Estudo espectral da turbulência da Camada Limite Superficial na região da Estação Antártica Brasileira

O comportamento da turbulência e sua influência no transporte turbulento dos fluxos de momentum e calor, são estudados utilizando dados de alta frequência das flutuações turbulentas das componentes da velocidade do vento e a temperatura. Os dados observacionais foram obtidos pelo Projeto ETA, "Estudo da Turbulência na Antártica" durante novembro de 2014, na Estação Antártica Brasileira "Comandante Ferraz". As medidas de alta frequência foram realizadas utilizando um anemômetro sônico tridimensional instalado a 11,74 m de altura em uma torre; a frequência de amostragem foi de 10 Hz, e foram escolhidos intervalos de 30 minutos para o cálculo dos (co)espectros turbulentos. Foi empregada  análise espectral para a obtenção dos espectros turbulentos das componentes da velocidade do vento e os coespectros turbulentos dos fluxos de momento e calor sob diferentes tipos de estratificação atmosférica. Estes (co)espectros foram ajustados por uma função que permitiu avaliar as propriedades espectrais da turbulência na camada limite superficial. O comportamento dos espectros nas altas frequências foi consistente com a teoria de isotropia local, com as componentes longitudinal, meridional e vertical do vento decaindo com n^-5/3 no subintervalo inercial. O comportamento coespectral dos fluxos turbulentos de momento e calor também se mostrou em acordo com a literatura com os coespectros decaindo com a potência n^-7/3 no subintervalo inercial. Além disso foi avaliada a razão de isotropia (4/3) neste intervalo, mostrando boa concordância entre as densidades espectrais das componentes vertical e longitudinal da velocidade do vento para todas as condições de estabilidade atmosférica analisadas. A validade da teoria do equilíbrio universal de Kolmogorov, nos espectros turbulentos das componentes da velocidade do vento permitiu estimar as taxas de dissipação molecular de energia cinética turbulenta. A variação temporal da energia cinética turbulenta e da taxa de dissipação mostraram, como esperado, padrões similares. A baixa frequência dos espectros da componente vertical mostrou ser mais energética que o espectro modelo para esta componente sob condições neutras, o que pode ser devido ao efeito da intensidade do vento, que resultou ser dominante em relação à influência da topografia e estabilidade ao longo de todo o período. Os fluxos turbulentos de calor e momento foram obtidos a partir da integração de curvas teóricas ajustadas aos coespectros turbulentos sobre todo o intervalo de frequência. Além disso, esses valores de fluxos foram comparados com os fluxos obtidos cada 30 minutos diretamente das séries temporais pelo método da covariância, resultando boa concordância entre os métodos.