O objetivo deste capítulo é sustentar uma base sólida de apoio à decisão do perfil de CLA esperado para a Berlenga, através de observações meteorológicas dos campos vento e estabilidade atmosférica, efetuadas em ambiente offshore. A relação entre esses campos resulta num determinado tipo de perfil vertical, ajustado por determinado valor de α, fundamental para verificar se estão de acordo com as teorias apresentadas no capítulo 2.3.1.
Nesse contexto, entre diversos relatórios analisados, o relatório de Pe ̃a et al. (2012) apresenta informação detalhada de uma rede de 14 estações meteorológicas offshore (exceto Høvsore e Utsira, que são onshore) situadas no Mar do Norte e Mar Báltico. Aqui, apenas é apresentada a localização espacial das estações (fig. 3.27) e um resumo dos resultados observados (ver detalhes no anexo B), por forma a facultar um parecer sobre os perfis offshore, que se tem medido. São particularmente interessantes as estações de Egmond aan Zee (EAZ) e Fino1, por apresentarem maiores semelhanças com a Berlenga, isto é, distância à costa semelhante e direções dominantes do escoamento vindas de
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Z [m ] U [m/s] U (80) = 6 m/s U (80) = 8 m/s U (80) = 10 m/s U (80) = 12 m/s U (80) = 14 m/s α ajuste
mar aberto. Por outro lado, estas estações são simultaneamente as se encontram nas latitudes mais baixas sem sofrerem da interferência dos parques eólicos existentes na região. Por esse motivo, apresentam-se também conclusões de outros autores sobre os registos das mesmas (fig.3.29).
Figura 3.27 - Rede de estações meteorológicas NORSEWinD no Mar do Norte e Mar Báltico (adaptado de Pe ̃a et al., 2012).
Figura 3.28 - Dependência atmosférica e sazonal de α a 100 m sobre a superfície, na rede de estações da NORSEWinD. À esquerda, dependência de α com a estabilidade atmosférica nas estações que possuem observações de temperatura a dois
níveis e anemómetro sónico. À direita, dependência sazonal de α em toda a rede de estações. A linha cinzenta tracejada corresponde α teórico em Terra (z0 = 0,015 m) e a linha cinzenta corresponde a α teórico sobre o mar (z0 = 0,0002 m),
ambos em condições atmosféricas neutras (Adaptado de Pena et al., 2012).
A dependência de α com a estabilidade atmosférica (fig. 3.28, à esquerda), mostra que sob atmosfera estável α tem valores muito diferentes entre estações meteorológicas. De acordo Pena et al. (2012) esse fato, é justificado pela ocorrência diferenciada de tempestades durante o Inverno, baixas alturas da CLA e presença dos jatos noturnos (LLJ) em condições de estabilidade atmosférica. A variação sazonal de α (fig. 3.28 à direita) justifica-se com a dependência da estabilidade atmosférica, onde no Verão e Outono se torna mais instável, porque a temperatura da água do mar está no seu máximo e é em média superior à temperatura do ar à superfície. Por outro lado, é na Primavera que a temperatura do mar atinge os valores mínimos, sendo a temperatura do ar à superfície já suficientemente superior à do mar para ocorrer fluxo de calor descendente Pe ̃a et al. (2012). Apesar da observação de uma rede de estações, não ficou claro no estudo do projeto NORSEWind a dependência de α com a distância à costa.
Pe ̃a et al. (2012) conclui que no interior da CLS, o modelo MOST (Monin-Obukhov Similary Theory) mostrou estar de acordo com os registos efetuados sob condições de instabilidade atmosférica, enquanto que sob condições de estabilidade tende a sobrestimar o valor de α.
Para demonstrar a influência do perfil vertical do escoamento atmosférico na produção e cargas nas turbinas eólicas, Sathe (2010) estudou a estabilidade atmosférica e a validade dos perfis teóricos anteriormente apresentados para a CLS e CLA, sobre o Mar do Norte em Egmond aan Zee, com medições a 21, 70 e 116 m. Com base em medições de temperatura e humidade nas alturas referidas, Sathe conclui que o local é dominado por condições instáveis e neutras (fig. 3.29).
Figura 3.29 - Dependência da estabilidade atmosférica observada em EAZ de Julho 2005 a Outubro de 2008. À esquerda, variação diária da estabilidade. À direta, variação da estabilidade com a velocidade do vento (adaptado de Sathe, 2010). No que respeita à validade das teorias, refere que a teoria para a CLS (MOST) está de acordo com os perfis medidos em condições instáveis e neutras, e que sobrestima o aumento da velocidade do vento com a altura em condições estáveis. Utilizando a teoria do comprimento de mistura para a CLA, onde constam os parâmetros zi e LMBL, Sathe conclui (para a mesma estação) que esta mostrou
estar mais de acordo com os perfis medidos que a simples teoria de MOST. Acrescenta no entanto que, MOST e o modelo de Charnock's para z0 são suficientes para descrever o perfil vertical do vento
em condições instáveis e neutras (Sathe, 2010).
A dependência da estabilidade atmosférica com a velocidade, bem como o perfil diário da estabilidade (fig. 3.29, 3.11 e 3.12), apresentam-se muito semelhantes à simulada para a região da Berlenga. Apesar de a Latitude e as temperaturas do mar e do ar à superficie poderem apresentar diferenças significativas, a diferença entre a temperatura do mar e a temperatura do ar pode ser semelhante em ambos os locais (embora a intensidade do fluxo de calor não seja linear com a diferença de temperaturas, o sentido do fluxo é o mesmo). Pela figura 3.29 (à direita) pode observar- se que quanto mais elevadas as velocidades, mais se torna dominante a neutralidade, tal como esperado, pois o fluxo de quantidade de movimento sobrepõe-se ao fluxo de calor (Sathe, 2010). Consultando o Anexo B poderá observar-se os perfis de velocidade medidos (entre 30 e 100 m) na estação Fino1, para todas as classes de estabilidade atmosférica (Sundarajau et al., 2013). Pela semelhança com o caso da Berlenga, interessa analisar os gráficos correspondentes às condições atmosféricas entre neutro e muito instável (ver detalhes no anexo B).
Verifica-se que mesmo sob condições de forte instabilidade atmosférica, é frequente ocorrerem elevadas velocidades do vento (12-18 m/s) e que por outro lado, para baixas velocidades (4-6 m/s)
podem ocorrer inversões no perfil vertical, sendo que, o perfil vertical médio do vento, é praticamente constante em altura.
Ainda na estação Fino1, quando as condições se tornam apenas instáveis, deixa de se verificar inversões do perfil vertical. Contudo, é interessante observar que, não só as velocidades mais altas ocorrem nesta condição (> 20 m/s), como também o efeito do crescimento da rugosidade da superfície do mar com a velocidade, não se faz sentir, devido à forte intensidade da mistura do escoamento na CLS. Por outro lado, sob condições neutras, é bem notório o aumento de α com a velocidade do vento, como resposta ao crescimento da rugosidade do mar e ausência de fluxos de calor favoráveis à mistura do escoamento.
De acordo com o modelo MM5, a região da Berlenga está praticamente quase todo o tempo sob condições muito instáveis, instáveis ou neutras. As conclusões e resultados dos autores anteriores, sobre os perfis observados no Mar do Norte confirmam especialmente as teorias apresentadas para os perfis verticais do escoamento sob essas condições. Este fato, permite utilizá-las com elevado grau de confiança.