Estudo do impacto da estabilidade atmosférica no perfil vertical do vento e na variação da velocidade do vento, usando séries de referência de reanálise, em local costeiro

Abstract

No Brasil, é crescente o interesse na exploração de áreas costeiras para a produção de energia eólica, nos chamados parques eólicos offshore. Neste contexto, torna-se importante quantificar o impacto de diferentes fenômenos climáticos, e como influenciam a velocidade do vento. Neste trabalho, buscou-se quantificar o fenômeno da estabilidade atmosférica, em uma região de aproximadamente 546 km², na costa do Rio de Janeiro, investigando o impacto da sua consideração nas variações de velocidade e da produção de energia. Cinco anos de dados climáticos, de duas fontes públicas, a série de reanálise ERA5 e o mapa de temperaturas "GHRSST Level 4 G1SST Global Foundation Sea Surface Temperature". A teoria de similaridade de Monin-Obukov(MOST) é usada para quantificar a estabilidade atmosférica. Os resultados do trabalho apontam a existência de regiões de estabilidade atmosférica positiva próximas à costa de Cabo Frio-RJ, nos meses de verão, que pode ser explicada pela ressurgência de águas profundas e frias, em direção à superfície do mar costeiro, resfriando-o. Os resultados também apontam limitações na teoria de similaridade para casos de estabilidade forte. Por fim, a desconsideração dos efeitos de estabildade atmosférica tende a subestimar a velocidade e a produção de energia, em casos de atmosfera estável.

In Brazil, there is a growing interest in exploring coastal areas for the production of wind energy, in the so-called offshore wind farms. In this context, it becomes important to quantify the impact of different weather phenomena, and how they influence wind speed. In this work, the phenomenon of atmospheric stability is studied, in a region of approximately 546 km², off the coast of Rio de Janeiro, investigating the impact of its consideration on variations in speed and energy production. Five years of climate data from two public sources, the ERA5 reanalysis series and the "GHRSST Level 4 G1SST Global Foundation Sea Surface Temperature" temperature map is used. The Monin-Obukov (MOST) similarity theory is used to quantify atmospheric stability. The results of the work point to the existence of regions of positive atmospheric stability near the coast of Cabo Frio-RJ, in the summer months, which can be explained by the upwelling of deep and cold waters, towards the surface of the coastal sea, cooling it. The results also indicate limitations in the similarity theory, for cases of strong stability. Finally, the disregard of atmospheric stability effects tends to underestimate the velocity and energy production, in cases of stable atmosphere.