Estudio de las estructuras coherentes de la capa de superficie sobre una superficie cultivada

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El desplazamiento del aire sobre la superficie terrestre genera una capa límite cuyo flujo se encuentra usualmente en estado turbulento. La turbulencia más cercana a la superficie, durante algunos lapsos de tiempo se organiza en estructuras denominadas “coherentes”. Ellas son las responsables de tra...

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Autor principal: Curto, Lucia
Otros Autores: Gassmann, María Isabel
Formato: Tesis doctoral publishedVersion
Lenguaje:Español
Publicado: Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales 2020
Materias:
TRANSPORTE TURBULENTO DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO HORIZONTAL
TRANSPORTE TURBULENTO DE CALOR SENSIBLE
SOJA
MAIZ
SUBCAPA RUGOSA
CAPA LIMITE ATMOSFERICA
TURBULENT HORIZONTAL MOMENTUM TRANSPORT
TURBULENT SENSIBLE HEAT TRANSPORT
SOYBEAN
MAIZE
ROUGHNESS SUBLAYER
ATMOSPHERIC BOUNDARY LAYER
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6737_Curto
http://repositoriouba.sisbi.uba.ar/gsdl/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=aextesis&d=tesis_n6737_Curto_oai
Aporte de:
Repositorio Digital de la Universidad de Buenos Aires (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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Curto, Lucia
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description El desplazamiento del aire sobre la superficie terrestre genera una capa límite cuyo flujo se encuentra usualmente en estado turbulento. La turbulencia más cercana a la superficie, durante algunos lapsos de tiempo se organiza en estructuras denominadas “coherentes”. Ellas son las responsables de transportar una proporción importante de las propiedades en la capa de superficie y la subcapa rugosa. Para identificar y estudiar estas estructuras se han desarrollado algunas técnicas que permiten examinar sus escalas y características utilizando datos medidos en experimentos a campo o en laboratorio. Entre ellos se pueden mencionar al método de análisis por cuadrantes y el método de wavelets. La mayoría de los estudios realizados sobre estructuras coherentes analizan series temporales cortas que no analizan en profundidad la relación entre éstas y la evolución o cambios de la superficie estudiada. Es por ello que el objetivo de esta Tesis Doctoral fue estudiar las características y evolución de la turbulencia atmosférica sobre superficies vegetadas con el fin de proveer descripciones físicas que sirvan para mejorar la predicción de los transportes de cantidad de movimiento, calor sensible y masa entre superficies cultivadas y la atmósfera en la capa de superficie. Se consideraron dos tipos de cultivos específicos, uno de maíz y otro de soja, en los que se realizaron mediciones turbulentas durante su ciclo de desarrollo en lotes productivos de la provincia de Buenos Aires. Se identificaron casos con estructuras coherentes en ambas series de datos utilizando el método de los cuadrantes, mientras que con wavelets se identificaron las escalas temporales y espaciales asociadas a estos fenómenos de la turbulencia cercana a la superficie. Se estudió la respuesta de estas estructuras en relación con la evolución de la superficie estudiada al considerar los estadios fenológicos de los cultivos seleccionados. A partir de los análisis realizados se encontraron estructuras el 18 % del tiempo en maíz y 79 % en soja para transporte de cantidad de movimiento y 64 % del tiempo en maíz y 81 % en soja para transporte de calor sensible. Las escalas temporales típicas de fueron de 50-60 y 400-450 segundos. Las estructuras fueron responsables, en promedio, responsables de 63 % del transporte total de cantidad de movimiento y calor sensible en el caso de maíz, y 69 % del transporte total de cantidad de movimiento y 58 % calor sensible en el caso de soja en procesos temporales que abarcaron 60 % del tiempo aproximadamente. Los hundimientos dominaron en el tiempo (más del 30 % en todos los casos), transportando 40 % del flujo total de cantidad de movimiento entre el 21 y 26 % de calor sensible, y las eyecciones entre el 23 y 33 % de cantidad de movimiento y 33 % de calor sensible.
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La mayoría de los estudios realizados sobre estructuras coherentes analizan series temporales cortas que no analizan en profundidad la relación entre éstas y la evolución o cambios de la superficie estudiada. Es por ello que el objetivo de esta Tesis Doctoral fue estudiar las características y evolución de la turbulencia atmosférica sobre superficies vegetadas con el fin de proveer descripciones físicas que sirvan para mejorar la predicción de los transportes de cantidad de movimiento, calor sensible y masa entre superficies cultivadas y la atmósfera en la capa de superficie. Se consideraron dos tipos de cultivos específicos, uno de maíz y otro de soja, en los que se realizaron mediciones turbulentas durante su ciclo de desarrollo en lotes productivos de la provincia de Buenos Aires. Se identificaron casos con estructuras coherentes en ambas series de datos utilizando el método de los cuadrantes, mientras que con wavelets se identificaron las escalas temporales y espaciales asociadas a estos fenómenos de la turbulencia cercana a la superficie. Se estudió la respuesta de estas estructuras en relación con la evolución de la superficie estudiada al considerar los estadios fenológicos de los cultivos seleccionados. A partir de los análisis realizados se encontraron estructuras el 18 % del tiempo en maíz y 79 % en soja para transporte de cantidad de movimiento y 64 % del tiempo en maíz y 81 % en soja para transporte de calor sensible. Las escalas temporales típicas de fueron de 50-60 y 400-450 segundos. Las estructuras fueron responsables, en promedio, responsables de 63 % del transporte total de cantidad de movimiento y calor sensible en el caso de maíz, y 69 % del transporte total de cantidad de movimiento y 58 % calor sensible en el caso de soja en procesos temporales que abarcaron 60 % del tiempo aproximadamente. Los hundimientos dominaron en el tiempo (más del 30 % en todos los casos), transportando 40 % del flujo total de cantidad de movimiento entre el 21 y 26 % de calor sensible, y las eyecciones entre el 23 y 33 % de cantidad de movimiento y 33 % de calor sensible. The moving air over earth’s surface generates a boundary layer whose flow is usually in turbulent state. The near surface turbulence is organized, during some periods, in structures called “coherent”. These structures are responsible for a significant transport of the surface fluxes through the roughness and surface sublayers. In order to identify and assess the characteristics these structures, some techniques have been developed to examine both their spatial and temporal scales using field or laboratory measured data. Among them, there could be mentioned the quadrant and wavelet methods. Most studies on coherent structures use short measurement series that do not analyze the relationship between their characteristics and the evolution or changes in the studied surface. The aim of this Doctoral Thesis was to study the characteristics and evolution of the atmospheric turbulence over a vegetated canopy in order to improve the structure functions of momentum and heat fluxes exchanged by cropping canopies with the air of the surface layer. Two types of specific crops were considered, corn and soybean, in which turbulent measurements of metheorological variables were made during their development cycle at productive plots of the province of Buenos Aires. Cases with coherent structures in both data series were identified using the quadrant method, while the temporal and spatial scales associated with these near-surface turbulence phenomena were identified using the wavelet method. Change in the characteristics of these structures was studied in relation to the evolution of the phenological stages of both crops. From the analyzes performed, there were found presence of coherent structures in 18 % and 79 % of the time in respectively for corn and soybean for momentum flux, and 64 % and 81 % for corn and soybean for sensible heat flux. The typical time scale of the structures was 50-60 and 400-450 seconds. Coherent structures where responsible of 63 % of total amount of momentum and sensible heat flux for corn, and 69 % of total amount of momentum flux and 58 % of total amount of sensible heat flux for soybean, in processes that last 60 % of total amount of time. Sweeps were dominant over time (more than 30 % of total amount of time), transporting 40 % of total amount of momentum flux and between 21 and 26 % of sensible heat flux, and ejections between 23 and 33 % of momentum flux and 33 % of sensible heat flux. Fil: Curto, Lucia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. application/pdf https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6737_Curto spa Universidad de Buenos Aires. 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