A wind field downscaling strategy based on domain segmentation and transfer functions

This paper presents a novel methodology for mesoscale‐to‐microscale downscaling of near‐surface wind fields. The model chain consists on the Weather Research and Forecast mesoscale model and the Alya‐CFDWind microscale model (assuming neutral stability). The downscaling methodology combines precomputed microscale simulations with a mesoscale forecast using a domain segmentation technique and transfer functions. As a result, the downscaled wind field preserves the mesoscale pattern but, at the same time, incorporates local mesoscale subgrid terrain effects, particularly at valleys and channelling zones. The methodology has been validated over a 9‐month period on a very complex terrain site instrumented with a dense observational network of meteorological masts. With respect to mesoscale results, the global skills of the downscaled wind at masts improve for wind direction and remain similar for wind velocity. However, a substantial improvement occurs under stable and neutral conditions and for high wind velocity regimes.This work has been partially funded by the High Performance Computing for Energy (HPC4E) project (call H2020-EUB-2015, Topic: EUB-2-2015, type of action RIA, Grant Agreement number 689772) and the SEDAR ("Simulación eólica de alta resolución") project. It has also been partially supported by the Energy-oriented Centre of Excellence (EoCoE) (Grant Agreement number 676629, funded within the H2020 framework of the EuropeanUnion). J.B. is grateful to a PhD fellowship from the IndustrialDoctorates Plan of the Government of Catalonia (Ref. eco/2497/2013). We also thank Daniel Paredes and Luis Prieto from Iberdrola Renovables S.A. for providing us access to met masts data for validation.Peer ReviewedPostprint (published version

Fissuració per tracció d'elements de formigó armat. Càlcul de l'obertura de fissura

És conegut que la resistència a tracció del formigó és escassa, si la comparem amb la seva resistència a compressió, i que s’utilitzen les armadures a la zona traccionada per a resistir aquests esforços. No obstant, en el formigó armat és normal que s’obrin petites fissures fruit d’aquest fet. Aquest treball es centra en la fissuració per tracció d’elements de formigó armat i, en particular, en el càlcul de l’obertura de les fissures. L’experiència ens porta sovint a restar importància a aquest càlcul, el qual per a elements habituals d’estructures d’edificació, com en el cas de les bigues o jàsseres, no sol ser determinant. No és així en el cas particular de les pantalles de fonamentació, que degut als seus grans recobriments és molt probable que la limitació de la fissuració sigui més restrictiva que el dimensionat a flexió. A més, alguns programes de càlcul obvien l’esforç axial, degut a pes propi, que tenen les pantalles, a l’hora comprovar l’Estat Límit de Fissuració. Una compressió que al tractar-se d’un element vertical de gran envergadura pot ser molt important i per tant hauria de ser tinguda en compte alhora de calcular l’obertura de la fissura. Amb tot, desprès de fer una breu explicació del fenomen de la fissuració, així com de fer un repàs de l’actual instrucció de formigó i d’algunes de les anteriors, s’ha resolt el càlcul de l’obertura de fissura, per a seccions rectangulars amb armadura superior i inferior, tenint en compte l’esforç axial de compressió, i s’ha elaborat un full de càlcul per a fer-ne el càlcul de manera pràctica

Numerical study of the Navier-Stokes equations using the Fractional Step Method. Application to the laminar flow around a square cylinder.

The numerical resolution of the incompressible Navier-Stokes equations with the Fractional Step Method, based on the Helmholtz-Hodge theorem, is studied. Basic benchmark problems are solved previously, such as a generic transient 2D heat conduction problem, potential flow around a rotating and non-rotating cylinder and a generic convection-diffusion equation; with excellent agreement with the results obtained and the ones on the literature. The code for the incompressible Navier-Stokes equation is verified using the benchmark results of the Lid-driven cavity problem with really good agreement as well. Finally, laminar flow around a confined square cylinder is studied and compared with the results from Breuer et. al. The drag coefficient and Strouhal number are computed finding good agreement for Reynolds numbers lower than 100 but important discrepancies for higher Reynolds

Symmetry-preserving discretization of the incompressible form of the Navier-Stokes equations under turbulent conditions. LES simulation of a turbulent channel flow

The incompressible form of the Navier-Stokes equations (conservation of mass, momentum and energy) is solved by applying a second-order symmetry-preserving spatial discretization which allows to preserve the symmetry of the operators. The physics behind turbulent flows and how those can be modelled is studied, considering both the RANS equations and the LES model. The Taylor-Green vortex problem is solved with no model and compared with the results of van Rees et al. [4], obtaining very good agreement regarding the time evolution of the volume-averaged kinetic energy, but higher discrepancies in the time evolution of the kinetic energy dissipation rate. Additionally, DNS results for a turbulent channel flow at Reτ “ 180 are obtained with coarse meshes. The same problem is also solved by applying the Smagorinsky, S3PR and Vreman’s LES models. DNS results obtained with a 323 mesh show relatively good agreement with the reference results of Moser et al. [5], while LES simulations employing the S3PR and Vreman’s model allow to improve the results in the buffer-layer region

Els maquis al Bages i el Berguedà. Un estat de la qüestió

Treballs Finals de Grau en Història, Facultat de Geografia i Història, Universitat de Barcelona, Curs: 2012-2013, Tutor: Joan Villarroya FontAquest és un anàlisi bibliogràfic sobre el què s’ha dit al voltant de la figura dels guerrillers que van combatre el règim a les comarques del Bages i el Berguedà des de la fi de la Guerra Civil espanyola fins a la caiguda del darrer maqui, l’any 1963. El treball gira al voltant de les figures de Massana i el Caracremada els maquis més importants de la zona i també els més carismàtics. A més, el treball conté una sèrie de reflexions al sobre temes com la valoració que feia la població contemporània dels maquis o el pes social de la seva figura al llarg del temps

Fissuració per tracció d'elements de formigó armat. Càlcul de l'obertura de fissura

És conegut que la resistència a tracció del formigó és escassa, si la comparem amb la seva resistència a compressió, i que s’utilitzen les armadures a la zona traccionada per a resistir aquests esforços. No obstant, en el formigó armat és normal que s’obrin petites fissures fruit d’aquest fet. Aquest treball es centra en la fissuració per tracció d’elements de formigó armat i, en particular, en el càlcul de l’obertura de les fissures. L’experiència ens porta sovint a restar importància a aquest càlcul, el qual per a elements habituals d’estructures d’edificació, com en el cas de les bigues o jàsseres, no sol ser determinant. No és així en el cas particular de les pantalles de fonamentació, que degut als seus grans recobriments és molt probable que la limitació de la fissuració sigui més restrictiva que el dimensionat a flexió. A més, alguns programes de càlcul obvien l’esforç axial, degut a pes propi, que tenen les pantalles, a l’hora comprovar l’Estat Límit de Fissuració. Una compressió que al tractar-se d’un element vertical de gran envergadura pot ser molt important i per tant hauria de ser tinguda en compte alhora de calcular l’obertura de la fissura. Amb tot, desprès de fer una breu explicació del fenomen de la fissuració, així com de fer un repàs de l’actual instrucció de formigó i d’algunes de les anteriors, s’ha resolt el càlcul de l’obertura de fissura, per a seccions rectangulars amb armadura superior i inferior, tenint en compte l’esforç axial de compressió, i s’ha elaborat un full de càlcul per a fer-ne el càlcul de manera pràctica

A downscaling methodology for microscale wind modelling and forecasting

Near-surface wind fields are typically obtained from mesoscale Numerical Weather Prediction (NWP) models. These models describe the physics and dynamics of atmospheric phenomena with characteristic dimensions spanning from several hundreds down to few kilometres. Operational configurations use horizontal grid resolutions insufficient to capture flow effects over complex terrains. These effects are relevant for applications that include wind resource evaluation, wind power forecast, or simulation of wind-driven hazardous phenomena such as wildfire spreading or atmospheric dispersion of pollutants and toxic substances. In these applications, some mesoscale-to-microscale downscaling strategy turns necessary. Traditionally, high-resolution near-surface winds have been obtained by diagnostic models. However, these models fail in representing flow phenomena such as recirculation behind obstacles, vortex shedding or surface boundary layer profiles. The increase in computational power is extending rapidly the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) models the dynamical NWP-CFD model coupling methodologies allow capturing physical phenomena that are not implicit in the simpler mass-consistent models. However, the computational cost of CFD models still precludes the use of dynamical downscaling strategies in operational weather forecast. Therefore, although the ABL flow is intrinsically dynamic, operational high-resolution wind modelling below the mesoscale range should be headed towards less computationally intensive physical-statistical methodologies. This Ph.D. thesis proposes a novel downscaling methodology for wind field characterisation and forecast. The downscaling is based on a model chain, which considers a NWP, a CFD model, and the methodologies to couple both models physically-statistically. The Ph.D. focuses on three main objectives: 1) This first study evaluates the ability of WRF-3DVar and LAPS to assimilate surface automatic weather stations for the mesoscale model initialisation. Results show different assimilation patterns; 3DVar shows unrealistic large-scale features missing in representing the inhomogeneous nature of the near-surface fields; LAPS reproduces small-scale features and provides an initial condition much consistent with observations. The validation shows that high-resolution WRF forecasts initialized with LAPS analyses improve substantially the forecasted wind fields. 2) The second objective faces the Alya-CFDWind (CFD-RANS) model simulation of diurnal cycles to circumvent part of the limitations of the neutral atmosphere assumption. These transient simulations provide a suitable framework to incorporate atmospheric stability considerations in the downscaling. As a test case, a wind resource assessment incorporating this capability shows promising results and substantially improves the annual energy production with respect to the neutral stratified assumption. 3) The third objective focuses on the development of the downscaling strategy. The methodology combines a domain segmentation technique with the use of transfer functions. This strategy preserves the mesoscale pattern and incorporates the unresolved mesoscale model sub-grid terrain forcing effects from pre-computed microscale simulations. Finally, the downscaling is successfully applied to simulate atmospheric CO2 dispersal from a limnic eruption occurred at Lake Nyos (Cameroon) in 1986. The fulfilment of these objectives has resulted in an efficient and operationally affordable downscaling methodology designed as a NWP model post-process tool for wind field characterisation and forecast. At present, the methodology is ready to be implemented at the Meteorological Service of Catalonia (SMC) operational setup as a prototype for its validation and evaluation.Els camps de vent pròxims a la superfície es solen obtenir a partir de models numèrics de predicció meteorològica mesoescalar (Numerical Weather Prediction: NWP). Aquests models descriuen la física i la dinàmica de fenòmens atmosfèrics amb extensions que van des de diversos centenars fins a pocs quilòmetres. En configuracions operacionals, aquests models treballen a resolucions insuficients per capturar els efectes que exerceixen orografies complexes sobre el flux. Aquests efectes poden ser rellevants per aplicacions com l'avaluació i previsió del recurs eòlic o la simulació de fenòmens perillosos deguts al vent, com la propagació d'incendis forestals o la dispersió atmosfèrica de substàncies tòxiques. Per aquestes aplicacions, és necessària una estratègia de downscaling mesoescala-microescala. Tradicionalment, els vents en alta resolució s'obtenen mitjançant models de diagnòstic. Aquests models, però, no són capaços de representar fenòmens com els de la recirculació darrere d'obstacles o els perfils de vent en la capa límit atmosfèrica. Gràcies a l'increment del poder computacional, l'ús de models Computational Fluid Dynamics (CFD) s'està estenent ràpidament. Les metodologies per acoblar dinàmicament models mesoescalars i CFD permeten capturar fenòmens físics que no són resolts per models més simples. Tanmateix, el cost computacional dels CFD n'impedeix l'ús en predicció operacional. Per tant, tot i que la capa límit atmosfèrica és intrínsecament dinàmica, la modelització eòlica operativa en alta resolució ha d'enfocar-se en mètodes computacionalment menys exigents, com per exemple, mètodes estadístics o físic-estadístics. Aquesta tesi doctoral proposa una nova metodologia per a la caracterització i pronòstic del vent en alta resolució. El downscaling es basa en una cadena de models; un model mesoescalar, un model microescalar CFD, i les metodologies per l'acoblament físic-estadístic. El doctorat es centra en tres objectius principals: 1) S'avalua la capacitat d'assimilar estacions meteorològiques automàtiques en superfície de WRF-3DVar i LAPS, per a la inicialització del model mesoescalar WRF. Els resultats mostren patrons d'assimilació diferents; el 3DVar mostra característiques de gran escala sense representar la naturalesa no homogènia dels camps superficials; el LAPS reprodueix característiques de petita escala i proporciona una condició inicial coherent amb les observacions. La validació mostra que les prediccions del model WRF inicialitzades amb els anàlisis de LAPS milloren substancialment els camps de vent pronosticats. 2) S'afronta la simulació de cicles diaris amb Alya-CFDWind (CFD-RANS) per tal de pal·liar part de les limitacions provinents de l'assumpció d'atmosfera neutra. Aquestes simulacions transitòries proporcionen un marc adequat per incorporar consideracions tèrmiques degudes a l'estratificació atmosfèrica. Els resultats de l'avaluació del recurs eòlic en un enclau a l'estat Puebla (Mèxic) són prometedors i substancialment millors que els obtinguts amb l'assumpció d'estratificació neutra. 3) Es desenvolupa l'estratègia de downscaling. La metodologia combina una tècnica de segmentació de dominis amb l'ús de funcions de transferència. Aquesta estratègia demostra la capacitat de preservar el patró mesoescalar i d'incorporar els efectes microescalars no resolts pel model mesoescalar gràcies a CFD pre-correguts. Finalment, el downscaling s'aplica amb èxit en la simulació de dispersió atmosfèrica de CO2 procedent d'una erupció límnica al Llac Nyos (Camerun, 1986). El compliment d'aquests objectius ha donat com a resultat una metodologia de downscaling eficient i operacionalment assumible, dissenyada com a post-procés del model mesoescalar i que permet la caracterització i el pronòstic del camp de vents. Actualment, la metodologia està preparada per ser implementada al Servei Meteorològic de Catalunya com a prototip per a la seva validació i avaluació

A downscaling methodology for microscale wind modelling and forecasting

Near-surface wind fields are typically obtained from mesoscale Numerical Weather Prediction (NWP) models. These models describe the physics and dynamics of atmospheric phenomena with characteristic dimensions spanning from several hundreds down to few kilometres. Operational configurations use horizontal grid resolutions insufficient to capture flow effects over complex terrains. These effects are relevant for applications that include wind resource evaluation, wind power forecast, or simulation of wind-driven hazardous phenomena such as wildfire spreading or atmospheric dispersion of pollutants and toxic substances. In these applications, some mesoscale-to-microscale downscaling strategy turns necessary. Traditionally, high-resolution near-surface winds have been obtained by diagnostic models. However, these models fail in representing flow phenomena such as recirculation behind obstacles, vortex shedding or surface boundary layer profiles. The increase in computational power is extending rapidly the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) models the dynamical NWP-CFD model coupling methodologies allow capturing physical phenomena that are not implicit in the simpler mass-consistent models. However, the computational cost of CFD models still precludes the use of dynamical downscaling strategies in operational weather forecast. Therefore, although the ABL flow is intrinsically dynamic, operational high-resolution wind modelling below the mesoscale range should be headed towards less computationally intensive physical-statistical methodologies. This Ph.D. thesis proposes a novel downscaling methodology for wind field characterisation and forecast. The downscaling is based on a model chain, which considers a NWP, a CFD model, and the methodologies to couple both models physically-statistically. The Ph.D. focuses on three main objectives: 1) This first study evaluates the ability of WRF-3DVar and LAPS to assimilate surface automatic weather stations for the mesoscale model initialisation. Results show different assimilation patterns; 3DVar shows unrealistic large-scale features missing in representing the inhomogeneous nature of the near-surface fields; LAPS reproduces small-scale features and provides an initial condition much consistent with observations. The validation shows that high-resolution WRF forecasts initialized with LAPS analyses improve substantially the forecasted wind fields. 2) The second objective faces the Alya-CFDWind (CFD-RANS) model simulation of diurnal cycles to circumvent part of the limitations of the neutral atmosphere assumption. These transient simulations provide a suitable framework to incorporate atmospheric stability considerations in the downscaling. As a test case, a wind resource assessment incorporating this capability shows promising results and substantially improves the annual energy production with respect to the neutral stratified assumption. 3) The third objective focuses on the development of the downscaling strategy. The methodology combines a domain segmentation technique with the use of transfer functions. This strategy preserves the mesoscale pattern and incorporates the unresolved mesoscale model sub-grid terrain forcing effects from pre-computed microscale simulations. Finally, the downscaling is successfully applied to simulate atmospheric CO2 dispersal from a limnic eruption occurred at Lake Nyos (Cameroon) in 1986. The fulfilment of these objectives has resulted in an efficient and operationally affordable downscaling methodology designed as a NWP model post-process tool for wind field characterisation and forecast. At present, the methodology is ready to be implemented at the Meteorological Service of Catalonia (SMC) operational setup as a prototype for its validation and evaluation.Els camps de vent pròxims a la superfície es solen obtenir a partir de models numèrics de predicció meteorològica mesoescalar (Numerical Weather Prediction: NWP). Aquests models descriuen la física i la dinàmica de fenòmens atmosfèrics amb extensions que van des de diversos centenars fins a pocs quilòmetres. En configuracions operacionals, aquests models treballen a resolucions insuficients per capturar els efectes que exerceixen orografies complexes sobre el flux. Aquests efectes poden ser rellevants per aplicacions com l'avaluació i previsió del recurs eòlic o la simulació de fenòmens perillosos deguts al vent, com la propagació d'incendis forestals o la dispersió atmosfèrica de substàncies tòxiques. Per aquestes aplicacions, és necessària una estratègia de downscaling mesoescala-microescala. Tradicionalment, els vents en alta resolució s'obtenen mitjançant models de diagnòstic. Aquests models, però, no són capaços de representar fenòmens com els de la recirculació darrere d'obstacles o els perfils de vent en la capa límit atmosfèrica. Gràcies a l'increment del poder computacional, l'ús de models Computational Fluid Dynamics (CFD) s'està estenent ràpidament. Les metodologies per acoblar dinàmicament models mesoescalars i CFD permeten capturar fenòmens físics que no són resolts per models més simples. Tanmateix, el cost computacional dels CFD n'impedeix l'ús en predicció operacional. Per tant, tot i que la capa límit atmosfèrica és intrínsecament dinàmica, la modelització eòlica operativa en alta resolució ha d'enfocar-se en mètodes computacionalment menys exigents, com per exemple, mètodes estadístics o físic-estadístics. Aquesta tesi doctoral proposa una nova metodologia per a la caracterització i pronòstic del vent en alta resolució. El downscaling es basa en una cadena de models; un model mesoescalar, un model microescalar CFD, i les metodologies per l'acoblament físic-estadístic. El doctorat es centra en tres objectius principals: 1) S'avalua la capacitat d'assimilar estacions meteorològiques automàtiques en superfície de WRF-3DVar i LAPS, per a la inicialització del model mesoescalar WRF. Els resultats mostren patrons d'assimilació diferents; el 3DVar mostra característiques de gran escala sense representar la naturalesa no homogènia dels camps superficials; el LAPS reprodueix característiques de petita escala i proporciona una condició inicial coherent amb les observacions. La validació mostra que les prediccions del model WRF inicialitzades amb els anàlisis de LAPS milloren substancialment els camps de vent pronosticats. 2) S'afronta la simulació de cicles diaris amb Alya-CFDWind (CFD-RANS) per tal de pal·liar part de les limitacions provinents de l'assumpció d'atmosfera neutra. Aquestes simulacions transitòries proporcionen un marc adequat per incorporar consideracions tèrmiques degudes a l'estratificació atmosfèrica. Els resultats de l'avaluació del recurs eòlic en un enclau a l'estat Puebla (Mèxic) són prometedors i substancialment millors que els obtinguts amb l'assumpció d'estratificació neutra. 3) Es desenvolupa l'estratègia de downscaling. La metodologia combina una tècnica de segmentació de dominis amb l'ús de funcions de transferència. Aquesta estratègia demostra la capacitat de preservar el patró mesoescalar i d'incorporar els efectes microescalars no resolts pel model mesoescalar gràcies a CFD pre-correguts. Finalment, el downscaling s'aplica amb èxit en la simulació de dispersió atmosfèrica de CO2 procedent d'una erupció límnica al Llac Nyos (Camerun, 1986). El compliment d'aquests objectius ha donat com a resultat una metodologia de downscaling eficient i operacionalment assumible, dissenyada com a post-procés del model mesoescalar i que permet la caracterització i el pronòstic del camp de vents. Actualment, la metodologia està preparada per ser implementada al Servei Meteorològic de Catalunya com a prototip per a la seva validació i avaluació.Postprint (published version

A downscaling methodology for microscale wind modelling and forecasting

Near-surface wind fields are typically obtained from mesoscale Numerical Weather Prediction (NWP) models. These models describe the physics and dynamics of atmospheric phenomena with characteristic dimensions spanning from several hundreds down to few kilometres. Operational configurations use horizontal grid resolutions insufficient to capture flow effects over complex terrains. These effects are relevant for applications that include wind resource evaluation, wind power forecast, or simulation of wind-driven hazardous phenomena such as wildfire spreading or atmospheric dispersion of pollutants and toxic substances. In these applications, some mesoscale-to-microscale downscaling strategy turns necessary. Traditionally, high-resolution near-surface winds have been obtained by diagnostic models. However, these models fail in representing flow phenomena such as recirculation behind obstacles, vortex shedding or surface boundary layer profiles. The increase in computational power is extending rapidly the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) models the dynamical NWP-CFD model coupling methodologies allow capturing physical phenomena that are not implicit in the simpler mass-consistent models. However, the computational cost of CFD models still precludes the use of dynamical downscaling strategies in operational weather forecast. Therefore, although the ABL flow is intrinsically dynamic, operational high-resolution wind modelling below the mesoscale range should be headed towards less computationally intensive physical-statistical methodologies. This Ph.D. thesis proposes a novel downscaling methodology for wind field characterisation and forecast. The downscaling is based on a model chain, which considers a NWP, a CFD model, and the methodologies to couple both models physically-statistically. The Ph.D. focuses on three main objectives: 1) This first study evaluates the ability of WRF-3DVar and LAPS to assimilate surface automatic weather stations for the mesoscale model initialisation. Results show different assimilation patterns; 3DVar shows unrealistic large-scale features missing in representing the inhomogeneous nature of the near-surface fields; LAPS reproduces small-scale features and provides an initial condition much consistent with observations. The validation shows that high-resolution WRF forecasts initialized with LAPS analyses improve substantially the forecasted wind fields. 2) The second objective faces the Alya-CFDWind (CFD-RANS) model simulation of diurnal cycles to circumvent part of the limitations of the neutral atmosphere assumption. These transient simulations provide a suitable framework to incorporate atmospheric stability considerations in the downscaling. As a test case, a wind resource assessment incorporating this capability shows promising results and substantially improves the annual energy production with respect to the neutral stratified assumption. 3) The third objective focuses on the development of the downscaling strategy. The methodology combines a domain segmentation technique with the use of transfer functions. This strategy preserves the mesoscale pattern and incorporates the unresolved mesoscale model sub-grid terrain forcing effects from pre-computed microscale simulations. Finally, the downscaling is successfully applied to simulate atmospheric CO2 dispersal from a limnic eruption occurred at Lake Nyos (Cameroon) in 1986. The fulfilment of these objectives has resulted in an efficient and operationally affordable downscaling methodology designed as a NWP model post-process tool for wind field characterisation and forecast. At present, the methodology is ready to be implemented at the Meteorological Service of Catalonia (SMC) operational setup as a prototype for its validation and evaluation.Els camps de vent pròxims a la superfície es solen obtenir a partir de models numèrics de predicció meteorològica mesoescalar (Numerical Weather Prediction: NWP). Aquests models descriuen la física i la dinàmica de fenòmens atmosfèrics amb extensions que van des de diversos centenars fins a pocs quilòmetres. En configuracions operacionals, aquests models treballen a resolucions insuficients per capturar els efectes que exerceixen orografies complexes sobre el flux. Aquests efectes poden ser rellevants per aplicacions com l'avaluació i previsió del recurs eòlic o la simulació de fenòmens perillosos deguts al vent, com la propagació d'incendis forestals o la dispersió atmosfèrica de substàncies tòxiques. Per aquestes aplicacions, és necessària una estratègia de downscaling mesoescala-microescala. Tradicionalment, els vents en alta resolució s'obtenen mitjançant models de diagnòstic. Aquests models, però, no són capaços de representar fenòmens com els de la recirculació darrere d'obstacles o els perfils de vent en la capa límit atmosfèrica. Gràcies a l'increment del poder computacional, l'ús de models Computational Fluid Dynamics (CFD) s'està estenent ràpidament. Les metodologies per acoblar dinàmicament models mesoescalars i CFD permeten capturar fenòmens físics que no són resolts per models més simples. Tanmateix, el cost computacional dels CFD n'impedeix l'ús en predicció operacional. Per tant, tot i que la capa límit atmosfèrica és intrínsecament dinàmica, la modelització eòlica operativa en alta resolució ha d'enfocar-se en mètodes computacionalment menys exigents, com per exemple, mètodes estadístics o físic-estadístics. Aquesta tesi doctoral proposa una nova metodologia per a la caracterització i pronòstic del vent en alta resolució. El downscaling es basa en una cadena de models; un model mesoescalar, un model microescalar CFD, i les metodologies per l'acoblament físic-estadístic. El doctorat es centra en tres objectius principals: 1) S'avalua la capacitat d'assimilar estacions meteorològiques automàtiques en superfície de WRF-3DVar i LAPS, per a la inicialització del model mesoescalar WRF. Els resultats mostren patrons d'assimilació diferents; el 3DVar mostra característiques de gran escala sense representar la naturalesa no homogènia dels camps superficials; el LAPS reprodueix característiques de petita escala i proporciona una condició inicial coherent amb les observacions. La validació mostra que les prediccions del model WRF inicialitzades amb els anàlisis de LAPS milloren substancialment els camps de vent pronosticats. 2) S'afronta la simulació de cicles diaris amb Alya-CFDWind (CFD-RANS) per tal de pal·liar part de les limitacions provinents de l'assumpció d'atmosfera neutra. Aquestes simulacions transitòries proporcionen un marc adequat per incorporar consideracions tèrmiques degudes a l'estratificació atmosfèrica. Els resultats de l'avaluació del recurs eòlic en un enclau a l'estat Puebla (Mèxic) són prometedors i substancialment millors que els obtinguts amb l'assumpció d'estratificació neutra. 3) Es desenvolupa l'estratègia de downscaling. La metodologia combina una tècnica de segmentació de dominis amb l'ús de funcions de transferència. Aquesta estratègia demostra la capacitat de preservar el patró mesoescalar i d'incorporar els efectes microescalars no resolts pel model mesoescalar gràcies a CFD pre-correguts. Finalment, el downscaling s'aplica amb èxit en la simulació de dispersió atmosfèrica de CO2 procedent d'una erupció límnica al Llac Nyos (Camerun, 1986). El compliment d'aquests objectius ha donat com a resultat una metodologia de downscaling eficient i operacionalment assumible, dissenyada com a post-procés del model mesoescalar i que permet la caracterització i el pronòstic del camp de vents. Actualment, la metodologia està preparada per ser implementada al Servei Meteorològic de Catalunya com a prototip per a la seva validació i avaluació

Fissuració per tracció d'elements de formigó armat. Càlcul de l'obertura de fissura

És conegut que la resistència a tracció del formigó és escassa, si la comparem amb la seva resistència a compressió, i que s’utilitzen les armadures a la zona traccionada per a resistir aquests esforços. No obstant, en el formigó armat és normal que s’obrin petites fissures fruit d’aquest fet. Aquest treball es centra en la fissuració per tracció d’elements de formigó armat i, en particular, en el càlcul de l’obertura de les fissures. L’experiència ens porta sovint a restar importància a aquest càlcul, el qual per a elements habituals d’estructures d’edificació, com en el cas de les bigues o jàsseres, no sol ser determinant. No és així en el cas particular de les pantalles de fonamentació, que degut als seus grans recobriments és molt probable que la limitació de la fissuració sigui més restrictiva que el dimensionat a flexió. A més, alguns programes de càlcul obvien l’esforç axial, degut a pes propi, que tenen les pantalles, a l’hora comprovar l’Estat Límit de Fissuració. Una compressió que al tractar-se d’un element vertical de gran envergadura pot ser molt important i per tant hauria de ser tinguda en compte alhora de calcular l’obertura de la fissura. Amb tot, desprès de fer una breu explicació del fenomen de la fissuració, així com de fer un repàs de l’actual instrucció de formigó i d’algunes de les anteriors, s’ha resolt el càlcul de l’obertura de fissura, per a seccions rectangulars amb armadura superior i inferior, tenint en compte l’esforç axial de compressió, i s’ha elaborat un full de càlcul per a fer-ne el càlcul de manera pràctica