Fontes dos dados: O Modelo de Escoamento Atmosférico foi desenvolvido a partir dos dados de medições anemométricas (SEMC/Wobben/Gamesa/ERB) disponíveis para o projeto e, a sua interpolação para todo o Estado do Rio Grande do Sul, pelas simulações numéricas de mesoescala MesoMap (TrueWind Solutions). Uma análise suplementar das variações interanuais do regime de ventos foi realizada e ajustes climatológicos foram incluídos para o caso de estações com dados simultâneos e de longo prazo disponíveis - de medições realizadas em vizinhança representativa.
Validação dos dados: As séries de dados de medições anemométricas foram auditadas utilizando rotinas e algoritmos de validação e verificação dos dados medidos, de modo a excluirem-se possíveis falhas (e.g. atrito em anemômetros, usualmente detectável por análise de histograma) ou incoerências nos registros. As rotinas de validação realizam Verificações Gerais do Sistema e Verificações dos Parâmetros Medidos. Os parâmetros medidos foram testados, por exemplo, quanto ao intervalo que compreende os valores mínimos e máximos esperados (Testes de Intervalo de Variação), quanto à inter-relação entre diferentes variáveis (Testes Relacionais) e quanto à tendência de variação ao longo do tempo (Testes de Tendência). Após os testes de validação, os registros considerados suspeitos ou ausentes foram analisados caso a caso; no caso de redundância de sensores (em diferentes alturas), os valores rejeitados foram substituídos ou extrapolados a partir de registros correspondentes do outro sensor. Também foi realizada uma avaliação das interferências locais de obstáculos, tais como a própria estrutura da torre, sendo realizadas análises direcionais de turbulência e gradiente vertical de camada-limite, no caso de torres com registros a cada 10 min.
Filtragem de efeitos de subescala: Os mapas finais de potencial eólico para todo o Estado do Rio Grande do Sul, apresentados neste Atlas, têm resolução digital de 1km x 1km. Isto significa que a informação associada a cada elemento de área ("pixel") nos mapas temáticos é representativa das condições médias no respectivo retângulo de 1 km2. Ao se utilizar dados de medição na composição do Modelo Atmosférico, é sempre importante lembrar que um anemômetro mede as condições locais de vento, e estas são afetadas pelas condições de relevo, rugosidade e obstáculos, que podem ter grandes variações na escala de metros, e assim introduzir erros pelo efeito de subescala (exemplo na figura ao lado). Para avaliar e filtrar essas influências de relevo e rugosidade na subescala, o presente Atlas utilizou metodologia desenvolvida pela Camargo-Schubert a partir do software WindMapTM (Brower & Company). Destacam-se como pontos centrais desta metodologia:
a) filtragem dos efeitos de subescala através da integração de modelos na resolução 100m x 100m, numa área de 10km x 10km entorno de cada estação, gerando parâmetros médios no Modelo Atmosférico que sejam compatíveis com o modelo final, na resolução de 1km x 1km. O modelo de alta resolução é resolvido pelo WindMap e integrado através de recursos de geoprocessamento, para a obtenção dos valores médios locais, já incluídos os efeitos locais de subescala;
b) Na solução WindMap sobre o modelo de alta resolução, também são avaliados - de forma iterativa, para cada estação - os parâmetros de estabilidade térmica vertical da atmosfera e altura de camada-limite, que complementam o Modelo de Escoamento Atmosférico.
Nesta etapa foram desenvolvidos os Modelos Digitais de Relevo e Rugosidade na resolução 100m x 100m, em uma área de 10km x 10km entorno de todas as estações anemométricas do projeto, os quais são apresentados no Apêndice I. As estações anemométricas foram georreferenciadas e sobrepostas aos modelos de relevo e rugosidade, na mesma projeção cartográfica. Destas análises, resultam sumários estatísticos de vento para cada direção - nas respectivas alturas de medição nas torres anemométricas - e parâmetros atmosféricos de estabilidade térmica vertical e altura de camada-limite, que compõem o Modelo de Escoamento Atmosférico.
Apesar do objetivo de "limpar" e filtrar efeitos locais, este processo tem diferenças importantes em relação à metodologia WAsP: na metodologia WindMap, essa análise local visa filtrar os efeitos de subescala nos dados anemométricos e, para isso, um domínio de 5-10km no entorno das estações é suficiente, por abranger todas as variações locais relevantes de camada-limite por detalhes do relevo e rugosidade na subescala. É diferente da metodologia WAsP[4], onde um domínio de pelo menos 15 km é necessário no entorno de cada estação, para a determinação do vento geostrófico local - o qual já é intrinsecamente contemplado no método WindMap-MesoMap. Ressalta-se também que no WAsP o modelo de relevo tem resolução aumentada de forma exponencial em direção à posição central da estação, perdendo muito em detalhamento à medida em que dela se afasta. No WindMap, a análise dos efeitos locais de subescala em modelo de alta resolução e o mapeamento final (1km x 1km) de todo o Estado são realizados sobre malhas regulares de pontos, que compõe os modelos mais usuais utilizados por programas usuais de geoprocessamento.
Outra diferença fundamental desta metodologia em relação ao WAsP, é que os parâmetros de estabilidade térmica vertical da atmosfera, e a altura de camada-limite, são determinadas a partir do modelamento MesoMap, baseado em dados meteorológicos validados e que incluem radiossondagens; além disso, o WindMap estima a estabilidade térmica vertical de forma iterativa sobre o modelo de alta resolução e a partir das medições em alturas distintas, enquanto que no WAsP estes parâmetros estão embutidos ou ocultos nos algoritmos ou arquivos de parâmetros, e na situação default são representativos para as condições da Dinamarca - situada em latitudes bastante distintas do caso brasileiro ou rio-grandense.
Regimes de Vento Regionais: É razoável supor que os regimes de ventos e parâmetros atmosféricos sejam bastante distintos nas diferentes regiões do Estado do Rio Grande do Sul, que alterna extensas áreas litorâneas e planícies do pampa, às serras e planaltos interiores. Um recurso importante utilizado na metodologia WindMap é o Mapa de Correlação, que separa - no cálculo - essas áreas com regimes distintos de vento. Porém, no presente Atlas este recurso foi substituído por um procedimento muito mais completo e preciso: a utilização do modelo atmosférico do MesoMap em alta resolução, que já inclui de forma intrínseca todas estas diferenças microrregionais. No caso do presente Atlas, o modelamento atmosférico MesoMap foi realizado na resolução de 3.6km x 3.6km para 85% do território gaúcho (figura ao lado); esta resolução é suficiente e adequada para modelar os principais mecanismos de mesoescala, como as brisas marinhas no litoral entrecortado por lagoas e o relevo complexo das serras do Rio Grande do Sul. Apenas o extremo oeste do Estado foi modelado em mesoescala na resolução de 15km x 15km, resolução adequada às condições relativamente homogêneas de relevo e rugosidade daquela região. Os regimes de vento calculados pelo MesoMap nestas resoluções de 3.6km e 15km, para distintos níveis de altura (10m, 50m, 75m e 100m), foram então utilizados como condições de entrada para o WindMap, utilizado para interpolar as condições de camada-limite para a resolução de 1km x 1km. A diferença de regimes de vento entre as distintas regiões do Estado pode ser observada nos Mapas Eólicos.
Representatividade Climatológica: O modelamento MesoMap utilizado para este Atlas considerou dados meteorológicos de reanálise representativos para 15 anos - abrangência que pode ser considerada razoável em relação à sua representatividade climatológica para estudos de usinas eólicas. Por outro lado, os dados anemométricos considerados - medidos em torres altas de estudos de viabilidade - são bastante recentes (a partir de Julho/2000) e cobriram períodos pouco superiores a um ciclo climatológico mínimo de 12 meses. Assim, tornou-se necessária uma avaliação da representatividade do período medido e a eventual necessidade de ajustes climatológicos. Tal avaliação requer dados consistentes, representativos do longo prazo e com a maior abrangência possível - idealmente da ordem de décadas. Para ajustes climatológicos, tais dados também devem possuir um período de simultaneidade com os dados de curto prazo sendo utilizados, para permitir correlações.
Entre os registros históricos de longo prazo pesquisados, sobressaíram os dados medidos nos principais aeroportos da região (fonte: MAER, NOAA) e dados de medições indiretas de ventos de superfície sobre o oceano (fonte: NASA, NOAA, TrueWind Solutions). O gráfico abaixo ilustra a abrangência temporal de todos os registros anemométricos considerados, através de suas médias mensais, e o mapa com a respectiva localização das medições.
Medições indiretas da velocidade do vento de superfície sobre o oceano têm sido possíveis desde 1987, através de sensoreamento remoto a partir de satélites. Neste processo, os ventos são inferidos por medições de altura e deslocamento das ondas, utilizando algoritmos que têm sido calibrados por medições diretas realizadas em bóias meteorológicas. Duas séries distintas de dados, provenientes de diferentes constelações de satélites e sensores, foram consideradas. Tais dados também existem no período simultâneo às medições de referência do presente Atlas, e foram utilizados para ajustes climatológicos. Foram tomados os dados de 10 pontos ao longo do litoral, visando possibilitar correlação com todas as estações anemométricas litorâneas. De fato, os respectivos coeficientes de correlação com as estações próximas, para as médias mensais no período de simultaneidade, se situaram entre 0.77 e 0.98, o que induz uma aceitável consistência para ajustes climatológicos.
Os dados de aeroportos abrangem o período 1994-1999, não sendo portanto simultâneos às mediçoes específicas consideradas neste Atlas. Desta forma, pela ausência de referências adequadas de longo prazo, não foram realizados ajustes climatológicos para a região interior do Estado.
A magnitude das variações interanuais da velocidade média anual dos ventos pode ser analisada no gráfico acima. De modo geral, percebe-se na série mais extensa de dados, de medições indiretas sobre o oceano por um período de 13 anos, que as variações interanuais máximas foram inferiores a ±10% da média de longo prazo. Por outro lado, medições em aeroportos situados na região oeste do Estado mostram variações máximas dentro de ±20%.
Também das médias de longo prazo pode-se avaliar a variação sazonal das velocidades de vento, conforme apresentado no gráfico abaixo. Em algumas regiões do Estado, tais como o extremo oeste e áreas do litoral, as velocidades podem variar sazonalmente até ±30% em torno da média anual. Os meses de ocorrência de médias mais elevadas de velocidade de vento também podem ser distintos, para os extremos geográficos do Estado; este fato pode ser comprovado nos mapas de potencial eólico sazonal do Capítulo 5, onde pode-se notar que o pico sazonal de velocidades de vento na parte Oeste do Rio Grande do Sul ocorre durante o inverno, enquanto que no litoral ocorre durante a primavera.
