeneidad horizontal, en todo el dominio de la temperatura en superficie . El método de la transformación de coordenadas además de mostrar condiciones de estabilidad, reproduce las caracteristicas más notables de la brisa como cabría esperar en el Río de la Plata . Entre los resultados obtenidos con el modelo cabe destacar una respuesta correcta del rnismo al forzante introducido en la ternperatura de superficie; la rotacion del viento inducida por la perturbación de la presión es correcta; los campos de convergencia y divergencia horizontal y su movimiento vertical asociado son consistentes con los resultados anteriores; el efecto de la advección horizontal y vertical sobre los ejes verticales de máxima convergencia y divergencia y el movirniento vertical asociado coincide con lo hallado por otros autores; se establece una zona preferencial de convergencia horizontal y movimientos de ascenso sobre la parte oeste de la costa uruguaya y su inmediata adyacencia continental; sobre el resto del dominio predomina la divergencia y los movimientos de descenso; sobre toda la costa uruguaya el viento rota rapidarnente hacia el este y este- sudeste y permanece así durante el resto del día y , por último, sobre la costa de la provincia de Buenos Aires el viento es, sin mayores cambios, del sector noreste y este-noreste durante todo el día.