Aerodynamic roughness parameters over sparse vegetation

Para vegetação esparsa e de porte alto a determinação dos parâmetros de rugosidade é comprometida pela dificuldade em se observar condições que satisfaçam a lei logarítmica da velocidade do vento. Estimou-se o comprimento de rugosidade (z0) e o deslocamento do plano zero (d) por alguns métodos com medidas micrometeorológicas e da estrutura física de arbustos esparsos em região semi-árida, durante o experimento HAPEX-Sahel. A velocidade do vento foi medida em quatro alturas acima da superfície (3,0; 4,1; 5,3 e 8,5 m), e os fluxos determinados por correlações dos turbilhões a 9m de altura. Métodos baseados no perfil logarítmico foram aplicados em condições de atmosfera neutra. A altura média da vegetação era h = 2,06 ± 0,47 m. O método convencional (ajuste estatístico) resultou em estimativas satisfatórias de d e z0 em condições nas quais a validade do perfil logarítmico foi satisfeita. Com uma única altura de medida localizada acima da subcamada inercial as estimativas resultaram em valores ou fisicamente inconsistentes ou que não caracterizam a rugosidade da superfície. Quando se utilizou a velocidade de fricção dada pela correlação dos turbilhões na solução do perfil logarítmico, as estimativas melhoraram. A combinação do perfil logarítmico com a relação z0 = λ (h - d) proporcionou estimativas satisfatórias para os valores de λ = 0,188 e 0,190 determinados em função da estrutura física da vegetação, o que não foi observado para o valor médio da literatura (0,166). Relações entre a estrutura física da vegetação e o transporte de momentum estimaram apropriadamente d e z0. A rugosidade da área foi melhor descrita por d = 0,95 m = 0,46 h e z0 = 0,204 m = 0,1 h, sendo λ = 0,185. As velocidades horizontal do vento e de fricção foram mais sensíveis a variações em z0 do que em d.For sparse and tall vegetation the estimate of roughness parameters is compromised by the difficulty in observing conditions that satisfy the windspeed logarithmic law. The roughness length (z0) and the zero-plane displacement (d) were estimated by some methods with micrometeorological measurements and the physical structure of sparse shrubs in semi-arid region, during the HAPEX-Sahel experiment. The wind speed was measured at four heights above of surface (3.0, 4.1, 5.3 and 8.5 m), and the turbulent flows determined by eddy correlations at the height of 9m. Methods based on the logarithmic profile have been applied in neutral atmosphere conditions. The average height of the vegetation was h = 2.06 ± 0.47 m. The conventional method (statistical fit) resulted in good estimates of d and z0 only under conditions of validity of the logarithmic law. Only one height of measurement located above of the inertial sublayer is enough to result in physically inconsistent values. When the friction velocity, given by eddy correlation, was used in the logarithmic law, the estimates improved. The combination of the logarithmic law with z0 = λ (h - d) provided satisfactory estimates of the surface roughness for λ = 0.188 and 0.190 determined in function of the physical structure of the vegetation; but for λ = 0.166, the average value of literature, the estimates where not good. Relationships between the physical structure of the vegetation and the momentum transfer estimated appropriately d and z0. The area roughness was better described by d = 0.95 m = 0.46 h and z0 = 0.204 m = 0.1 h, being λ = 0.185. Wind speed and friction velocity were more sensible to variations in z0 than in d