Resumo Este trabalho visa abordar conceitos e efeitos do cisalhamento do vento, também conhecido como cortante do vento, tesoura de vento ou, em inglês, windshear (WS) e verificar a eficiência do modelo atmosférico WRF para simulação deste fenômeno. O estudo é dividido em duas partes, sendo uma observacional e outra de simulação computacional. A primeira consiste em identificar, através de estudos quantitativos, a ocorrência de tais eventos nas proximidades do Aeroporto Internacional de São Paulo em Guarulhos, utilizando-se de dados de perfil de vento obtidos pelo SODAR (SOnic Detection And Ranging), durante o período de 01 de janeiro de 2016 a 09 de junho de 2017. Foram utilizados dados de velocidade e direção do vento obtidos da superfície até 520 m (aproximadamente 1700 ft) acima do solo e, com isso, foi feita uma análise estatística destas informações. A segunda parte consistiu em reproduzir as ocorrências de cisalhamento do vento no aeroporto em questão, através de 4 experimentos computacionais pelo modelo WRF. Obteve-se resultados próximos das observações em 2 deles, que se mostraram eficientes para prever a ocorrência da cortante do vento para os níveis de altura mais baixos, com antecipação aproximada de 11 a 13 h.

Abstract This work aims to approach the concepts and effects of windshear on the aircraft and to verify the efficiency of the WRF atmospheric model to simulate this phenomenon. The study is divided into two parts: observational and computational simulation. The first is to identify, through quantitative studies, the occurrence of such events in the vicinity of São Paulo International Airport at Guarulhos, using wind profile data obtained by the SODAR (SOnic Detection And Ranging) meteorological instruments, from January 1, 2016, up to June 9, 2017. Wind speed and direction data obtained from the surface up to 520 m (approximately 1700 ft) above the ground were used, and a statistical analysis was made of this information. The second part consisted in reproducing the occurrences of wind shear at the airport in question through 4 computational experiments by the WRF model, in order to reproduce a model for operational forecasting. The results obtained were closer to the observational ones in 2 of them, which were efficient to predict the occurrence of the windshear to the lower height levels, with approximate anticipation of 11 to 13 h.

Resumo O potencial eólico na região Agreste do Nordeste Brasileiro (NEB) tem características positivas para geração elétrica, cuja exploração ainda é pouca explorada. Este trabalho analisa uma base de dados anemométricos com 3,1 anos de duração (outubro de 2007 a outubro de 2010), coletados em Girau do Ponciano, Alagoas. Foram definidos três períodos para identificação dos padrões sazonais: Anual, estação seca (Outubro-Janeiro) e estação chuvosa (Maio-Agosto). Os valores horários e mensais mostraram que a velocidade média do vento em 50 m de altura foram superiores a 7 m s-1, alcançando 8,5 m s-1 no período seco. A direção do vento é pouco variável, oscilando entre NE e SE. Os ventos mais intensos (≥ 10 m s-1) foram observados durante a noite. Os parâmetros de Weibull apresentaram um desenvolvimento sazonal distinto, onde a curva de ajuste no período seco (chuvoso) foi mais distribuída (concentrada) nas classes adjacentes a 8 m s-1 (7 m s-1). Os termos relacionados a produção de energia eólica, calculados através do modelo WAsP, também indicam a potencialidade na exploração dos ventos em Girau do Ponciano. Os valores entre 3 a 10 GWh para energia anual produzida e entre 35% a 65% de fator de capacidade são equivalentes ou superiores aos apresentados em parques eólicos em operação no NEB. Simulações em microescala indicaram que o período chuvoso possui menor potencial energético e menor variabilidade espacial. As características meteorológicas e geográficas de Girau do Ponciano são favoráveis para futuras instalações de parques eólicos. A distância para rodovias estaduais é inferior a 10 km, com a subestação de 69 kV a aproximadamente 20 km da posição da torre anemométrica usada. Além disso, o relevo possui baixa inclinação (< 15°), vegetação rasteira e reduzida presença de edificações na região, que favorecem na redução da rugosidade aerodinâmica.

Abstract The wind potential in the Agreste region of Northeastern Brazil has important features for energy exploration, but, stills unexplored. This work analyzes 3.1 yrs anemometer tower measurements in the Girau do Ponciano, Alagoas state. The observational data was recorded from October 2007 to October 2010. Three periods were defined to constrain the seasonal wind patterns: Annual, Dry (October-January) and Wet (May-August). Hourly and monthly series showed the average wind speed was higher than 7 m s-1, reaching 8.5 m s-1 during the dry season. Further, the wind direction was also favorable with less variability, concentrated between NE and SE. During nighttime the wind speed ≥ 10 m s-1 were more frequent. The Weibull fit is more distributed (concentrated) during the dry (wet) season close to 8 m s-1 (7 m s-1). The AEP (Cf) parameter estimated by the WAsP model varied between 3 to 10 GWh (35% to 65%). Nevertheless, Girau do Ponciano domain was positioned nearby two highways and close to an electrical substation in the Arapiraca city. Other geographic conditions (topography inclination < 15°, the absence of obstacles, and low vegetation) are also favorable to future wind farm installation in this area.

O prognóstico do vento utilizando o modelo atmosférico WRF para o Estado de Alagoas é investigado neste trabalho. Com medições anemométricas realizadas no período de agosto/2007 a julho/2008, as previsões foram validadas estatisticamente nas estações situadas nas três mesorregiões do Estado: Sertão, Agreste e Litoral. Os resultados mostraram que a qualidade da previsão do vento realizada com o WRF é bastante satisfatória, principalmente no período seco do interior alagoano. Os prognósticos do vento na quadra chuvosa no litoral apresentaram bias de 1,77 m.s-1 e RMSE de 3,61 m.s-1, enquanto no período seco estes índices foram 0,98 m.s-1 e 2,99 m.s-1, respectivamente. No interior, estes indicadores atingiram bias de -0,2 m.s-1 e RMSE de 2,75 m.s-1 nos meses secos, e bias de -0,1 m.s-1 e RMSE de 2,63 m.s-1 no período chuvoso. Alguns aspectos do modelo WRF precisam ser mais bem testados e avaliados para aperfeiçoar a previsão na quadra chuvosa, principalmente as parametrizações de microfísica de nuvens e de cumulus. Os índices estatísticos obtidos foram equivalentes, e melhores em alguns casos, a outros estudos deste gênero, indicando que o WRF é uma boa ferramenta para previsão do vento.

This paper aim to analyses wind prediction over the Alagoas State (Brazil) using the WRF model. A 1-yr (August/2007 to July/2008) anemometer collected data is used to analyze wind pattern and the model predictions were statistically validated using stations located in the three State mesoregions: Backlands (Sertão), Rural (Agreste) and Coast (Litoral). The results showed that quality of WRF model prediction proved to be quite satisfactory especially in the interior of the State during the dry season. The wind predictions in the rainy season for coastal zones showed bias of 1.77 ms-1 and RMSE of 3.61 m.s-1, while in the dry season these ratios were 0.98 m.s-1 and 2.99 m.s-1, respectively. In the interior of the State, these indicators reached bias of -0.2 m.s-1 and RMSE of 2.75 m.s-1 for dry months, and bias of -0.1 m.s-1 and RMSE of 2.63 m.s-1 for rainy season. Some aspects of the WRF model must be further tested and analyzed to improve the prediction during the rainy period, especially the parameterizations of cumulus and clouds microphysics. The obtained statistical indexes were equivalent or better, in some cases, if compared to other similar studies, indicating that the WRF is a good tool for wind forecasting.