Estudo de brisas e depressões térmicas: aplicação à Península Ibérica

Tese de mestrado, Ciências Geofísicas (Meteorologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2009É estudada a formação e evolução de brisas e depressões térmicas recorrendo a um conjunto de simulações numéricas idealizadas, realizadas com o modelo numérico de mesoscala WRF. Em particular, é estudada a depressão térmica que se forma frequentemente no Verão sobre a Península Ibérica. À excepção do caso da simulação real, os efeitos da humidade, nuvens, precipitação, gelo e neve são desprezados nestas simulações, e usa-se uma aproximação do plano-f. As condições iniciais são homogéneas na horizontal, sendo os perfis verticais das variáveis baseados em perfis verticais estáveis num ponto sobre o Oceano Atlântico que está afastado de terra, num dia de Verão. Não estão portanto representadas as condições sinópticas nas simulações idealizadas. As simulações começam por uma situação altamente idealizada em que a Península Ibérica (PI) é representada por uma ilha quadrada de 810 km de lado no centro de um domínio de mar. Partindo desta simulação são criadas novas simulações, nas quais vai sendo acrescentado realismo progressivamente, com o objectivo de compreender o efeito na formação e evolução da depressão térmica Ibérica (DTI) da latitude, do escoamento de fundo, da forma real da linha de costa e das massas de terra adjacentes e da topografia real. Finalmente é corrida uma simulação incluindo todas as parametrizações físicas e campos de variáveis realistas, com o intuito de compreender quais as limitações das aproximações feitas. Os resultados obtidos, na ausência de escoamento sinóptico, mostraram boa concordâncias as conclusões da teoria linear relativamente à variação com a latitude da extensão horizontal da circulação de brisa e à relação de fase entre aquecimento e circulação. Mostraram também que existe uma assimetria na intensidade do aquecimento entre dia e noite, tanto no equador como a 40o N. Esta assimetria, em conjunto com o efeito de Coriolis, determinam ausência de brisa terrestre no equador ao contrario do que acontece a 40o N. A introdução de um escoamento de fundo geostrófico de oeste é responsável por uma maior advecção de ar frio marítimo, causando uma diminuição da intensidade do escoamento de brisa marítima, dos gradientes de temperatura e de pressão (particularmente na costa oeste), assim como a deslocação da depressão térmica para este. A introdução da geometria real da linha de costa e das massas de terra adjacentes à PI, provocam uma assimetria no escoamento e nos gradientes de pressão e temperatura entre as linhas de costa da PI este e oeste assim como entre as linhas de costa norte e sul. Esta assimetria está associada às maiores pressões sobre o Atlântico (mesmo na ausência do anticiclone dos Açores) em relação ao Mediterrâneo, onde a depressão térmica do Sahara (DTS) tem uma influencia importante. A circulação ciclónica em torno da PI, associada a DTI, não fecha por completo devido a presença da DTS e de uma faixa de terra a nordeste da PI, na região dos Pirenéus. Na ausência de orografia, o escoamento sobre a PI organiza-se na forma de uma linha de convergência do lado de terra da linha de costa, correspondente à frente de brisa marítima. A orografia tem uma influência importante na intensidade da depressão térmica e no escoamento no interior da Península Ibérica, que passa organizar-se em linhas de convergência associadas às frentes de brisa marítima e às elevações orográficas. O movimento vertical na camada limite está intimamente ligado a estas linhas de convergência. Adicionalmente a presença de elevações topográficas na vizinhança da linha de costa provoca interacção entre brisas marítimas (terrestres) e de vale (montanha), podendo amplificar consideravelmente a intensidade do escoamento.The mesoscale numerical model WRF is used to study the formation and evolution of breezes and heat lows. In particular, the thermal low that frequently develops in the summer over the Iberian Peninsula is studied. With the exception of the real simulation, the effects of moisture, clouds, precipitation, ice and snow were neglected in these simulations, and an f-plane approximation is used. The initial conditions are horizontally homogeneous. The variables initial vertical profiles are based on stable vertical profiles from a grid point located over the Atlantic Ocean, far from land, in the summer. Thus, the synoptic situation isn’t represented in the idealized simulations. The simulations begin by a highly idealized situation, where the Iberian Peninsula is represented by a square island, with a side length of 810 km, in the centre of a sea domain. A series of new simulations is created based on this simulation, with progressively increasing realism, aiming to understand the effect that latitude, background flow, coastline shape and neighbour continents and orography have on the Iberian thermal low. Finally a simulation that has all physical parameterizations and initial real situation is created, with the purpose of understanding the limitations of the taken assumptions. In the absence of the synoptic flow, the results show good agreement with the linear theory conclusions concerning the variation of the horizontal extension of the breeze circulation with latitude and the phase relations between heating and circulation. They have also showed the existence of an asymmetry in the heating intensity between day and night, both at the equator and 40o N. This asymmetry, together with the Coriolis effect, is responsible for the absence of land breeze circulation at the equator, in opposition to what happens at 40o N. The introduction of a westerly geostrophic background flow increases the advection of cool maritime air, causing the decrease of the sea breeze intensity (particularly in the west coast), and the advection of the thermal low to the east. The introduction of the coastline real geometry and the Iberian Peninsula neighbour landmasses causes an asymmetry in the temperature and pressure gradients and in the flow, between the east and west coastlines as well as between the north and south coastlines. This asymmetry is related to the larger pressure values over the Atlantic (even in the absence of the Azores high), compared to the Mediterranean, where the Saharan thermal low exerts an important influence. The cyclonic circulation around the Iberian Peninsula is not a closed circulation, due to the presence of the Saharan thermal low and the land connection between the Iberian Peninsula and France, in the Pyrenees region. In the absence of orography, the flow over the Iberian Peninsula is organized in one line of convergence, located some kilometres inshore, that corresponds to the sea breeze front. The orography exerts an important influence in the intensity of the thermal low and on the flow in the interior region of the Iberian Peninsula, which becomes organized in convergence lines that are associated with sea breeze fronts and orographic elevations. The vertical movement in the boundary layer is closely related to these convergence lines. Additionally the presence of topographic elevations next to the coastline can cause an interaction between sea (land) breezes and valley (mountain) breezes, which can considerably amplify the intensity of the flow