Estudo sobre comportamento turbulento em superfícies heterogêneas ajuda a compreender melhor atmosfera terrestre

Lucas Cardoso da Silveira é graduado em física pela Universidade de São Paulo. Sua tese de doutorado, intitulada Caracterização observacional da turbulência na superfície da Região Metropolitana de São Paulo, foi elaborada com a orientação do professor Amauri Pereira de Oliveira, do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG/USP). A pesquisa se dedica a observar e caracterizar o comportamento dos movimentos turbulentos em superfícies heterogêneas, a partir de algumas variáveis predeterminadas. 

A turbulência é um fenômeno que representa um grande desafio para a física moderna. Entendida como um conceito físico, não existe uma definição exata para a turbulência dentro do estudo da mecânica dos fluídos, mas, em linhas gerais, ela pode ser compreendida como “um movimento do fluído no qual as partículas se misturam de maneira desordenada, caótica e aleatória”, explica Lucas. A tentativa de entender o comportamento turbulento é um esforço ao qual muitos cientistas se dedicam, visto que a turbulência está relacionada a diversos fenômenos atmosféricos, como dispersão de poluentes e trocas de calor.

Em terrenos homogêneos, é possível observar certos padrões de comportamento dos fluxos turbulentos, que possibilitam identificar certas propriedades da turbulência, como a espectral e a estatística. A proposta da tese de Silveira busca avaliar se as características dos movimentos turbulentos em ambientes ideais também podem ser observadas em ambientes complexos, como a superfície urbana, que contam com diversos tipos de rugosidades — entendidas como árvores, lagos, prédios, casas e diversos outros elementos que interferem na movimentação do fluido na superfície.

Para relacionar a turbulência de regiões heterogêneas com as propriedades descritas pelas relações universais da Teoria de Similaridade de Monin-Obukhov, foram coletados dados da área referente a uma circunferência com raio de 500 metros em torno do edifício do IAG, no campus Butantã (São Paulo-SP). No topo do prédio, encontra-se a plataforma micrometeorológica do projeto MCITY BRAZIL, utilizada para aferir as medidas relativas à velocidade do vento, à temperatura do ar e às densidades de vapor d’água e CO2.

A principal dificuldade da pesquisa foi a seleção dos dados que seriam utilizados para os cálculos. “Uma das maiores contribuições do meu trabalho é o controle de qualidade dos dados. É preciso um filtro muito rigoroso, feito antes de executar os cálculos e tirar conclusões”, comenta o doutorando. “Mas, em uma área urbana, a coisa é mais difícil. A gente tem muita interferência nas medidas de referência, causadas pelo pelos próprios edifícios ao redor e outros elementos de rugosidade”, explica Silveira. “Selecionei um conjunto de dados bem comportados para, assim, poder fazer as minhas investigações”, conclui o pesquisador. O controle de qualidade desenvolvido foi baseado em alguns métodos existentes na literatura, mas aprimorados para que pudessem ser aplicados às medidas feitas em áreas urbanas.

Como resultado, a pesquisa indica que é possível observar a validade das leis da Teoria da Similaridade também em ambientes heterogêneos. A partir das investigações da primeira parte da tese, que trata sobre as propriedades estatísticas, foi elaborado um artigo publicado pela Boundary-Layer Meteorology, revista científica de grande relevância na área de pesquisa na qual a tese está inserida. De acordo com o autor, as análises contidas na segunda parte da tese, que explora a parte espectral, serão publicadas em breve em um segundo artigo.