Modelagem da difusão do gás CO2 na superfı́cie de gotas esféricas

Abstract

Neste trabalho, é investigado através de simulações numéricas o efeito da produção de gotı́culas na difusão de dióxido de carbono (CO2 ) através da interface armar. É proposta uma aproximação para calcular a difusão de gás na superfı́cie de gotı́culas geradas pelo cisalhamento da crista das ondas (do inglês, spume droplets). Na superfı́cie do mar, o fluxo de CO2 ocorre por difusão através das superfı́cies do mar e bolhas, e por difusão através da área de superfı́cie das gotı́culas. A parametrização do fluxo de CO2 através das interfaces armar e bolhas é determinada principalmente pela velocidade de fricção e pela atividade das ondas, enquanto que a parametrização através da superfı́cie das gotı́culas utiliza uma clássica formulação para evolução da concentração de CO2 assim como o tempo que a mesma permanece na atmosfera.

A aplicação dessas aproximações em um modelo numérico, onde um espectro de gotas com raio variando de 30 a 500 µm, oferece um alto nı́vel de dificuldade porque o cálculo depende de propriedades da atmosfera e da atividade das ondas. Entretanto, uma particular representação do espectro de gotas como um produto de duas funções permite definir uma tabela a prior, a qual pode ser acessada durante a integração do modelo, então o algoritmo numérico para as parametrizações torna-se realizável.

Neste trabalho, uma série de experimentos numéricos são realizados para explorar a sensibilidade das formulações para as mudanças do espectro de ondas em diversos perı́odos de picos (Tp ) variando de 2 a 16 s e velocidade de ventos de superfı́cie (U10 ) de 50 m s−1 . Os resultados do modelo numérico mostram pequena influência da atividade das ondas no fluxo através da interface do mar, mas grande influência no fluxo induzido pela bolhas e pela
superfı́cie das gotı́culas. Por exemplo, para U10 = 50 m s−1 e Tp = 5 s, as bolhas contribuem com aproximadamente 7,7% do total do fluxo de CO2, enquanto que para Tp = 16 s essa contribuição é em torno de 14,6%. Em relação às gotı́culas, nas mesmas condições, sua contribuição fica em torno de 68,8% e 81%, respectivamente.