Estudo das características espaciais e temporais da velocidade do vento utilizando a técnica DFA e o modelo WRF em regiões do Estado da Bahia e no Oceano Atlântico Sul

Abstract

Este trabalho analisa séries temporais da velocidade do vento em diferentes regiões do estado da Bahia, costa brasileira (plataforma continental), Oceano Atlântico Sul e costa da África, por meio da utilização da técnica DFA (Detrended Fluctuation Analysis), para verificar a existência de correlações de longo alcance e leis de potência associadas. Para os casos onshore, as séries temporais da velocidade do vento são derivadas de medições com médias horárias adquiridas em três torres equipadas com anemômetros em diferentes alturas. Para os casos offshore, os dados foram coletados em bóias oceânicas. Para ambos os casos, as medidas foram comparadas com simulações numéricas da velocidade do vento obtidas com o modelo de mesoescala WRF (Weather Research and Forecasting model). No caso onshore, os resultados da aplicação da técnica DFA nos conjuntos de dados medidos e simulados mostram correlações com leis de potência em duas regiões de escalas distintas (subdifusiva e persistente) para as duas séries temporais, chamado de fenômeno de crossover. Sugere-se que isso ocorra devido aos efeitos de mesoescala e circulações locais atuando na camada limite planetária, onde a turbulência no ciclo diário é gerada por efeitos térmicos e mecânicos (cisalhamento do vento). No entanto, em regiões que não estão sujeitas a condições de efeito local, como pequenas ilhas distantes do continente, os efeitos sinóticos são os mais importantes e ativos na camada limite marítima, de forma que as séries de conjuntos de dados reais e simulados exibem apenas comportamento subdifusivo, como no caso do Arquipélago de Abrolhos. Os resultados das bóias oceânicas mostram que a velocidade do vento apresenta um comportamento escalonável, mas sem o fenômeno de crossover na costa brasileira, oceano Atlântico Sul e costa da África, indicando a dependência da superfície terrestre para o surgimento do fenômeno. Além disso, os dados de bóias no Oceano Atlântico Sul e litoral da África apresentaram somente comportamento subdifusivo, enquanto os da costa brasileira indicaram persistência, exceto para a região da confluência de Porto Seguro, que indicou anti-persistência. As simulações numéricas usando o modelo de mesoescala WRF mostraram um comportamento subdifusivo na costa brasileira, e nenhuma persistência foi reproduzida na maioria das bóias costeiras, sugerindo que a discrepância entre os dados medidos e os simulados está associada aos processos de interação oceano-atmosfera, mostrando a necessidade de um modelo oceânico acoplado. Os resultados deste trabalho mostram um entendimento mais profundo do regime eólico e de suas propriedades associadas, com particular atenção à plataforma continental brasileira, sugerindo que a metodologia é útil para avaliar o potencial de geração de energia eólica offshore e onshore.