( PDF ) Sensibilidade da precipitação simulada na região do centro de lançamento de Alcântara a esquemas de convecção explícita: estudos de caso

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INPE-16718-TDI/1656

SENSIBILIDADE DA PRECIPITA¸C

AO SIMULADA NA

REGI

AO DO CENTRO DE LAN ¸CAMENTO DE

ALC

ANTARA A ESQUEMAS DE CONVEC ¸C

EXPL

ICITA: ESTUDOS DE CASO

Jos´e H´elio Abreu Nogueira

Disserta¸c˜ao de Mestrado do Curso de P´os-Gradua¸c˜ao em Meteorologia, orientada

pelo Dr. Marcos Daisuke Oyama, aprovada em 05 de maio de 2010.

URL do documento original:

<http://urlib.net/8JMKD3MGP8W/37AUJDB>

INPE

S˜ao Jos´e dos Campos

2010

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SENSIBILIDADE DA PRECIPITA¸C

AO SIMULADA NA

REGI

AO DO CENTRO DE LAN ¸CAMENTO DE

ALC

ANTARA A ESQUEMAS DE CONVEC ¸C

EXPL

ICITA: ESTUDOS DE CASO

Jos´e H´elio Abreu Nogueira

Disserta¸c˜ao de Mestrado do Curso de P´os-Gradua¸c˜ao em Meteorologia, orientada

pelo Dr. Marcos Daisuke Oyama, aprovada em 05 de maio de 2010.

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S˜ao Jos´e dos Campos

2010

Dados Internacionais de Cataloga¸c˜ao na Publica¸c˜ao (CIP)

Nogueira, Jos´e H´elio Abreu.

N689s

Sensibilidade da precipita¸c˜ao simulada na regi˜ao do Centro de

Lan¸camento de Alcˆantara a esquemas de convec¸c˜ao expl´ıcita: estu-

dos de caso / Jos´e H´elio Abreu Nogueira. – S˜ao Jos´e dos Campos :

INPE, 2010.

154 p. ; (INPE-16718-TDI/1656)

Disserta¸c˜ao (Mestrado em Meteorologia) – Instituto Nacional

de Pesquisas Espaciais, S˜ao Jos´e dos Campos, 2010.

Orientador : Dr. Marcos Daisuke Oyama.

1. Precipita¸c˜ao. 2. Centro de Lan¸camento de Alcˆantara. 3. Es-

quemas de convec¸c˜ao. 4. Instituto de Controle do Espa¸co A´ereo

(ICEA). 5. Modelo regional MM5. I.T´ıtulo.

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of any material supplied speciﬁcally for the purpose of being entered and executed on a computer

system, for exclusive use of the reader of the work.

À minha esposa Rita

e nossos filhos Maria Rita, João Pedro,

João Lucas e João Miguel,

pelos momentos que deixamos de passar juntos

para que este trabalho pudesse ser realizado.

AGRADECIMENTOS

A Deus Pai, por ter permitido tudo que aconteceu em minha vida.

A minha família, pelas inúmeras vezes que me apoiaram e inspiraram nos momentos de

cansaço e desânimo.

A meus pais Hélio e Maria Aparecida, pelo exemplo de amor, caráter e simplicidade

que me nortearam por toda a minha vida.

Ao meu orientador Dr. Marcos Daisuke Oyama, pelo extraordinário conhecimento e

incansável paciência que foram fundamentais para que os objetivos fossem alcançados.

Ao Dr. Cléber Souza Corrêa, pela atenção e companheirismo que demonstrou em todas

as oportunidades em que estivemos juntos durante a realização deste trabalho.

Ao Departamento de Controle do Espaço Aéreo (DECEA), ao Instituo de Controle do

Espaço Aéreo (ICEA) e ao Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), por terem

viabilizado esta oportunidade ímpar em minha vida.

A todos os companheiros de curso, professores e funcionários do INPE, pelo convívio

harmonioso que tivemos durante este período.

A todos os companheiros do Grupo de Pesquisa e aos servidores da Divisão de Ciências

Atmosféricas do IAE, pelos momentos agradáveis e pelo apoio prestado durante a

realização desta pesquisa.

A todos aqueles que de alguma forma contribuíram neste trabalho e não foram citados.

E a todos os amigos e familiares, que direta ou indiretamente contribuíram para que este

trabalho fosse realizado.

RESUMO

Eventos de precipitação ocorridos na região do Centro de Lançamento de Alcântara

(CLA) foram simulados com o modelo regional MM5 em grades aninhadas para avaliar

a sensibilidade da precipitação simulada a 1) uso de diferentes esquemas de convecção

explícita e 2) retirada do esquema de convecção implícita nas grades de maior resolução

horizontal. O trabalho consistiu em duas partes. Na parte I, foram utilizadas três grades

aninhadas centradas sobre o CLA (27, 9 e 3 km de espaçamento). Inicialmente,

diferentes esquemas de convecção explícita foram utilizados juntamente com esquema

de convecção implícita nas três grades (aproximação híbrida) para simular quatro

eventos de precipitação. Apesar de todos os esquemas levarem a erros expressivos, o

Simple Ice apresentou melhores resultados. Então, os mesmos eventos foram simulados

empregando somente o Simple Ice nas grades de 3 e/ou 9 km de espaçamento. A

representação da precipitação na grade de 3 km apresentou melhorias expressivas

quando se empregou somente o esquema de convecção explícita nas grades de 9 e 3 km.

Na parte II, simulações para o período de 1 mês (março de 2009) foram realizadas com

uma versão operacional do MM5 instalada no Instituto de Controle do Espaço Aéreo

(ICEA). Grades aninhadas com espaçamento de 36 e 12 km, centrado no Nordeste do

Brasil, foram utilizadas. Na grade de 12 km, o uso tanto de aproximação híbrida

(ICEA1) quanto de somente esquema de convecção explícita (Simple Ice; ICEA2),

levaram a uma boa representação da variabilidade interdiária da precipitação, embora

tenham superestimado o total de precipitação no período. ICEA2 produziu núcleos de

elevada intensidade de precipitação, enquanto ICEA1 gerou áreas de chuva mais

espalhadas e com intensidade menor. Apesar de constatada sensibilidade da precipitação

simulada ao uso de diferentes estratégias, os erros em relação às observações impediram

que se apontasse a superioridade de uma delas. Assim como observado em trabalhos

anteriores, persistem as dúvidas sobre a relação entre adequação do uso de aproximação

híbrida e resolução espacial dos domínios utilizados em simulações com modelos de

mesoescala, pois a utilização de somente esquemas explícitos nas grades de menor

espaçamento, no presente estudo, não garantiu melhorias expressivas das previsões de

precipitação.

SENSITIVITY OF THE SIMULATED PRECIPITATION OVER THE

ALCÂNTARA LAUNCH CENTER REGION TO EXPLICIT CONVECTION

SCHEMES: CASE STUDIES

ABSTRACT

Precipitation events over the Alcântara Launch Center (CLA, Brazil) were simulated

using the MM5 regional model in nested domains to assess the sensitivity of simulated

precipitation to 1) the use of different explicit convection schemes and 2) turning off the

implicit convection scheme in the domains with higher horizontal resolution. This work

is composed by two parts. In part I, three nested domains centered at CLA (27, 9 and 3

km grid spacing) were used. Initially, different explicit convection schemes were used

along with an implicit convection scheme for all domains (hybrid approach) to simulate

four precipitation events. Despite the marked errors found for all schemes, the Simple

Ice scheme showed better results. Then, the same events were simulated using only the

Simple Ice scheme in the 3 and/or 9 km grid spacing domains. The representation of

precipitation in the 3 km grid spacing domain showed significant improvement when

only explicit convection scheme was used in both 9 and 3 km grid spacing domains. In

part II, simulations for a 1-month period (March 2009) were performed with an

operational version of MM5 installed at the Institute of Air Space Control (ICEA,

Brazil). Two nested domains with grid spacing of 36 and 12 km, centered at Northeast

Brazil, were used. In the 12 km grid spacing domain, the use of either hybrid approach

(ICEA1) or only explicit scheme (Simple Ice; ICEA2) led to good representation of the

precipitation interdaily variability, even though the total monthly precipitation was

overestimated. ICEA2 (ICEA1) generated concentrated (broader) areas with high

(lower) precipitation intensity. Despite the sensitivity of the simulated precipitation to

the strategy used, the errors found in relation to the observations precluded the

possibility of choosing the best strategy. As noted in previous studies, the doubts on the

relationship between hybrid approach use adequacy and spatial resolution of the

domains used in simulations with mesoscale models do persist, because the use of

explicit schemes alone in higher resolution domains, in the present study, did not assure

significant improvements in precipitation forecasts.

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE TABELAS

LISTA DE ABREVIATURAS

1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................29

2 DADOS....................................................................................................................35

2.1 Dados de Satélite....................................................................................................35

2.2 Dados de Radiossondagens ....................................................................................35

2.3 Dados Meteorólogicos de Superfície ......................................................................36

2.4 Dados de Radar Meteorólogico ..............................................................................36

2.5 Dados de Reanálise do NCEP/NCAR.....................................................................37

2.6 Dados de análise do NCEP.....................................................................................37

2.7 Boletim Climanálise...............................................................................................37

2.8 Dados de precipitação estimada pelo satélite TRMM .............................................37

2.9 Dados de precipitação estimada pelo modelo Hidroestimador ...............................38

3 MODELO DE MESOESCALA MM5....................................................................39

3.1 Descrição geral ......................................................................................................39

3.2 Comparação entre os esquemas explícitos do MM5................................................41

4 SELEÇÃO E ESTUDOS OBSERVACIONAL DOS CASOS DE

PRECIPITAÇÃO.......................................................................................................47

4.1 Estudos de casos de precipitação sobre a região do CLA ........................................47

4.1.1 Eventos ocorridos no dia 18/07/08.......................................................................48

4.1.2 Eventos ocorridos no dia 30/07/08.......................................................................56

4.1.3 Eventos ocorridos no dia 12/03/09.......................................................................61

4.1.4 Eventos ocorridos no dia 26/03/09.......................................................................68

4.2 Síntese descritiva dos casos de precipitação sobre a região do CLA .......................76

5 DESENHO DAS SIMULAÇÕES ...........................................................................77

5.1 Simulações com o modelo instalado na ACA/IAE..................................................77

5.2 Simulações com o modelo instalado no ICEA ........................................................83

6 RESULTADOS .......................................................................................................87

6.1 Simulações realizadas com o modelo instalado na ACA/IAE .................................87

6.1.1 Análise das simulações do Grupo 1 .....................................................................87

6.1.2 Síntese dos resultados das simulações do Grupo 1.............................................104

6.1.3 Análise das simulações do Grupo 2 ...................................................................108

6.1.4 Síntese dos resultados das simulações do grupo 2..............................................126

6.2 Simulações realizadas com o modelo instalado no ICEA.....................................127

6.2.1 Precipitação observada na região do NEB durante março de 2009.....................127

6.2.2 Análise das simulações......................................................................................128

6.2.3 Síntese dos resultados das simulações realizadas no ICEA. ...............................136

7 CONCLUSÕES.....................................................................................................137

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................141

APÊNDICE A - TESTES DE SENSIBILIDADE DE SIMULAÇÕES DE

PRECIPITAÇÃO À RESOLUÇÃO VERTICAL ..................................................149

1.1 Objetivo...............................................................................................................145

1.2 Metodologia.........................................................................................................146

1.3 Resultado das simulações.....................................................................................146

LISTA DE FIGURAS

Figura 4.1 - Área delimitada (aproximada, em vermelho) para obtenção da precipitação

média...............................................................................................................................48

Figura 4.2 - Precipitação horária registrada pelas estações de Alcântara (CLA) de São

Luís (SLZ) e estimada pelo modelo Hidroestimador (HIDRO) e pelo satélite TRMM

(TRMM) para o dia 18/07/08. Unidade de precipitação: mm/h......................................49

Figura 4.3 - Recorte de imagens do satélite GOES-10 + METEOSAT-09 para as 12UTC

do dia 17/07/08 (a), 00UTC (b) e 06UTC (c) do dia 18/07/08. Fonte:

INPE/CPTEC/DSA. Os painéis “d”, “e” e “f” referem-se a campos gerados a partir de

dados de análise, sendo: (d) direção do vento horizontal (VNT, m/s) e umidade

específica (Q, em g/kg) em 850 hPa para as 00UTC do dia 18; (e) perfil do fluxo de

umidade específica sobre o ponto de grade que contém o CLA para as 12UTC de

18/07/08 e (f) ômega (Pa/s) em 850 hPa para as 12UTC do dia 18/07/08......................51

Figura 4.4 - Imagens de temperatura de brilho das nuvens (TB, °C) para o dia 18/07/08.

Os campos referem-se aos seguintes horários: (a) 0245UTC, (b) 0330UTC, (c)

0445UTC e (d) 0615UTC. Fonte: INPE/CPTEC/DSA...................................................52

Figura 4.5 - Imagens de refletividade das nuvens geradas pelo radar localizado no CLA

para o dia 18/07/08. Os campos referem-se aos seguintes horários (UTC), nesta ordem:

(a) 0515, (b) 0603, (c) 0702, (d) 0904, (e) 1030 e (f) 1123. O maior círculo concêntrico

representa uma distância de 120 km................................................................................53

Figura 4.6 - Imagens de refletividade das nuvens geradas pelo radar localizado no CLA

para o dia 18/07/08. Os campos referem-se aos seguintes horários (UTC), nesta ordem:

(a) 1633 e (b) 1720. O maior círculo concêntrico representa uma distância de 120

km....................................................................................................................................54

Figura 4.7 - (a) Recorte de imagem obtida pelo satélite NOAA-15 para as 1930UTC do

dia 18/07/08. (b) Recorte de imagem obtida pelo satélite NOAA-17 para as 0026UTC

do dia 19/07/08. Fonte: INPE/CPTEC/DSA. (c) Campo de precipitação (mm/h)

estimado pelo satélite TRMM para as 18UTC do dia 18/07/08. (d) Campo de

divergência do vento horizontal em 850 hPa (1/s) gerado a partir de dados de análise

para as 00UTC do dia 19/07/08.......................................................................................55

Figura 4.8 - Precipitação horária registrada pelas estações de Alcântara (CLA) de São

Luís (SLZ) e estimada pelo modelo Hidroestimador (HIDRO) e pelo satélite TRMM

(TRMM) para o dia 30/07/08. Unidade de precipitação: mm/h......................................56

Figura 4.9 - Recorte de imagens do satélite GOES-10 + METEOSAT-09 para às 00UTC

do dia 29/07/08 (a), 00UTC (b), 12UTC (c) e 1815UTC (d) do dia 30/07/08. Fonte:

INPE/CPTEC/DSA..........................................................................................................57

Figura 4.10 - Imagens de temperatura de brilho das nuvens (TB, °C) para o dia

30/07/08. Os campos referem-se aos seguintes horários: (a) 1715UTC, (b) 1830UTC,

Figura 4.11 - Campos gerados a partir de dados de análise, sendo: perfil do fluxo de

umidade específica sobre o ponto de grade que contém o CLA para as 12UTC do dia 30

(“a”) e para as 00UTC do dia 31/07/08 (“b”); escoamento (VNT, m/s) e umidade

específica (Q, em g/kg) em 700 hPa para as 12UTC do dia 30/07/08 (c) e ômega (Pa/s)

em 700 hPa para as 00UTC do dia 31/07/08 (“d”)..........................................................59

Figura 4.12 - Imagens de refletividade das nuvens geradas pelo radar localizado no

CLA para o dia 30/07/08. Os campos referem-se aos seguintes horários (UTC), nesta

ordem: (a) 1638 e (b) 1704, (c) 1833, (d) 1921, (e) 2037 e (f) 2116. O maior círculo

concêntrico representa uma distância de 120 km............................................................60

Figura 4.13 - Precipitação horária registrada pelas estações de Alcântara (CLA) de São

Luís (SLZ) e estimada pelo modelo Hidroestimador (HIDRO) e pelo satélite TRMM

(TRMM) para o dia 12/03/09. Unidade de precipitação: mm/h......................................61

Figura 4.14 - Análise sinótica ao nível de 250 hPa (a) e à superfície (b) para às 00Z do

dia 12/03/09. Fonte: INPE/CPTEC/GPT.........................................................................62

Figura 4.15 - Recorte de imagens do satélite GOES-10 + METEOSAT-09 para às

18UTC do dia 11/03/09 (a), 0015UTC (b) e 12UTC (c) do dia 12/03/09. Fonte:

INPE/CPTEC/DSA. O painel “d” refere-se ao escoamento (VNT, m/s) e umidade

específica (Q, em g/kg) em 925hPa, para as 00UTC do dia 12/03/09, gerado a partir de

dados de análise...............................................................................................................63

Figura 4.16 - Imagens de temperatura de brilho das nuvens (TB, °C) para o dia

12/03/09. Os campos referem-se aos seguintes horários: (a) 0245UTC, (b) 05UTC, (c)

0730UTC e (d) 11UTC. Fonte: INPE/CPTEC/DSA.......................................................64

Figura 4.17 - Imagens de refletividade das nuvens geradas pelo radar localizado no

CLA para o dia 12/03/09. Os campos referem-se aos seguintes horários (UTC), nesta

ordem: (a) 0203 e (b) 0241, (c) 0329, (d) 0531, (e) 0713 e (f) 0942, (g) 1113 e (h) 1315.

O maior círculo concêntrico representa uma distância de 120 km..................................65

Figura 4.18 - Recorte de imagens do satélite GOES-10 + METEOSAT-09 para as

1815UTC do dia 11/03/09 (a) e 0015UTC do dia 12/03/09. Fonte:

INPE/CPTEC/DSA.........................................................................................................66

Figura 4.19 - Imagens de temperatura de brilho das nuvens (TB, °C) para o dia

12/03/09. Os campos referem-se aos seguintes horários: (a) 1615UTC, (b) 1915UTC,

Figura 4.20 - Campos de linhas de corrente em 200hPa, para as 18UTC do dia 12 (a) e

00UTC do dia 13/03/09 (b), gerados a partir de dados de reanálise. O retângulo

vermelho delimita área usada para estudo.......................................................................67

Figura 4.21 - Imagens de refletividade das nuvens geradas pelo radar localizado no

CLA para o dia 12/03/09. Os campos referem-se aos seguintes horários (UTC), nesta

ordem: (a) 1615 e (b) 1715, (c) 1830, (d) 1915, (e) 1945 e (f) 2033. O maior círculo

concêntrico representa uma distância de 120 km............................................................67

Figura 4.22 - Precipitação horária registrada pelas estações de Alcântara (CLA) de São

Luís (SLZ) e estimada pelo modelo Hidroestimador (HIDRO) e pelo satélite TRMM

(TRMM) para o dia 26/03/09. Unidade de precipitação: mm/h......................................68

Figura 4.23 - Análise ao nível de 250 hPa (a) e à superfície (b) para às 00Z do dia

26/03/09. Fonte: INPE/CPTEC/GPT. Campos de direção do vento horizontal (VNT,

m/s) e umidade específica (Q, em g/kg) em 925 hPa, para as 00UTC do dia 26/03/09 (c)

e 00UTC do dia 27/03/09 (d), gerados a partir de dados de análise................................69

Figura 4.24 - Recorte de imagens do satélite GOES-10 + METEOSAT-09 para as

06UTC (a) e 18UTC do dia 26/03/09. Fonte: INPE/CPTEC/DSA................................70

Figura 4.25 - Recorte de imagens do satélite GOES-10 + METEOSAT-09 para as

00UTC (a) e 12UTC do dia 26/03/09. Fonte: INPE/CPTEC/DSA................................71

Figura 4.26 - (a) Campo de divergência do vento horizontal (1/s) e (b) ômega (Pa/s) em

925hPa, para as 00UTC do dia 26/03/09, gerados a partir de dados de análise..............71

Figura 4.27 - Imagens de temperatura de brilho das nuvens (TB, °C) para o dia

12/03/09. Os campos referem-se aos seguintes horários: (a) 09UTC e (b) 1015UTC.

Fonte: INPE/CPTEC/DSA..............................................................................................72

Figura 4.28 - Imagens de refletividade das nuvens geradas pelo radar localizado no

CLA para o dia 26/03/09. Os campos referem-se aos seguintes horários (UTC), nesta

ordem: (a) 0801 e (b) 0915, (c) 1015 e (d) 1113. O maior círculo concêntrico representa

uma distância de 120 km.................................................................................................72

Figura 4.29 - Imagens de temperatura de brilho das nuvens (TB, °C) para o dia

26/03/09. Os campos referem-se aos seguintes horários: (a) 15UTC, (b) 1630UTC, (c)

1815UTC e (d) 20UTC. Fonte: INPE/CPTEC/DSA.......................................................73

Figura 4.30 - Imagens de refletividade das nuvens geradas pelo radar localizado no

CLA para o dia 26/03/09. Os campos referem-se aos seguintes horários (UTC), nesta

ordem: (a) 1315 e (b) 1403, (c) 1502, (d) 1617, (e) 1715 e (f) 1830. O maior círculo

concêntrico representa uma distância de 120 km............................................................74

Figura 5.1 - Domínio das grades de resolução horizontal 27 km (G1), 09 km (G2) e 3

km (G3)............................................................................................................................78

Figura 5.2 - Campos de topografia (a), fração de área vegetada (b), uso da terra (c) e

umidade do solo entre 10 e 40 cm para à 00 UTC do dia 26/03/2009 (d) para o

domínio 1.........................................................................................................................81

Figura 5.3 - Campos de topografia (a), fração de área vegetada (b), uso da terra (c) e

umidade do solo entre 10 e 40 cm para à 00 UTC do dia 26/03/2009 (d) para o

domínio 2.........................................................................................................................82

Figura 5.4 - Campos de topografia (a), fração de área vegetada (b), uso da terra (c) e

umidade do solo entre 10 e 40 cm para à 00 UTC do dia 26/03/2009 (d) para o

domínio 3........................................................................................................................83

Figura 5.5 - Domínio das grades de resolução horizontal 36 km (D1) e 12 km (D2) para

a região Nordeste utilizado pelo ICEA............................................................................86

Figura 6.1 - Comparação entre os valores horários (UTC) de precipitação para o dia

18/07/08. As barras referem-se aos valores de precipitação registrada no CLA e em SLZ

e de precipitação média estimada pelo Hidroestimador (HIDRO) e pelo satélite TRMM

(TRMM). As linhas referem-se aos valores médios simulados nos domínios de 27, 9 e 3

km de resolução. Os gráficos “a”, “b”, “c” e “d” referem-se, aos esquemas Warm Rain,

Simple Ice, Reisner e Schultz (SC), nesta ordem. Precipitação (mm/h) em escala

logarítmica.......................................................................................................................88

Figura 6.2 - Campos de precipitação simulada (de “d” a “p”, mm), precipitação

estimada pelo TRMM (“b”) e pelo HIDRO (“c”) e de TB (“a”, °C) para as 06 UTC de

18/07/08. Cada uma das colunas, a contar da esquerda, refere-se a campos (exceto

campos “a”, “b” e “c”) cujos domínios são de 27, 9 e 3 km de espaçamento de grade,

respectivamente. Cada uma das linhas, a contar da segunda na descendente, refere-se a

um esquema explícito, conforme a seguinte ordem: Warm Rain, Simple Ice, Reisner 2 e

Schultz. Os retângulos delimitam as áreas utilizadas para análise..................................91

Figura 6.3 - Comparação entre os valores horários (UTC) de precipitação para o dia

30/07/08. As barras referem-se aos valores de precipitação registrada no CLA e em SLZ

e de precipitação média estimada pelo Hidroestimador (HIDRO) e pelo satélite TRMM

(TRMM). As linhas referem-se aos valores médios simulados nos domínios de 27, 9 e 3

km. Os gráficos “a”, “b”, “c” e “d” referem-se, aos esquemas Warm Rain, Simple Ice,

Reisner e Schultz, nesta ordem. Precipitação (mm/h) em escala logarítmica.................92

Figura 6.4 - Campos de precipitação simulada (de “d” a “p”, mm) e de precipitação

estimada pelo TRMM (de “a” a “c”) para as 06UTC (esquerda), 15UTC (centro) e

18UTC (direita) de 30/07/08. Cada uma das colunas, a contar da esquerda, refere-se a

campos (exceto campos “a”, “b” e “c”) cujos domínios são de 27, 9 e 3 km de

espaçamento de grade, respectivamente. Cada uma das linhas, a contar da segunda na

descendente, refere-se a um esquema explícito, conforme a seguinte ordem: Warm

Rain, Simple Ice, Reisner e Schultz................................................................................95

Figura 6.5 - Comparação entre os valores horários (UTC) de precipitação para a região

do CLA para o dia 12/03/09. As barras referem-se aos valores de precipitação registrada

no CLA (REG), de precipitação média estimada pelo Hidroestimador (HIDRO) e pelo

satélite TRMM (TRMM). As linhas referem-se aos valores médios simulados nos

domínios de 27, 9 e 3 km de resolução. Os gráficos “a”, “b”, “c” e “d” referem-se, aos

esquemas Warm Rain, Simple Ice, Reisner e Schultz, nesta ordem. Precipitação (mm/h)

em escala logarítmica......................................................................................................96

Figura 6.6 - Campos de precipitação simulada (de “d” a “p”, mm), de precipitação

estimada pelo Hidroestimador (“a” e “b”) e de refletividade de radar (“c”) para as

02UTC (esquerda), 15UTC (centro) e 18UTC (direita) de 12/03/09. Cada uma das

colunas, a contar da esquerda, refere-se a campos (exceto campos “a”, “b” e “c”) cujos

domínios são de 27, 9 e 3 km de espaçamento de grade, respectivamente. Cada uma das

linhas, a contar da segunda na descendente, refere-se a um esquema explícito, conforme

a seguinte ordem: Warm Rain, Simple Ice, Reisner e Schultz. Os retângulos delimitam

as áreas utilizadas para análise........................................................................................99

Figura 6.7 - Comparação entre os valores horários (UTC) de precipitação para o dia

26/03/09. As barras referem-se aos valores de precipitação registrada no CLA e em SLZ

e de precipitação média estimada pelo Hidroestimador (HIDRO) e pelo satélite TRMM

(TRMM). As linhas referem-se aos valores médios simulados nos domínios de 27, 9 e 3

km de resolução. Os gráficos “a”, “b”, “c” e “d” referem-se, aos esquemas Warm Rain,

Simple Ice, Reisner e Schultz, nesta ordem. Precipitação (mm/h) em escala

logarítmica.....................................................................................................................100

Figura 6.8 - Campos de precipitação simulada (de “d” a “p”, mm), de precipitação

estimada pelo TRMM (“a”, “b” e “c”) para as 00UTC de 27/03/09 (esquerda), 15UTC

(centro) e 18UTC (direita) de 26/03/09. Cada uma das colunas, a contar da esquerda,

refere-se a campos (exceto campos “a”, “b” e “c”) cujos domínios são de 27, 9 e 3 km

de espaçamento de grade, respectivamente. Cada uma das linhas, a contar da segunda na

descendente, refere-se a um esquema explícito, conforme a seguinte ordem: Warm

Rain, Simple Ice, Reisner e Schultz. Os retângulos delimitam as áreas utilizadas para

análise............................................................................................................................103

Figura 6.9 - Comparação entre os valores horários (UTC) de precipitação para a região

do CLA para o dia 18/07/08. As barras referem-se aos valores de precipitação registrada

no CLA e em SLZ, de precipitação média estimada pelo Hidroestimador (HIDRO) e

pelo satélite TRMM (TRMM). As linhas referem-se aos valores médios obtidos no

domínio de 3km com as simulações SI, SI1 e SI2. Precipitação (mm/h) em escala

logarítmica.....................................................................................................................109

Figura 6.10 - Campos de precipitação estimada pelo TRMM (“a”, “e” e “i”) e simulada

no domínio de resolução horizontal 09 km para o dia 18/07/08, em mm/h. As colunas da

esquerda para a direita referem-se, cada uma, aos horários das 06, 15 e 21 UTC, nesta

ordem. Os campos “b”, “f”, e “j” referem-se a simulações SI. Os campos “c”, “g” e “l”

referem-se a simulações SI PNC. Os campos “d”, “h” e “m” referem-se a simulações

SI2. Os retângulos delimitam as áreas utilizadas para análise......................................111

Figura 6.11 - Campos de precipitação estimada pelo Hidroestimador (“a”) e pelo

TRMM (“f” e “l”) e simulada no domínio de resolução horizontal 03 km para o dia

18/07/08, em mm/h. As colunas da esquerda para a direita referem-se, cada uma, aos

horários das 06, 15 e 21 UTC, nesta ordem. Os campos “b”, “g”, e “m” referem-se a

simulações SI. Os campos “c”, “h” e “n” referem-se a simulações SI PNC. Os campos

“d”, “i” e “o” referem-se a simulações SI1. Os campos “e”, “j” e “p” referem-se a

simulações SI2. Os retângulos delimitam as áreas utilizadas para análise..................112

Figura 6.12 - Comparação entre os valores horários (UTC) de precipitação para a região

do CLA para o dia 30/07/08. As barras referem-se aos valores de precipitação registrada

no CLA e em SLZ, de precipitação média estimada pelo Hidroestimador (HIDRO) e

pelo satélite TRMM (TRMM). As linhas referem-se aos valores médios obtidos no

domínio de 3km com as simulações SI, SI1 e SI2. Precipitação (mm/h) em escala

logarítmica.....................................................................................................................113

Figura 6.13 - Campos de precipitação estimada pelo modelo Hidroestimador (“a”, “e” e

“i”) e simulada no domínio de resolução horizontal 09km para o dia 30/07/08, em

mm/h. As colunas da esquerda para a direita referem-se, cada uma, aos horários das 12,

15 e 1800UTC, nesta ordem. Os campos “b”, “f”, e “j” referem-se a simulações SI. Os

campos “c”, “g” e “l” referem-se a simulações SI PNC. Os campos “d”, “h” e “m”

referem-se a simulações SI2..........................................................................................114

Figura 6.14 - Campos de precipitação estimada pelo TRMM (“a”, “f” e “l”) e simulada

no domínio de resolução horizontal 03km para o dia 30/07/08, em mm/h. As colunas da

esquerda para a direita referem-se, cada uma, aos horários das 12, 15 e 18UTC, nesta

ordem. Os campos “b”, “g”, e “m” referem-se a simulações SI. Os campos “c”, “h” e

“n” referem-se a simulações SI PNC. Os campos “d”, “i” e “o” referem-se a simulações

SI1. Os campos “e”, “j” e “p” referem-se a simulações SI2.........................................116

Figura 6.15 - Comparação entre os valores horários (UTC) de precipitação para a região

do CLA para o dia 12/03/09. As barras referem-se aos valores de precipitação registrada

no CLA e em SLZ, de precipitação média estimada pelo Hidroestimador (HIDRO) e

pelo satélite TRMM (TRMM). As linhas referem-se aos valores médios obtidos no

domínio de 3km com as simulações SI, SI1 e SI2. Precipitação (mm/h) em escala

logarítmica.....................................................................................................................117

Figura 6.16 - Campos de precipitação estimada pelo modelo Hidroestimador (“a”, “e” e

“i”) e simulada no domínio de resolução horizontal 09 km para o dia 12 e 13/03/09, em

mm/h. As colunas da esquerda para a direita referem-se, cada uma, aos horários das 06,

18 e 00UTC (dia 13), nesta ordem. Os campos “b”, “f”, e “j” referem-se a simulações

SI. Os campos “c”, “g” e “l” referem-se a simulações SI PNC. Os campos “d”, “h” e

“m” referem-se a simulações SI2. Os retângulos delimitam as áreas utilizadas para

análise............................................................................................................................120

Figura 6.17 - Campos de precipitação estimada pelo Hidroestimador (“a”, “f” e “l”) e

simulada no domínio de resolução horizontal 03 km para o dia 12 e 13/03/09, em mm/h.

As colunas da esquerda para a direita referem-se, cada uma, aos horários das 06, 12 e

00UTC (dia 13), nesta ordem. Os campos “b”, “g”, e “m” referem-se a simulações SI.

Os campos “c”, “h” e “n” referem-se a simulações SI PNC. Os campos “d”, “i” e “o”

referem-se a simulações SI1. Os campos “e”, “j” e “p” referem-se a simulações SI2. Os

retângulos delimitam as áreas utilizadas para análise...................................................121

Figura 6.18 - Comparação entre os valores horários (UTC) de precipitação para a região

do CLA para o dia 26/03/09. As barras referem-se aos valores de precipitação registrada

no CLA e em SLZ, de precipitação média estimada pelo Hidroestimador (HIDRO) e

pelo satélite TRMM (TRMM). As linhas referem-se aos valores médios obtidos

nodomínio de 3km com as simulações SI, SI1 e SI2. Precipitação (mm/h) em escala

logarítmica....................................................................................................................122

Figura 6.19 - Campos de precipitação estimada pelo modelo TRMM (“a”, “e” e “i”) e

simulada no domínio de resolução horizontal 09 km para o dia 26 e 27/03/09, em mm/h.

As colunas da esquerda para a direita referem-se, cada uma, aos horários das 12, 15 e 00

UTC (dia 27), nesta ordem. Os campos “b”, “f”, e “j” referem-se a simulações SI. Os

campos “c”, “g” e “l” referem-se a simulações SI PNC. Os campos “d”, “h” e “m”

referem-se a simulações SI2. Os retângulos delimitam as áreas utilizadas para

análise............................................................................................................................124

Figura 6.20 - Campos de precipitação estimada pelo Hidroestimador (“a”, “f” e “l”) e

simulada no domínio de resolução horizontal 03 km para o dia 26 e 27/03/09, em mm/h.

As colunas da esquerda para a direita referem-se, cada uma, aos horários das 12, 15 e 00

UTC (dia 27), nesta ordem. Os campos “b”, “g”, e “m” referem-se a simulações SI. Os

campos “c”, “h” e “n” referem-se a simulações SI PNC. Os campos “d”, “i” e “o”

referem-se a simulações SI1. Os campos “e”, “j” e “p” referem-se a simulações SI2. Os

retângulos delimitam as áreas utilizadas para análise...................................................125

Figura 6.21 - Precipitação (mm) observada em todo o Brasil e os desvios em relação aos

valores médios históricos para março de 2009..............................................................127

Figura 6.22 - Área delimitada (retângulo no interior do mapa) para obtenção da

precipitação total acumulada (mm) pelo satélite TRMM e pelas simulações ICEA1 e

ICEA2............................................................................................................................128

Figura 6.23 - Campos de precipitação acumulada (mm) para o dia 01/03/09 simulada

por ICEA2. O painel (a) refere-se à precipitação total (convectiva mais não convectiva)

simulada para o domínio 1. (b) refere-se à precipitação convectiva simulada para o

domínio 1. O campo (c) refere-se à precipitação convectiva simulada para o domínio 2

.......................................................................................................................................129

Figura 6.24 - Séries de precipitação acumulada por dia (mm) para o mês de março de

2009. As linhas referem-se aos valores obtidos pelas simulações ICEA1 e ICEA2 nos

domínios de resolução horizontal 36 (D1) e 12 km (D2) e estimados pelo satélite

TRMM (TRMM) para a área delimitada em D2. O gráfico “a” (“b”) refere-se às

simulações para D1 (D2). Precipitação em escala logarítmica.....................................130

Figura 6.25 - Campos de precipitação estimada pelo satélite TRMM (“a”, “d” e “g”) e

simulada no domínio de resolução horizontal 36 km, em mm/h. As colunas da esquerda

para a direita referem-se, cada uma, aos horários das 03UTC do dia 02/03/09, 06UTC

do dia 14/03/09 e 18UTC do dia 30/03/09, nesta ordem. Os campos “b”, “e”, e “h”

referem-se às simulações ICEA1. Os campos “c”, “f” e “i” referem-se às simulações

ICEA2. Os retângulos delimitam as áreas utilizadas para análise................................ 134

Figura 6.26 - Campos de precipitação estimada pelo satélite TRMM (“a”, “d” e “g”) e

simulada no domínio de resolução horizontal 12 km, em mm/h. As colunas da esquerda

para a direita referem-se, cada uma, aos horários das 03UTC do dia 02/03/09, 06UTC

do dia 14/03/09 e 18UTC do dia 30/03/09, nesta ordem. Os campos “b”, “e”, e “h”

referem-se às simulações ICEA1. Os campos “c”, “f” e “i” referem-se às simulações

ICEA2. Os retângulos delimitam as áreas utilizadas para análise.................................135

LISTA DE TABELAS

Tabela 3.1 - Descrição dos esquemas de microfísica do modelo MM5..........................40

Tabela 4.1 - Resumo das condições meteorológicas observadas relativas aos casos de

precipitação sobre a região do CLA selecionados para as simulações............................75

Tabela 5.1 - Número de pontos de grade para os domínios 1, 2 e 3 empregados nas

simulações realizadas na ACA/IAE................................................................................79

Tabela 5.2 - Descrição das categorias de vegetação.......................................................80

Tabela 5.3 - Configuração das simulações realizadas com o modelo instalado na

ACA/IAE quanto ao uso de esquemas implícitos e explícitos de convecção.................83

Tabela 5.4 - Número de pontos de grade dos domínios empregados pelo modelo MM5

instalado no ICEA...........................................................................................................84

Tabela 6.1- Precipitação Convectiva (PC), Não Convectiva (PNC) e Total (TT)

Simulada obtida para o dia 18/07/08 para a região do CLA com o uso dos esquemas

Warm Rain (WR), Simple Ice (SI), Reisner (RE) e Schultz (SC). Unidade de

precipitação: mm/dia.......................................................................................................89

Tabela 6.2 - Precipitação Convectiva (PC), Não Convectiva (PNC) e Total (TT)

Simulada obtida para o dia 30/07/08 para a região do CLA com o uso dos esquemas

Warm Rain (WR), Simple Ice (SI), Reisner (RE) e Schultz (SC). Unidade de

precipitação: mm/h..........................................................................................................93

Tabela 6.3 - Precipitação Convectiva (PC), Não Convectiva (PNC) e Total (TT)

simulada obtida para o dia 12/03/09 para a região do CLA com o uso dos esquemas

Warm Rain (WR), Simple Ice (SI), Reisner (RE) e Schultz (SC). Unidade de

precipitação: mm/dia.......................................................................................................97

Tabela 6.4 - Precipitação Convectiva (PC), Não Convectiva (PNC) e Total (TT)

simulada obtida para o dia 26/03/09 para a região do CLA com o uso dos esquemas

Warm Rain (WR), Simple Ice (SI), Reisner (RE) e Schultz (SC). Unidade de

precipitação: mm/dia.....................................................................................................101

Tabela 6.5 - Desenho das simulações do Grupo 1 (G1) e 2 (G2) com relação ao uso dos

esquemas de convecção explícita (EE) e implícita (EI) nos espaçamentos de grade de

27, 9 e 3 km...................................................................................................................108

Tabela 6.6 - Precipitação estimada pelo satélite TRMM, Precipitação convectiva (PC),

Não convectiva (PNC) e Total obtidas pelas simulações ICEA1 e ICEA2 para os

domínios de resolução horizontal 36 e 12 km, para o mês de março de 2009. Valores de

precipitação em mm.......................................................................................................129

LISTA DE ABREVIATURAS

CLA Centro de Lançamento de Alcântara

ICEA Instituto de Controle do Espaço Aéreo

MREG Modelos Atmosféricos Regionais

CPT Centro de Previsão do Tempo

PNT Previsão Numérica do tempo

NMOC National Meteorological Operations Centre

IAE Instituto de Aeronáutica e Espaço

ZCIT Zona de Convergência Intertropical

ZCAS Zona de Convergência do Atlântico Sul

SF Sistemas Frontais

VCAS Vórtices Ciclônicos de Ar Superior

DOL Distúrbios Ondulatórios de Leste

SCM Sistemas Convectivos de Mesoescala

LI Linhas de Instabilidade

ARPS Advanced Regional Prediction System

BRAMS Brazilian Regional Atmospheric Modeling System

KF2 Esquema de convecção Kain-Fritsch, versão 2 (Kain, 2004)

NCEP National Centers for Environmental Prediction

DSA Divisão de Satélites Ambientais do CPTEC

CPTEC Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos

GOES-12 Geoestationary Operational Environmental Satellites, número 12

UTC Universal Time Coordinated (tempo universal coordenado) ou hora Z

ACA Divisão de Ciências Atmosféricas do IAE

T126 Modelo com resolução horizontal de aproximadamente 100 km

PSU Pennsylvania State University

NCAR National Center of Atmospheric Research

UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro

USP Universidade de São Paulo

TSM Temperatura da superfície do mar

KF Esquema de convecção Kain-Fritsh (Kain e Fritsch, 1993)

NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration

TB Temperatura de brilho das nuvens (°C)

LPM Laboratório de Prognóstico de Mesoescala

EE Esquemas de convecção explícita

EI Esquemas de convecção implícita

ES Esquema de convecção explícita selecionado

SLZ Cidade de São Luís (MA)

TRMM Satélite TRMM

HIDRO Modelo Hidroestimador

SI Simulações que usaram o esquema explícito Simple Ice nos 3 domínios

RE Simulações que usaram o esquema explícito Reisner 2 nos 3 domínios

WR Simulações que usaram o esquema explícito Warm Rain nos 3 domínios

SC Simulações que usaram o esquema explícito Schultz nos 3 domínios

PC Precipitação convectiva

PNC Precipitação não-convectiva

G1 Grupo de simulações que usaram aproximação híbrida nos 3 domínios,

realizadas na ACA/IAE

G2 Grupo de simulações que utilizaram somente esquemas explícitos nos

domínios de 9 e 3 km de resolução horizontal, realizadas na ACA/IAE

SI1 Simulações que utilizaram somente o esquema Simple Ice no domínio de

3 km de resolução horizontal, realizadas na ACA/IAE

SI2 Simulações que utilizaram somente o esquema Simple Ice nos domínios

de 9 e 3 km de resolução horizontal, realizadas na ACA/IAE

ICEA1 Simulações que usaram aproximação híbrida nos 2 domínios, realizadas

no ICEA

ICEA2 Simulações que usaram somente esquema explícito no domínio de 12 km

de resolução horizontal, realizadas no ICEA

NEB Nordeste Brasileiro

JBN Jatos de Baixos Níveis

EMAQS Estagnações de Massas de Ar Quente e Seco

1 INTRODUÇÃO

Com o aumento da capacidade de processamento de computadores de menor porte e a

necessidade de prognósticos de tempo mais rápidos para domínios mais localizados, os

modelos atmosféricos regionais (MREG), também chamados de modelos de mesoescala

ou de área limitada, têm se constituído numa ferramenta indispensável para os grupos

de previsão de tempo e pesquisa atmosférica. Os MREG podem fazer o “downscaling”

de previsões obtidas por modelos globais e, assim, reproduzir com maior detalhamento

espacial os campos atmosféricos nas áreas de interesse. Por exemplo, o Laboratório de

Prognósticos em Mesoescala da Universidade Federal do Rio de Janeiro (LPM/UFRJ)

faz previsões utilizando dois MREG (MM5 e WRF) no espaçamento de grade de 20 km

para o Estado do Rio de Janeiro (http://www.lpm.meteoro.ufrj.br/).

Apesar dos contínuos avanços na área de modelagem atmosférica, a comunidade

meteorológica em geral concorda sobre as dificuldades envolvidas na previsão

quantitativa de precipitação tanto por modelos globais quanto por MREG. A

precipitação, segundo Bélair e Mailhot (2001) e Colle et al (2003), é um dos parâmetros

mais complexos no contexto da previsão numérica do tempo (PNT), e sua representação

em modelos atmosféricos está sujeita a erros expressivos devido a diversos fatores, tais

como inconsistências nas condições iniciais e deficiências nas parametrizações

convectiva e de microfísica dos modelos. Um trabalho que ilustra essa dificuldade é o

de McBride e Ebert (2000), que avaliaram o desempenho de 7 modelos operacionais

usados no National Meteorological Operations Centre (NMOC, Melbourne, Austrália)

durante o período de setembro/1997 a agosto/1998 para duas regiões distintas da

Austrália: o regime de monção da região tropical do norte e a região subtropical do

sudeste. Os modelos superestimaram (subestimaram) a precipitação no verão (inverno)

para as duas regiões, obtendo melhor desempenho para a região subtropical. O fraco

desempenho para o regime de monção foi associado à incapacidade de simular

adequadamente sistemas convectivos tropicais.

Em modelos atmosféricos, a precipitação é obtida de duas formas: parametrizadas por

esquemas de convecção profunda (EI, implícita ou sub-grade) ou resolvida por

esquemas explícitos (EE, ou de microfísica de nuvens). Conceitualmente, esquemas

implícitos deveriam ser utilizados somente em espaçamentos de grade maiores (por

exemplo, maiores que 20 ou 30 km; modelos de média e baixa resolução); em

espaçamentos de grade menores (por exemplo, menores que 5 km; modelos de alta

resolução), somente esquemas explícitos deveriam ser usados (Molinari e Dudek, 1992).

Em espaçamentos de grade maiores, esquemas explícitos são usados (juntamente com

esquemas implícitos) para principalmente evitar supersaturação no ponto de grade, ou

seja, possuem uma importância secundária na produção de precipitação.

Em espaçamentos de grade menores, particularmente para espaçamentos próximos a 10

km ou na ordem de 1 km, existem divergências quanto à necessidade do uso de

esquemas implícitos. Weisman et al (1997) mostram que um espaçamento de grade de 4

km, que emprega somente esquemas explícitos, pode reproduzir a precipitação tão bem

quanto um espaçamento de grade de 1 km. Já Cram et al (1992) mostram que o uso de

somente esquemas explícitos em espaçamento de grade de 5 km não é adequado para

simular satisfatoriamente a precipitação de linhas de instabilidade; seria necessário,

neste espaçamento, o uso simultâneo de esquemas de convecção implícita. Segundo

Molinari e Dudek (1992), o uso de aproximações híbridas (emprego simultâneo de

esquemas explícitos e implícitos) em modelos de alta resolução pode tornar as

simulações de sistemas de mesoescala mais realistas.

O problema de utilizar ou não a aproximação híbrida em grades de alta resolução vem

se tornando particularmente importante nos dias atuais, quando a estratégia de

aninhamento (“nesting”) vem se tornando popular. No “nesting”, grades aninhadas de

dimensões decrescentes e resoluções horizontais crescentes em um domínio são

executadas simultaneamente. A estratégia de aninhamento é muito utilizada para obter

maior detalhamento espacial nas áreas de interesse sem aumentar excessivamente o

custo computacional. Nesse contexto, surge a seguinte questão: deve-se utilizar

aproximação híbrida ou somente esquema explícito nas grades aninhadas de maior

resolução horizontal para uma boa representação da precipitação?

Nas simulações o ideal é obter uma boa representação da precipitação em todas as

grades, com melhor desempenho quanto maior a resolução horizontal. Esse aspecto é

crucial para fins operacionais, pois quanto maior o número de grades (de alta

resolução), maior é o custo computacional; o aumento desse custo somente se

justificaria com um melhor desempenho nas grades de resolução espacial mais alta.

Colle et al (2000) avaliaram os efeitos do aumento da resolução horizontal em

simulações com o modelo MM5 de eventos de precipitação ocorridos no oeste dos

Estados Unidos durante as estações de outono e primavera de 1997 a 1999. Para tal

utilizaram grades aninhadas de 36, 12, 4 e 1,33 km, e não foram utilizados esquemas

implícitos nas grades de 4 e 1,33 km. As simulações nas grades de mais alta resolução

apresentaram melhores resultados. Hass et al (2002) analisaram os mecanismos físicos

associados a eventos de enchentes no Sul do Brasil com o modelo ARPS e o

desempenho quanto à previsão da chuva em grades aninhadas de 40, 10, 5 e 3 km de

espaçamento. O esquema de convecção implícita foi utilizado em todas as grades. Os

resultados mostraram que o aumento de resolução e o uso da estratégia adequada

(aproximação híbrida ou somente esquema explícito) nas grades de resolução espacial

mais alta resultaram em simulações mais realistas. Esses estudos mostram que o uso de

aninhamento pode ser viável e interessante. Para uma dada região de interesse, a

questão em aberto é justamente identificar a estratégia adequada nas grades de resolução

mais alta; note que, nos dois estudos citados, as estratégias adotadas foram distintas.

Neste trabalho, a região de interesse é o Centro de Lançamento de Alcântara (CLA,

Alcântara, Maranhão) localizado na costa norte do nordeste do Brasil (NEB), na latitude

de 02˚ 22΄S, longitude 44˚ 23΄W e 49 m de altitude. Pertencente ao Comando da

Aeronáutica, o CLA realiza atividades de interesse tecnológico e de defesa estratégica

por meio de lançamento de foguetes projetados e construídos no Instituto de

Aeronáutica e Espaço (IAE, São José dos Campos, SP). Para as atividades de

lançamento de foguetes são necessárias informações detalhadas de elementos

meteorológicos que atendam os requisitos de segurança de vôo no instante do

lançamento, o que demanda previsões de tempo com maior desempenho para a região

do CLA.

As principais características climatológicas da região que abrange o CLA foram

descritas por Pereira et al (2002), utilizando um conjunto de informações

meteorológicas (dados de superfície, de ar superior, de satélite, entre outros). A variação

sazonal da temperatura média mensal é pequena, sendo que o mês de novembro (março)

apresenta temperatura média mensal maior (menor) do que a temperatura de outros

meses, com 28,1°C (26,7°C). O regime de precipitação é caracterizado por alternância

de estações seca e chuvosa: a estação chuvosa (seca) ocorre entre os meses de janeiro e

junho (julho e dezembro), e os máximos (mínimos) de precipitação ocorrem nos meses

de março e abril (setembro e novembro). A precipitação na região do CLA está

associada a fatores de escala sinótica tais como Zona de Convergência Intertropical

(ZCIT), Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS), Sistemas Frontais (SF),

Vórtice Ciclônico de Ar Superior (VCAS) e Distúrbios Ondulatórios de Leste (DOL);

de mesoescala, como Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCM) e Linhas de

instabilidade (LI); e também de escala local, como tempestades isoladas. Segundo

Barros (2008) o principal fator de grande escala associado à precipitação na região do

CLA é a ZCIT; de mesoescala, as LI que, em muitos casos, se associam à ZCIT. Em

cerca da metade dos casos, a precipitação esteve associada a um sistema convectivo

com núcleos convectivos (temperatura de brilho, TB< 230K) em seu interior.

Barros (2008) avaliou o desempenho das previsões de precipitação na região do CLA

com o MREG MM5 por meio de simulações de 24 h para os anos de 2005 e 2006,

utilizando um espaçamento de grade de 30 km com domínio centrado no CLA.

Resultados mostraram que o modelo superestimou a precipitação para todo o período.

Para o mesmo domínio e espaçamento de grade, simulações de eventos de precipitação

para os períodos de seca e de chuva sobre o CLA foram realizadas por Pereira Neto

(2009) com o objetivo de ajustar o esquema de convecção implícita Kain-Fritsch 2

(KF2; Kain 2004). Os resultados mostraram que, com os ajustes, houve expressiva

melhoria na representação do total de precipitação e da fração dos dias do mês com

chuva na escala mensal. O padrão espacial de erros no domínio, no entanto, não sofreu

muitas alterações (em geral, a precipitação é melhor representada sobre o continente que

sobre o oceano). Assim, considerando que o esquema de convecção implícita

conseguiria representar a precipitação na região do CLA no espaçamento de grade de 30

km, o objetivo geral deste trabalho consiste em verificar qual estratégia

(aproximação híbrida ou esquema explícito somente) nas grades de maior

resolução traria ganhos para a previsão quantitativa de precipitação na região do

CLA em simulações com o MREG MM5.

Na literatura científica, não são muitos os trabalhos relacionados ao uso de esquemas

explícitos em grades de alta resolução com o uso do modelo MM5 (as pesquisas

envolvendo o modelo MM5 estão apresentadas na seção 3.2). No Brasil, pesquisas

foram feitas para avaliar o desempenho de modelos com alta resolução e conveniência

do uso combinado de esquemas explícitos e implícitos (Silva e Santos, 2002; Hass et al,

2002; Hallak, 2006; Mendes, 2006). Por exemplo, um caso extremo de chuva ocorrido

em Angra dos Reis/RJ foi simulado por Mendes (2006), com o intuito de identificar os

principais mecanismos meteorológicos atuantes neste sistema. Com o emprego de

grades de resoluções 40, 10 e 3 km e distintos perfis de umidade, foram feitas

simulações com o modelo ETA. Em todas as grades se usaram esquemas implícitos e os

esquemas explícitos foram empregados nas grades de 10 e 3 km. Os resultados

mostraram que o aumento da resolução permitiu que o modelo pudesse simular mais

adequadamente a precipitação e a localização das nuvens. Outros trabalhos enfocaram a

egião amazônica (Silva e Avissar, 2006; Saad, 2008). Por exemplo, Saad (2008)

avaliou os efeitos do desmatamento na Amazônia, em diferentes regiões do Pará,

utilizando o modelo regional BRAMS (Brazilian Regional Atmospheric Modeling

System). Para as simulações foram usadas grades de tamanho e forma geométrica

variados. Uma das etapas do trabalho consistia em avaliar se a resolução das grades (16

e 8 km de resolução) e os esquemas de convecção implícita e explícita adotados nas

simulações representariam a variabilidade da precipitação em função do desmatamento.

Resultados mostraram que as variações de precipitação nos experimentos com

esquemas de microfísica aplicados na grade maior foram pouco expressivas. A

precipitação simulada pela microfísica de nuvens na grade de 8 km não respondeu ao

efeito esperado do desmatamento, enquanto que o uso combinado dos esquemas na

mesma grade foi melhor.

Em geral, os estudos que se dedicam a avaliar o desempenho de modelos na previsão de

precipitação envolvendo diversas grades enfocam um único caso ou evento; neste caso,

pode ser que uma estratégia particular (aproximação híbrida ou esquema explícito

somente) seja melhor. No entanto é arriscado tomar os resultados obtidos em

simulações de um único evento como base para propor mudanças operacionais. O ideal

seria a realização de testes para o maior conjunto de situações possíveis. Todavia, diante

do alto custo computacional que isto implica, uma possibilidade mais viável consiste em

realizar testes para alguns casos distintos. Sendo assim, neste trabalho, numa primeira

etapa, adotou-se a seguinte estratégia: foram simulados eventos de convecção noturna e

diurna, eventos organizados (LI), sistemas isolados (escala local), etc., ocorridos

durante a estação chuvosa e de transição na região do CLA. Numa segunda etapa, foram

realizadas simulações para um período mais longo (1 mês) com o modelo MM5

utilizado em um ambiente operacional.

Os objetivos específicos para este trabalho são:

a) avaliar o desempenho dos esquemas explícitos de convecção Warm Rain, Simple Ice,

Reisner e Schultz, disponíveis no modelo MM5, na simulação de eventos de

precipitação sobre a região do CLA usando grades de alta resolução, ou seja, testar a

sensibilidade do modelo aos diferentes esquemas explícitos (sobretudo nas grades de

mais alta resolução espacial);

b) avaliar se o modelo é capaz de representar realisticamente eventos de precipitação

com o uso de somente esquemas explícitos nas grades de alta resolução; e

c) verificar se as conclusões obtidas com a realização dos objetivos anteriores (itens “a”

e “b”) são válidas ou aplicáveis em um ambiente operacional que utilize o modelo MM5

com diferente configuração, através de simulações de precipitação referentes a um

período mais extenso.

O trabalho está organizado da seguinte forma. Na seção 2, mostra-se o conjunto de

dados utilizado para o desenvolvimento do trabalho. Na seção 3, descrevem-se

sucintamente o modelo MM5 e os esquemas de convecção explícita. Na seção 4,

realiza-se um estudo observacional dos casos de precipitação selecionados para as

simulações. Na seção 5, encontra-se o desenho experimental utilizado nas simulações.

Na seção 6, os resultados obtidos são apresentados e analisados. Finalmente, as

conclusões são mostradas na seção 7.

2 DADOS

O conjunto de dados usado, tanto para fins observacionais nos estudos de caso quanto

para fins de comparação com os valores simulados, é composto de dados de satélite

meteorológico, dados meteorológicos de superfície e de radiossondagens, dados de

radar meteorológico, dados de precipitação estimados pelo satélite TRMM e pelo

modelo Hidroestimador, informações do Boletim Climanálise, além de dados de análise

do NCEP e Reanálise do NCEP/NCAR. Os dados de análise do NCEP referentes ao

período dos eventos selecionados também são usados como condições iniciais e de

contorno para simulações com o modelo MM5 (ver seção 5).

2.1 Dados de Satélite

Os dados de satélite provêm da DSA (Divisão de Satélites e Sistemas Ambientais) do

CPTEC. São dados da temperatura de brilho (TB) do canal 4 do satélite GOES-12

(Geoestationary Operational Environmental Satellites) posicionado sobre o equador em

75˚W com o domínio de 100˚W - 28˚W e 50˚S - 21˚N e resolução temporal (espacial)

de 30 minutos (4 km). Essas imagens podem apresentar falhas ou não terem sido

recebidas, porém, a cada 3h são realizadas transmissões do globo terrestre que

costumam não falhar. O canal 4 do GOES-12, que corresponde ao comprimento de onda

de 10,7 µm na faixa do infravermelho do espectro eletromagnético, permite

identificação de nuvens nos períodos noturno e diurno, sendo apropriado para o estudo

de eventos de chuvas ocorridos a qualquer hora do dia.

2.2 Dados de Radiossondagens

Os dados de radiossondagens das 12 UTC do CLA são disponibilizados pela Divisão de

Ciências atmosféricas (ACA) do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE). Embora

existam radiossondagens às 00 UTC, particularmente para o período mais recente, a sua

quantidade é muito menor que as das 12 UTC.

2.3 Dados meteorológicos de superfície

São disponibilizados pela ACA/IAE os dados horários da precipitação ocorrida no

CLA, provenientes de um pluviômetro instalado numa estação automática localizada no

próprio local. Vale destacar que a série temporal pode apresentar falhas devido a fatores

como pane na estação automática e atraso na recuperação do equipamento, por exemplo.

Também são utilizados os dados de precipitação registrados pela estação meteorológica

do Aeroporto Marechal Cunha Machado, em São Luís, (SBSL, Maranhão). Esta

estação, que opera continuamente, está localizada na latitude de 02° 35’S e longitude de

44° 14’W, com 54 m de altitude.

2.4 Dados de radar meteorológico

As imagens de radar usadas neste trabalho são geradas pelo radar doppler DWSR-

2001X-SDP (Doppler Weather Surveillance Radar), fabricado pela Enterprise

Electronics Corporation (Alabama, Estados Unidos), instalado no CLA. Seu alcance

máximo é de 480 km e sua frequência é limitada a banda de 150 MHz para a recepção

dos sinais. O software de operação do equipamento (chamado EDGE) permite

configurar características como tipo de varredura, alcance, ângulo de elevação,

frequência de recepção de pulsos e saída de produtos. Algumas das variáveis calculadas

pelo seu sistema são velocidade zonal, meridional e vertical do vento, taxa de

precipitação e refletividade. Maiores detalhes técnicos encontram-se na publicação

DWSR-2001X-SDP Doppler Weather Surveillance Radar Technical Description (2006,

Alabama, US), fornecida pelo fabricante. No entanto, como o radar no CLA foi

instalado recentemente e os procedimentos operacionais ainda não foram definidos, há

períodos com falhas na gravação das varreduras volumétricas, não há uniformidade nos

padrões de varredura (VCP, “volume coverage pattern”) e o acesso aos dados não é em

tempo real. Apesar desses problemas, os campos de refletividade permitem localizar

adequadamente os sistemas de precipitação (Marcos Daisuke Oyama, 2010,

comunicação pessoal). Neste trabalho são usados os dados disponíveis na ACA/IAE.

2.5 Dados de Reanálise do NCEP/NCAR

São utilizados dados de Reanálise do NCEP/NCAR com resolução temporal de 6 h e

resolução espacial de 2,5º × 2,5º cobrindo todo o globo terrestre, com 17 níveis na

vertical (1000, 925, 850, 700, 600, 500, 400, 300, 250, 200, 150, 100, 70, 50, 30, 20 e

10 hPa). Maiores detalhes sobre os dados encontram-se em Kalnay et al (1996). Os

dados estão disponíveis no sítio da internet do Climate Diagnostics Center/ National

Oceanic and Atmospheric Administration (CDC / NOAA).

2.6 Dados de análise do NCEP

As análises globais do NCEP disponibilizadas pelo CPTEC/INPE são utilizadas como

condições iniciais e de contorno para as simulações com o MM5 instalado na

ACA/IAE. Essas análises possuem uma resolução temporal de 12 horas (2 vezes ao dia)

e resolução horizontal de aproximadamente 1° (T126). Dados de análise com resolução

horizontal de 0.5° (formato GRIB2), disponibilizados pelo NOAA/NCEP são usados

como condições iniciais e de contorno nas simulações com o MM5 instalado no ICEA.

2.7 Boletim Climanálise

Editado e disponibilizado pelo CPTEC/INPE, o Boletim Climanálise descreve e analisa,

em escala mensal, os sistemas meteorológicos que atuam no Brasil. As edições deste

boletim referentes aos períodos dos casos de precipitação selecionados para simulação

são utilizadas para complementar as informações obtidas a partir de dados observados.

Os boletins podem ser acessados através do seguinte sítio do CPTEC na internet:

http://climanalise.cptec.inpe.br.

2.8 Dados de precipitação estimada pelo satélite TRMM

O satélite Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM), projeto conduzido em

parceria entre a NASA e a Agência Japonesa de Exploração Aeroespacial (JAXA), tem

como missão monitorar e estudar a distribuição de precipitação nos trópicos. Os

produtos gerados pelo projeto TRMM variam de acordo com a combinação de

instrumentos usada no algoritmo de cálculo. Neste estudo são usadas estimativas do

produto 3B42, o qual utiliza estimativas de precipitação por microondas (TMI)

corrigidas através de informações da estrutura vertical das nuvens, que são obtidas por

meio de precipitação estimada por radar (PR). Os dados gerados (disponibilizados

gratuitamente pela NASA) têm resolução temporal (espacial) de 3 horas (0.25°),

cobrindo uma área que se estende de 50°S a 50°N de latitude e de 180°W a 180°E de

longitude. Trabalhos realizados com o uso destes dados mostram que as estimativas de

precipitação deste satélite podem ser uma fonte alternativa de dados em caso de

escassez de informação (Collischonn et al., 2006). Este último mostrou que a estimativa

de precipitação do satélite TRMM foi relativamente precisa quando comparada com

dados de solo na bacia do Rio São Francisco. O projeto TRMM possui um programa de

validação para minimizar as diferenças entre as estimativas do satélite e as medições

feitas no solo.

2.9 Dados de precipitação estimada pelo modelo Hidroestimador

O Hidroestimador é um método usado para gerar valores de precipitação em tempo real

através do uso de uma relação empírica exponencial entre a precipitação (estimada por

radar) e a temperatura de brilho do topo das nuvens (obtidas por meio do canal

infravermelho do satélite GOES-12). Através da avaliação da tendência da temperatura

da nuvem juntamente com informações de textura da mesma, é realizado um ajuste da

área coberta pela precipitação. A taxa de precipitação é ajustada com o uso de variáveis

como água precipitável, umidade relativa, orografia, paralaxe e um ajuste do nível de

equilíbrio convectivo para eventos de topos quentes (Scofield, 2001). Os arquivos

empregados (em formato binário, de resolução 4x4 km) obtidos junto à Divisão de

Satélites Ambientais (DSA) do CPTEC, contêm valores de precipitação instantânea

(mm/h). Contudo, a série temporal pode apresentar falhas, principalmente devido à

ausência de imagens do satélite GOES ou de dados de vento gerados pelo modelo

global do CPTEC.

3 MODELO DE MESOESCALA MM5

3.1 Descrição Geral

O modelo de mesoescala MM5 pertence à quinta geração do sistema de modelagem

desenvolvido em conjunto pela Pennsylvania State University (PSU) e pelo National

Center for Atmospheric Research (NCAR). A primeira versão está descrita em Grell et

al (1995) e a mais atualizada, versão 3, foi lançada em 1999. Como as primeiras

gerações do modelo são oriundas dos anos de 1970, progressivos melhoramentos têm

sido feitos. O MM5 tem sido amplamente empregado tanto para fins de pesquisa quanto

para operação. No Brasil tem sido utilizado por diversas instituições: Universidade do

Rio de Janeiro (UFRJ), Instituto de Controle do Espaço Aéreo (ICEA), Centro Nacional

de Meteorologia Aeronáutica (CNMA, projeto em andamento) entre outros. Algumas

características gerais do modelo são: não-hidrostático, uso da coordenada vertical

sigma, portável (pode ser instalado e executado em diversas plataformas e sob os

sistemas operacionais Linux e Unix), possibilidade de uso em altas resoluções

horizontais, aninhamento de grades (permite até nove domínios que podem ao mesmo

tempo interagir entre si), assimilação de dados quadridimensional e disponibilidade de

variados esquemas de parametrização de processos físicos (6 opções de convecção

profunda, 6 de microfísica de nuvens, 4 de radiação, 6 de camada limite e 7 de

superfície).

Desenvolvido para simular ou prever a circulação atmosférica de área limitada, o

modelo é apoiado por programas de pré e pós-processamento, que no seu conjunto são

designados como sistema de modelagem MM5. Esse sistema compreende diversas

componentes; o conjunto de componentes mínimo necessário para executar o modelo é

composto por TERRAIN (interpola as informações de topografia e uso da terra para a

grade do modelo), REGRID (interpola horizontalmente as análises e previsões),

INTERPF (interpola verticalmente as coordenadas de pressão para coordenadas sigma e

gera condições iniciais e de contorno), MM5 (definição dos esquemas de

parametrização, períodos de integração e assimilação de dados, e execução do modelo)

e MM5toGrADS (gera saídas convertidas para o formato do GrADS, pós-

processamento).

O MM5 possui 6 esquemas de microfísica disponíveis sendo que alguns esquemas são

variações ou melhorias de outros esquemas. Na tabela 3.1 encontra-se uma descrição

sucinta dos esquemas.

Tabela 3.1 - Descrição dos esquemas de microfísica do modelo MM5

Número

squema Descrição Referências

1 Warm Rain As quantidades de água de chuva e de nuvem

são prognosticadas explicitamente. Permite a

evaporação de água de chuva, o arrasto

provocado pelas gotas de chuva e a conversão de

gotas de nuvens em chuva. A distribuição do

tamanho das gotas é considerada (distribuição de

Marshall-Palmer). Não considera processos da

fase gelo.

Hsie et al

(1984)

2 Simple Ice Baseado no esquema anterior (Warm Rain), com

a introdução da fase gelo. Para temperaturas

menores (maiores) que 0°C só considera gelo

(água); assim, não considera água

supercongelada. Ao passar pelo nível de 0°C, a

água (o gelo) automaticamente se congela

(derrete).

Dudhia (1989)

3 Mixed-Phase

ou Reisner

Difere do anterior por permitir água super-

resfriada. Possui equações que permitem

derretimento de gelo e congelamento de água de

forma diferente do esquema Simple Ice, pois ao

passar pelo nível de 0°C, a água (o gelo) não se

congela (derrete) automaticamente.

Reisner et al

(1998)

4 Mixed-Phase

com graupel

Também chamado Reisner 2, inclui 2 equações

para previsão de graupel e concentração de

cristais de gelo (esquema de 2 momentos).

Reisner et al

(1998),

Thompson et

al (2004)

5 Goddard Adotado da National Aeronautics Space

Administration (NASA), semelhante ao anterior

além de incluir processos de formação de

granizo e tratamento mais detalhado dos

processos microfísicos.

Lin et al

(1983), Tao et

al (1993),

Dudhia et al

(2004)

6 Schultz Semelhante ao esquema Goddard com maior

detalhamento dos processos de água, gelo e água

supercongelada.

Schultz (1995)

Além dos esquemas descritos na Tabela 3.1, o modelo dispõe de 2 outras opções de

microfísica: Dry, opção onde não existe umidade ou vapor d’água e Stable, na qual a

supersaturação de grande escala é removida como precipitação não-convectiva.

3.2 Comparação entre os Esquemas Explícitos do MM5

Na literatura encontram-se trabalhos cujo objetivo principal é comparar o desempenho

dos diversos esquemas de microfísica utilizados nos modelos de mesoescala. Nesta

subseção, abordam-se os trabalhos que utilizam o modelo MM5.

Wenshi et al (2000) testou a sensibilidade dos esquemas Stable, Warm Rain, Simple

Ice, Mixed-Phase e Goddard em simulações de evento de precipitação ocorrido no sul

da China em 1994. Para isso usaram grades aninhadas de 54 e 18 km, nas quais se usou

o esquema implícito Kain-Fritsh. Simulações apontaram pequenas diferenças na

representação da distribuição da precipitação na grade de menor resolução. Os

esquemas explícitos mais sofisticados (Goddard e Reisner 2) que incluem tratamento

para granizo e/ou graupel causaram superestimativa; por outro lado esquemas que não

incluem gelo (Stable e Warm Rain) subestimaram a quantidade de precipitação. A

distribuição espacial e temporal de precipitação simulada pelo modelo com o uso de

diferentes esquemas apresentou variações significativas, associadas ao tratamento dos

processos de microfísica dado pelos esquemas e ainda ao tamanho de grade onde se

aplicaram os esquemas explícitos (18 Km). Assim, para este caso, o uso de esquemas

explícitos nas grades de maior resolução não acarretou em melhoria expressiva na

previsão de precipitação do modelo.

Simulações de um evento de forte precipitação que ocasionou enchente nos estados

americanos de Washington e Óregon em 1996 foram realizadas por Colle e Mass

(2000). Para tal usaram grades aninhadas de 36, 12, 4 e 1,33 km de resolução com o uso

dos esquemas Warm Rain, Simple Ice, Reisner e Reisner 2. Na rodada de controle usou

os esquemas Kain-Fritsh nas 2 grades externas e Warm Rain (nas grades internas)

modificado de forma a permitir fase mista água-gelo acima do nível de congelamento.

Resultados das simulações mostraram que, embora o aumento da resolução das grades

levasse a representações melhores de distribuição de precipitação, principalmente

quando se passou de 36 km para 12 km de resolução (grades em que não se usaram

esquemas explícitos), o uso de esquemas mais complexos não acarretou em melhores

previsões de precipitação.

É fato que as operações militares são bastante sensíveis às condições de tempo. As

atividades militares dos Estados Unidos na Coréia e Japão são muito afetadas pelas

precipitações que ocorrem na região, especialmente no inverno (Carter, 2002). Sendo

assim, este autor propôs-se a comparar o desempenho dos esquemas Mixed-Phase e

Reisner 2 do MM5, modelo usado pela força aérea americana, através de simulações de

um ciclone extratropical com grades aninhadas de 45 e 15 km de resolução. Resultados

indicaram uma representação menos detalhada da distribuição de precipitação para a

grade de menor resolução, na qual se usou o esquema de convecção Grell (Grell et al,

2004). Os esquemas explícitos apresentaram mesma tendência de erros de temperatura,

umidade e precipitação, sendo que as maiores diferenças foram verificadas nos níveis

mais baixos da atmosfera. No entanto, apesar de Reisner 2 ser mais detalhado (inclui

processos de riming e formação de graupel), apresentou piores representações nas

simulações. Isso pode estar relacionado ao tamanho da grade (15 km) em que se usaram

os esquemas explícitos.

Segundo Tomé (2004) um dos maiores problemas encontrados nas previsões de

precipitação é encontrar a parametrização ou o esquema adequados, pois a precipitação

é muito sensível à convecção, que distribui quantidades de calor sensível e latente

através das células convectivas de pequena escala. Diante disso, propôs-se a estudar o

desempenho das diversas parametrizações físicas do MM5 em simulações de eventos de

tempestades ciclônicas (furacão Charley, 1992 e ciclogênese explosiva, 2002), visando

o desenvolvimento de um protótipo operacional para a região dos Açores, Portugal. O

modelo foi configurado com 5 grades aninhadas de resoluções 54, 18, 6, 2 km (2

grades) e foram testados 6 esquemas de microfísica: Warm Rain, Simple Ice, Reisner,

Goddard, Reisner 2 e Schultz. O esquema de convecção explícita Kain Fritsh 2 foi

empregado nas grades de 54 e 18 km. As simulações de distribuição de precipitação da

grade maior não foram influenciadas significativamente pelo uso de diferentes

esquemas explícitos. Resultados para a simulação do furacão mostraram uma melhor

representatividade da precipitação com o aumento da resolução, sendo que o esquema

Schultz obteve os melhores índices. Ainda assim, todos os esquemas apresentaram

deficiências na estimativa da precipitação. As simulações da ciclogênese explosiva

indicaram que os esquemas tidos como mais simples (Warm Rain e Simple Ice)

apresentaram menores erros e que, ao contrário do evento anterior, o esquema Schultz

(tido como mais sofisticado) demonstrou pior desempenho. Diante do exposto, o autor

acaba por definir o esquema Simple Ice como o mais adequado para esses casos, devido

a sua simplicidade e desempenho.

Com o objetivo de avaliar a influência da temperatura da superfície do mar (TSM) na

previsão de precipitação do modelo MM5 para a cidade do Rio de Janeiro, De Sá (2005)

realizou simulações de eventos alternados de precipitação ocorridos em março/2003,

associados à passagem de um sistema frontal. Para tanto, usou 7 parametrizações de

microfísica disponíveis do modelo, aplicando-as em grades de 3 e 1 km de resolução

horizontal aninhadas a grades de 27 e 9 km, nas quais empregou o esquema implícito

Grell. No cômputo geral, os esquemas Warm Rain, Simple Ice e Stable geraram boas

representações, sendo que a parametrização de Schultz obteve o melhor desempenho.

Contudo as parametrizações produziram chuva no período seco, o que, segundo o autor,

pode estar associado ao fato de que as parametrizações são desenvolvidas para latitudes

médias e ajustadas a dados de período chuvoso.

Grubisic et al (2005) simularam 4 eventos de precipitação de inverno ocorridas entre

1982 e 1986 na região orográfica de Sierra Nevada (oeste dos Estados Unidos). Para

isso, usaram grades aninhadas de 40,5 e 13,5 km de resolução com o esquema KF e

grades de 4,5 e 1,5 km para os esquemas explícitos Simple Ice, Goddard, Reisner 2 e

Schultz. O objetivo era testar o desempenho de diferentes esquemas de microfísica na

representação dos campos de precipitação relacionados aos eventos. Independente do

esquema de microfísica, o desempenho do modelo piorou nas duas grades com menor

espaçamento horizontal (4,5 e 1,5 km). Todos os esquemas superestimaram a

precipitação nos dois lados da montanha (sobretudo com o aumento da resolução

horizontal) e indicaram diferenças marcantes na distribuição espacial de precipitação.

Isso sugere que o refinamento dos parâmetros de microfísica e as características de cada

região têm forte influência sobre o desempenho do modelo.

Serafin e Ferreti (2007) simularam dois eventos de precipitação ocorridos em 1999, na

região montanhosa do Mediterrâneo, com o intuito de comparar os efeitos do uso dos

esquemas Reisner, Reisner 2 e Goddard numa grade de 3 km aninhada a grades de 27 e

9 km de resolução, nas quais se utilizou esquema implícito de Kain-Fritsch (Fritsch e

Kain 1993). Houve tendência do MM5 em subestimar o total de precipitação em ambos

os lados da montanha. Em síntese, os esquemas produziram diferentes distribuições

verticais de hidrometeoros, contudo não houve diferenças marcantes na distribuição

temporal e espacial de precipitação, inclusive para as grades onde se empregou esquema

KF.

Segundo Liu e Moncrieff (2007), o lento avanço das parametrizações convectivas

existentes como também o progressivo avanço computacional sugerem o uso de

esquemas explícitos em grades de alta resolução, mesmo estes esquemas sendo a

principal fonte de incertezas para os modelos de previsão de precipitação. Desta forma,

os autores investigaram os efeitos de 4 diferentes esquemas de microfísica (Simple Ice,

Reisner, Reisner 2 e Goddard) do MM5, aplicados a um único domínio amplo, com

espaçamento horizontal de grade de 3 km, na simulação de um evento de precipitação

de 7 dias ocorrido nos Estados Unidos, em 2003. Uma grade de 40 km de análise do

modelo Eta forneceu as condições iniciais e de contorno. Resultados mostraram que a

distribuição temporal e espacial da precipitação é pouco sensível aos diferentes

esquemas. Embora os esquemas de fase misturada água-gelo (fase mista) apresentassem

melhores representações, tanto no quantitativo quanto na distribuição da precipitação,

que o Simple Ice, o tratamento mais detalhado dos processos de microfísica desses

esquemas não resultou em melhorias expressivas na comparação com as observações.

Diante do exposto, conclui-se que os esquemas de microfísica do MM5, diferenciados

pelos níveis de tratamento dos processos de formação de hidrometeoros e suas

interações, apontam para variados resultados em simulações de eventos de precipitação.

Não se deve descartar a influência das características particulares dos eventos simulados

(duração, época do ano, região de ocorrência, etc.), das condições iniciais e de contorno

disponíveis, dos métodos utilizados para verificação das simulações, da resolução do

modelo, além das próprias deficiências na determinação dos parâmetros dos esquemas.

O desafio consiste em conseguir um bom desempenho na previsão quantitativa de

precipitação utilizando somente esquemas explícitos quando o espaçamento de grade

torna-se suficientemente pequeno, pois, conceitualmente, não existiria justificativa para

o uso de esquemas implícitos em espaçamentos de grade menores que 5 km (Molinari e

Dudek, 1992). No entanto, em alguns trabalhos, esquemas implícitos foram usados em

espaçamentos de grade menores que 10 km (Wenshi et al, 2000, por exemplo). Por

outro lado, não é regra que o uso de esquemas explícitos mais complexos leve sempre a

melhores simulações de precipitação. A escolha correta do esquema depende de cada

caso a ser estudado, pois como se nota em alguns trabalhos (p. ex., Mass e Colle, 2000;

Liu e Moncrieff, 2007) esquemas mais simples, com menor custo computacional,

podem produzir melhores resultados.

4 SELEÇÃO E ESTUDO OBSERVACIONAL DOS CASOS DE PRECIPITAÇÃO

Foram selecionados 4 eventos de precipitação ocorridos sobre a região do CLA entre

2008 e 2009. Para caracterizá-los foram utilizados dados de análise e reanálise, de radar

meteorológico, de temperatura de brilho das nuvens, além das séries temporais de

precipitação observada e estimada (Seção 2).

4.1 Estudos de casos de precipitação sobre a região do CLA

Nesta seção, faz-se uma breve descrição em escala sinótica, regional e local das

condições meteorológicas atuantes durante a ocorrência e passagem dos sistemas de

precipitação sobre a região do CLA. Os campos de TB e de radar foram utilizados para

verificar a organização espacial do sistema precipitante, bem como acompanhar o seu

ciclo de vida. Os dados de radiossondagem foram utilizados para obter a instabilidade

do perfil sobre o CLA. Empregaram-se os dados de análise e Reanálise para detalhar os

aspectos dinâmicos e termodinâmicos na região do CLA durante a atuação dos sistemas.

A evolução temporal e a quantidade da precipitação referente aos eventos foram obtidas

não somente dos dados de precipitação registrados pelas estações de Alcântara e São

Luís, mas também das estimativas de precipitação do modelo Hidroestimador e do

satélite TRMM. As estimativas de precipitação por meio de satélites são uma fonte

alternativa de dados em casos de escassez de informação. Para obter valores

representativos de uma região que abrangesse as localidades do CLA e de São Luís, foi

delimitada uma área de 0,5°×0,5° que se estende de 02.2°S a 02.7°S de latitude e de

315.4°W a 315.9°W de longitude (Figura 4.1). Assim, o valor obtido representa uma

estimativa de precipitação média da área.

Figura 4.1 - Área delimitada (aproximada, em vermelho) para obtenção da precipitação média.

Fonte: www.guianet.com.br/ma/mapama.htm

4.1.1 Eventos ocorridos no dia 18/07/08

Com base nos dados de precipitação, pode-se notar a ocorrência de 2 eventos no

decorrer do dia 18/07/08 (Figura 4.2): um durante a madrugada e manhã, que abrange

os horários de precipitação entre 02 e 12UTC; outro que se inicia a partir das 15UTC.

Como mostrado adiante, o primeiro evento está associado à intensificação de sistema

convectivo por convecção noturna; o segundo, por convecção diurna. O total de

precipitação diária registrada no CLA foi de 63,8 mm; em SLZ, 2,8 mm. Foram

estimados 48,1 mm de precipitação pelo Hidroestimador e 49,3 mm pelo TRMM. A

distribuição temporal de precipitação estimada é coerente com a evolução da

precipitação registrada para os eventos aqui analisados.

Precipitação Registrada e Estimada para o dia 18/07/08

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM

Figura 4.2 - Precipitação horária registrada pelas estações de Alcântara (CLA) de São

Luís (SLZ) e estimada pelo modelo Hidroestimador (HIDRO) e pelo

satélite TRMM (TRMM) para o dia 18/07/08. Unidade de precipitação:

mm/h.

4.1.1.1 Evento de convecção noturna

Em imagens obtidas pelos satélites GOES-10 e METEOSAT-09 (Figura 4.3), é possível

verificar uma fraca atividade da ITCZ (caracterizada por uma estreita banda de nuvens

sobre o oceano Atlântico próxima a linha do equador) às 12UTC do dia 17/07/08, bem

como alguma nebulosidade próxima a região norte da costa do NEB (nordeste

brasileiro). Neste período, a ITCZ atuou entre 5°N e 10°N, ou seja, mais ao norte de sua

posição climatológica média (Climanálise Vol. 23, n°07). Às 00UTC e principalmente

às 06UTC do dia 18, observam-se aglomerados convectivos (cor branca) sobre uma

linha orientada na direção SW/NE que se estende desde a região que abrange o CLA até

um amplo sistema convectivo no Atlântico pertencente à ITCZ. Esses aglomerados são

produto de convecção noturna que se iniciou por volta das 0330UTC do dia 18,

conforme imagens de temperatura de brilho (TB) da Figura 4.4, e não tem relação com a

ITCZ, de acordo com inspeção feita nas imagens anteriores ao dia 17 (não mostradas).

Essas formações de convecção noturna poderiam estar associadas à ocorrência de Jatos

de Baixos Níveis (JBN). Na costa paraense, os JBN ocorrem durante a estação seca com

maior frequência à noite, acima de 500 m de altitude, com direção predominante entre

nordeste e sudeste no ponto de máxima velocidade (Souza et al. 2006). Os JBN

intensificam o transporte de umidade e calor, sendo importantes no desenvolvimento e

na manutenção de convecção noturna (Whiteman et al. 1997). Para se verificar a

ocorrência de JBN na região do CLA, dados de magnitude do vento obtidos a partir das

radiossondagens das 00UTC e 12UTC do dia 18 foram analisados utilizando os critérios

de Bonner (1968), modificado por Whiteman et al. (1997) e Stivari (1999), empregados

por Souza et al. (2006). Apesar da existência de ventos de magnitude significativa sobre

o CLA (acima de 12 m/s), não foram satisfeitos os critérios acima citados para a

constatação da ocorrência de JBN. No entanto, verificou-se a ocorrência de fluxos ou

Ventos Máximos (VM), denominação usada por Corrêa (2005) para ventos de

magnitude de 10 m/s ou mais, em seu estudo sobre os efeitos dos JBN relacionados à

forte precipitação sobre o Rio Grande do Sul. Esta classificação não considera o critério

de cisalhamento vertical do vento associado às situações de ocorrência de jato, porém o

transporte de umidade realizado por estes fluxos pode gerar severa precipitação (Corrêa,

2005). Deve-se destacar que mesmo ventos de magnitude inferior a 10 m/s, porém com

cisalhamento vertical da ordem de 5 m/s, podem ser significativos para a ocorrência de

fortes chuvas (Corrêa, 2005). Valores significativos de alguns índices de instabilidade

foram obtidos através da radiossondagem realizada às 00 UTC do dia 18 no CLA:

índice K acima de 30, Total-totals (Tt) acima de 40 e CAPE maior de 2000. Esses

valores são favoráveis à ocorrência de convecção profunda. O comportamento do vento

horizontal (U, m/s) e da umidade específica (Q, g de vapor d’água/Kg de ar) no nível de

850 hPa foi verificado por meio das análises. É possível observar na Figura 4.3d a

presença dos ventos alísios vindos do oceano (aproximadamente de leste/sudeste)

transportando quantidade significativa de umidade específica para a região do CLA. Em

menor escala, esses ventos associam-se à circulação de brisa marítima (terrestre)

formada na região costeira durante a tarde (noite). O perfil de fluxo de umidade

específica sobre o ponto de grade que contém o CLA (Figura 4.3e) mostra valores mais

elevados desse transporte na camada que se dispõe entre os níveis de 925 e 850 hPa. Os

dados de análise mostram uma área com valores negativos de ômega (fluxo ascendente)

próximo à costa do Maranhão às 12 UTC do dia 18 (Figura 4.3f). Esse movimento

ascendente é resultado de convergência sobre a região devido (possivelmente) à atuação

de brisa terrestre, mesmo já em fase de enfraquecimento (Kousky, 1980). Assim, pode-

se considerar que o transporte de umidade mais acentuado em baixos níveis somado à

ação da brisa terrestre deve ser relevante para o surgimento dos produtos de convecção

noturna observados sobre a região que contém o CLA.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Figura 4.3 - Recorte de imagens do satélite GOES-10 + METEOSAT-09 para as 12UTC do dia

17/07/08 (a), 00UTC (b) e 06UTC (c) do dia 18/07/08. Fonte: INPE/CPTEC/DSA.

Os painéis “d”, “e” e “f” referem-se a campos gerados a partir de dados de análise,

sendo: (d) direção do vento horizontal (VNT, m/s) e umidade específica (Q, em

g/kg) em 850 hPa para as 00UTC do dia 18; (e) perfil do fluxo de umidade

específica sobre o ponto de grade que contém o CLA para as 12UTC de 18/07/08 e

(f) ômega (Pa/s) em 850 hPa para as 12UTC do dia 18/07/08.

O desenvolvimento das formações convectivas noturnas observadas na re

gião do CLA

está apresentado nas imagens de temperatura no canal infravermelho (TB) da Figura

4.4. Nota-se a presença de núcleos de convecção de pequena extensão horizontal

próximos do CLA por volta das 0330 UTC do dia 18, inseridos numa camada de

nebulosidade com topo baixo que cobre grande parte da região norte da América do Sul.

Esses núcleos se intensificaram e se uniram (“merge”) até atingir um máximo

desenvolvimento (TB< -60°C) por volta das 0615 UTC. O sistema resultante, centrado

aproximadamente sobre o CLA e que cobre quase toda a costa norte do Maranhão,

adquiriu uma dimensão maior (cerca de 300 km) e se deslocou para oeste (conforme

observado pelas imagens de radar, Figura 4.5).

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 4.4 - Imagens de temperatura de brilho das nuvens (TB, °C) para o dia 18/07/08. Os

campos referem-se aos seguintes horários: (a) 0245UTC, (b) 0330UTC, (c)

0445UTC e (d) 0615UTC. Fonte: INPE/CPTEC/DSA.

As imagens geradas por meio das varreduras efetuadas pelo radar localizado em

Alcântara permitem uma visão mais detalhada dos sistemas que cruzam a região.

Assim, desde as primeiras horas do dia 18/07/08 notam-se formações convectivas com

disposição zonal se deslocando no sentido leste-oeste e cruzando o CLA (Figura 4.5). A

partir das 05 UTC, as formações expandem-se e intensificam-se, apresentando máxima

atividade entre 06 e 07 UTC, período em que foram registrados os maiores valores de

precipitação horária (28,4 mm e 14,2 mm, Figura 4.2). Os núcleos de precipitação se

enfraquecem entre 10 e 11 UTC, mas continuam afetando o CLA até as 12 UTC

(devido à pequena extensão dos núcleos e da sua proximidade do CLA, ocorre

contaminação da refletividade pelos ecos de terreno, o que dificulta a identificação dos

núcleos).

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Figura 4.5 - Imagens de refletividade das nuvens geradas pelo radar localizado no CLA para o

dia 18/07/08. Os campos referem-se aos seguintes horários (UTC), nesta ordem: (a)

0515, (b) 0603, (c) 0702, (d) 0904, (e) 1030 e (f) 1123. O maior círculo concêntrico

representa uma distância de 120 km.

4.1.1.2 Evento de convecção diurna

Quanto ao segundo evento de chuva, formações pequenas em extensão, geradas por

convecção diurna, são detectadas pelo radar localizado no CLA se deslocando de leste,

por volta das 1630 UTC (Figura 4.6).

(a)

(b)

Figura 4.6 - Imagens de refletividade das nuvens geradas pelo radar localizado no CLA para o

dia 18/07/08. Os campos referem-se aos seguintes horários (UTC), nesta ordem: (a)

1633 e (b) 1720. O maior círculo concêntrico representa uma distância de 120 km.

Durante a tarde, o aquecimento da superfície terrestre associado à disponibilidade de

umidade nas camadas mais baixas da atmosfera dá suporte à convecção diurna (e

precipitação associada), conforme se observa sobre o CLA e no campo de precipitação

estimada pelo satélite TRM para as 18 UTC (Figura 4.7c). Este sistema foi responsável

pela precipitação intermitente registrada sobre o CLA e São Luís entre 15 e 21 UTC.

Mais tarde (por volta das 00 UTC do dia 19), outros núcleos mais afastados do CLA

(predominantemente a oeste) são observados (Figura 4.7b). O campo de divergência do

vento horizontal em 850 hPa, obtido a partir de dados de análise, aponta regiões de

convergência numa região que se estende desde o interior do Maranhão até o estado do

Amapá (Figura 4.7d). Nas imagens das Figuras 4.7a e 4.7b é possível observar a

presença de núcleos convectivos nessas áreas de convergência.

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 4.7 - (a) Recorte de imagem obtida pelo satélite NOAA-15 para as 1930UTC do dia

18/07/08. (b) Recorte de imagem obtida pelo satélite NOAA-17 para as 0026UTC

do dia 19/07/08. Fonte: INPE/CPTEC/DSA. (c) Campo de precipitação (mm/h)

estimado pelo satélite TRMM para as 18UTC do dia 18/07/08. (d) Campo de

divergência do vento horizontal em 850 hPa (1/s) gerado a partir de dados de

análise para as 00UTC do dia 19/07/08.

4.1.2 Evento ocorrido em 30/07/08

Trata-se de um caso de convecção diurna ocorrido durante a época de transição entre as

estações chuvosa e seca da região. Embora não houvesse registro de precipitação nas

estações do CLA e de SLZ e estimativas do satélite TRMM para este dia (talvez devido

a sua resolução espacial de 0.25°), as estimativas geradas pelo modelo Hidroestimador

(28.1 mm no total diário, Figura 4.8) para a área delimitada que envolve a região do

CLA justificam considerar a ocorrência de precipitação isolada no período

compreendido entre 15 e 19 UTC sobre a região.

Precipitação Registrada e Estimada para o dia 30/07/08

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM

Figura 4.8 - Precipitação horária registrada pelas estações de Alcântara (CLA) de São Luís

(SLZ) e estimada pelo modelo Hidroestimador (HIDRO) e pelo satélite TRMM

(TRMM) para o dia 30/07/08. Unidade de precipitação: mm/h.

Ocorre atividade da ITCZ (relativamente afastada do NEB) sobre o oceano Atlântico

Norte (Figura 4.9). A atividade convectiva sobre grande parte do Brasil, incluindo a

região do NEB, é muito fraca ou quase nula. Em imagens de satélite abrangendo a

América do Sul é difícil identificar a formação de sistemas muito localizados e isolados,

como o que acontece neste caso. Mesmo assim, verifica-se sobre o NEB a presença de

uma persistente camada de nuvens de fraco desenvolvimento vertical e teto baixo

(possivelmente nuvens do gênero Stratocumulus) distribuída em duas bandas que se

estendem até o Oceano Atlântico Sul: uma que começa na Bahia; outra se iniciando no

litoral do NEB. A quase total ausência de nebulosidade cumuliforme sobre parte das

Regiões Sul, Sudeste, Centro-Oeste e Nordeste do Brasil pode estar associada a

“Estagnações de Massas de Ar Quente e Seco” (EMAQS), ou seja, presença de uma

massa de ar seco e quente sobre estas regiões, as quais são caracterizadas por anomalias

positivas de temperatura do ar e negativas de precipitação, persistentes por vários dias.

Tal fenômeno ocorre nos meses de abril a setembro (Padilha, 2006). De fato, durante o

mês de julho de 2008, ocorreu a atuação de uma massa de ar seco na maior parte do

Brasil Central, onde predominou um estado de ausência de precipitação e baixa

umidade relativa do ar que resultou na ocorrência de temperaturas máximas acima da

média (Climanálise Vol. 23, n°7). Observa-se também o deslocamento de um sistema

frontal sobre o Uruguai e Sul do Brasil, que mais tarde se estaciona sobre o Paraná

(Figura 4.9d) devido à massa de ar quente e seca que impede o avanço de frentes pelo

Sudeste e Centro-Oeste do Brasil.

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 4.9 - Recorte de imagens do satélite GOES-10 + METEOSAT-09 para às 00UTC do dia

29/07/08 (a), 00UTC (b), 12UTC (c) e 1815UTC (d) do dia 30/07/08. Fonte:

INPE/CPTEC/DSA.

Com base nas imagens de TB da Figura 4.10 identifica-se o surgimento de pequenas e

isoladas formações convectivas na região do CLA, que nascem na borda oeste da banda

de nebulosidade de topo baixo que se estende pelo litoral nordestino a partir das 1715

UTC (Figura 4.10a). Estas formações atingem seu desenvolvimento máximo entre 1830

e 1930 UTC (TB < -40°C). O enfraquecimento desse sistema se dá a partir das 2045

UTC (Figura 4.10d).

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 4.10 - Imagens de temperatura de brilho das nuvens (TB, °C) para o dia 30/07/08. Os

campos referem-se aos seguintes horários: (a) 1715UTC, (b) 1830UTC, (c)

1930UTC e (d) 2045UTC. Fonte: INPE/CPTEC/DSA.

Os perfis de fluxo de umidade específica no ponto de grade que contém o CLA (Figura

4.11a-b) mostram valores mais acentuados entre os níveis de 925 e 700 hPa. O sistema

convectivo formado durante a tarde próximo à São Luís possivelmente tem sua origem e

manutenção relacionada ao aquecimento da superfície (que gera correntes ascendentes)

brisa marítima e umidade transportada pelo escoamento entre esses níveis (p.ex. em 700

hPa, Figura 4.11c). Essa umidade seria oriunda da camada de nebulosidade de topo

baixo que se estende pelo litoral nordestino. Apesar da subsidência em 700 hPa inibir a

convecção (Figura 4.11d), o que explica o fato da ampla camada de nebulosidade no

litoral nordestino possuir topo baixo, fatores locais na região do CLA devem ter atuado

para a formação do sistema isolado. Índices de instabilidade obtidos através da

radiossondagem realizada às 00 UTC do dia 31 no CLA apresentaram valores

favoráveis à ocorrência de convecção profunda: índice K maior que 35, Total-totals (Tt)

acima de 44 e CAPE maior de 2000.

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 4.11 - Campos gerados a partir de dados de análise, sendo: perfil do fluxo de umidade

específica sobre o ponto de grade que contém o CLA para as 12UTC do dia 30

(“a”) e para as 00UTC do dia 31/07/08 (“b”); escoamento (VNT, m/s) e umidade

específica (Q, em g/kg) em 700 hPa para as 12UTC do dia 30/07/08 (c) e ômega

(Pa/s) em 700 hPa para as 00UTC do dia 31/07/08 (“d”).

Um detalhamento maior das formações de convecção diurna é obtido com o uso de

imagens geradas pelo radar localizado no CLA (Figura 4.12). Por volta de 1638 UTC

vê-se a presença de pequenas formações convectivas dispostas aproximadamente em

linha no sentido sudoeste/nordeste a uma distância pouco maior que 50 km do CLA

(aproximadamente centradas em São Luís). Mais tarde, estas formações se organizaram

num sistema linear maior (nas dimensões da Baía de São Marcos) que se deslocou no

sentido sudeste/noroeste, passando sobre o CLA entre 1830 e 1930 UTC. A partir de

então, ocorre o enfraquecimento do sistema e outras células permaneceram isoladas

sobre a região.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Figura 4.12 - Imagens de refletividade das nuvens geradas pelo radar localizado no CLA para o

dia 30/07/08. Os campos referem-se aos seguintes horários (UTC), nesta ordem:

(a) 1638 e (b) 1704, (c) 1833, (d) 1921, (e) 2037 e (f) 2116. O maior círculo

concêntrico representa uma distância de 120 km.

4.1.3 Eventos ocorridos em 12/03/09

A distribuição horária de precipitação (Figura 4.13) mostra a ocorrência de 2 eventos

distintos no decorrer do dia 12/03/09: um durante a madrugada e manhã, que abrange os

horários de precipitação a partir de 01 até aproximadamente 14 UTC; outro que cobre o

período entre 15 e 23 UTC. Como mostrado adiante, o primeiro evento está associado à

intensificação de sistema convectivo por convecção noturna; o segundo, por convecção

diurna. O total de precipitação diária registrada no CLA foi de 25,8 mm; em São Luís

(SLZ) registrou-se 10,0 mm. Apesar de existir uma pequena discordância dos horários

de máxima intensidade de precipitação entre os valores estimados e os registrados,

novamente se verifica uma coerência entre esses conjuntos de dados, isto é, é possível

identificar uma atividade relacionada à convecção noturna, com máximo entre 06 e 08

UTC e outra diurna, com início por volta das 16 UTC.

Precipitação Registrada e Estimada para o dia 12/03/09

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM

Figura 4.13 - Precipitação horária registrada pelas estações de Alcântara (CLA) de São Luís

(SLZ) e estimada pelo modelo Hidroestimador (HIDRO) e pelo satélite TRMM

(TRMM) para o dia 12/03/09. Unidade de precipitação: mm/h.

Durante o mês de março de 2009, a ITCZ permaneceu mais ao sul de sua posição

climatológica, posicionando-se entre o Equador e 5ºS, próximo à costa nordeste do

Brasil. Esse sistema juntamente com a formação de LI’s foram os principais

mecanismos que favoreceram as chuvas na região noroeste do Maranhão neste período

(Climanálise Vol. 24, n° 3; Cf. Barros, 2008). A análise sinótica elaborada pelo Grupo

de Previsão do Tempo do CPTEC (GPT/CPTEC) referente às 00 UTC do dia 12 mostra

que o tempo em parte da região sudeste e nordeste, onde se observa ausência de

convecção (cor escura nas imagens de satélite da Figura 4.15) está sendo influenciado

pela seguinte configuração: em superfície (Figura 4.14b), presença, especialmente sobre

Minas Gerais e Bahia, da borda da Alta Subtropical que está sobre o Atlântico com

núcleo de 1026 hPa; em altos níveis (Figura 4.14a), observa-se um cavado estendido

meridionalmente entre o Maranhão e o noroeste de Minas Gerais. Essa configuração de

alta (baixa) em baixos (altos) níveis traduz-se em ocorrência de subsidência e

consequentemente inibição de convecção. O campo gerado a partir de dados de análise

da Figura 4.15d aponta, para a região do NEB com ausência de nuvens (especialmente a

SE do Piauí) circulação anti-horária em 925 hPa com baixos valores de umidade

específica. A Figura 4.15b mostra a nebulosidade que se forma na periferia desse

cavado (especialmente ao norte e a oeste), ou seja, região onde há ventos divergentes

(convergentes) em altos (baixos) níveis.

(a)

(b)

Figura 4.14 - Análise sinótica ao nível de 250 hPa (a) e à superfície (b) para às 00Z do dia

12/03/09. Fonte: INPE/CPTEC/GPT.

4.1.3.1 Evento de convecção noturna

Nas imagens de satélite das 18 UTC do dia 11 e 00 UTC do dia 12/03/09 (Figuras

4.15a-b) nota-se que ocorre convecção em grande parte do território brasileiro;

particularmente ao longo da costa do Maranhão e Pará, ocorre uma banda de nuvens que

se organiza em forma de Linha de Instabilidade às 18 UTC do dia 11. Esse sistema se

propaga para o interior do continente, permanecendo ativo durante as primeiras horas do

dia 12, quando então enfraquece. As imagens de TB (Figura 4.16) mostram o

surgimento de núcleos convectivos ao norte do Maranhão por volta das 0245 UTC

(Figura 4.16a). Esses núcleos surgiram da nebulosidade que restou na retaguarda da LI

formada no final da tarde do dia 11. Esses sistemas se intensificaram, tornando-se mais

organizados a partir das 05 UTC, com máxima atividade sobre o CLA entre 05 e 06

UTC (valor máximo de precipitação horária registrada: 9,6 mm). O enfraquecimento

desses sistemas se dá a partir das 11 UTC (Figura 4.16d).

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 4.15 - Recorte de imagens do satélite GOES-10 + METEOSAT-09 para às 18UTC do dia

11/03/09 (a), 0015UTC (b) e 12UTC (c) do dia 12/03/09. Fonte:

INPE/CPTEC/DSA. O painel “d” refere-se ao escoamento (VNT, m/s) e umidade

específica (Q, em g/kg) em 925hPa, para as 00UTC do dia 12/03/09, gerado a

partir de dados de análise.

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 4.16 - Imagens de temperatura de brilho das nuvens (TB, °C) para o dia 12/03/09. Os

campos referem-se aos seguintes horários: (a) 0245UTC, (b) 05UTC, (c)

0730UTC e (d) 11UTC. Fonte: INPE/CPTEC/DSA.

ode-se acompanhar a evolução das formações convectivas através das imagens de

radar (Figura 4.17). Às 0203 UTC (Figura 4.17a) nota-se o deslocamento vindo de leste

de uma pequena banda de nuvens disposta em sentido N/S e que passa pelo CLA por

volta de 03 UTC (Figura 4.17b). Entre 0530 UTC e 11 UTC formações de maior

extensão espacial, deslocando no mesmo sentido que a anterior, passam pelo CLA.

Essas formações se afastaram totalmente da região a partir das 1315 UTC.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

Figura 4.17 - Imagens de refletividade das nuvens geradas pelo radar localizado no CLA para o

dia 12/03/09. Os campos referem-se aos seguintes horários (UTC), nesta ordem:

(a) 0203 e (b) 0241, (c) 0329, (d) 0531, (e) 0713 e (f) 0942, (g) 1113 e (h) 1315.

O maior círculo concêntrico representa uma distância de 120 km.

4.1.3.2 Evento de convecção diurna

Durante à tarde, notam-se núcleos convectivos oriundos de convecção diurna a leste do

CLA (Figuras 4.19a e 4.21a). Essas formações parecem mais organizadas na imagem de

satélite das 1815 UTC (Figura 4.18a). Observa-se, nos campos oriundos de dados de

reanálise da Figura 4.20, que ocorre divergência do vento horizontal no escoamento em

altos níveis (200 hPa) sobre a região onde se observam essas formações, favorecendo

seu desenvolvimento. A partir disso, aumentam de tamanho e avançam no sentido NW,

passando pelo CLA entre 18 e 19 UTC (Figura 4.21c), vindo a enfraquecer por volta das

2015 UTC. Na imagem de satélite das 0015 UTC do dia 13 (Figura 4.18b), notam-se

apenas algumas nuvens remanescentes da dissipação do sistema ao sul do CLA.

(a)

(b)

Figura 4.18 - Recorte de imagens do satélite GOES-10 + METEOSAT-09 para as 1815UTC do

dia 11/03/09 (a) e 0015UTC do dia 12/03/09. Fonte: INPE/CPTEC/DSA.

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 4.19 - Imagens de temperatura de brilho das nuvens (TB, °C) para o dia 12/03/09. Os

campos referem-se aos seguintes horários: (a) 1615UTC, (b) 1915UTC, (c)

2015UTC e (d) 2115UTC. Fonte: INPE/CPTEC/DSA.

(a)

(b)

Figura 4.20 - Campos de linhas de corrente em 200hPa, para as 18UTC do dia 12 (a) e 00UTC

do dia 13/03/09 (b), gerados a partir de dados de reanálise. O retângulo vermelho

delimita área usada para estudo.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Figura 4.21 - Imagens de refletividade das nuvens geradas pelo radar localizado no CLA para o

dia 12/03/09. Os campos referem-se aos seguintes horários (UTC), nesta ordem:

(a) 1615 e (b) 1715, (c) 1830, (d) 1915, (e) 1945 e (f) 2033. O maior círculo

concêntrico representa uma distância de 120 km.

4.1.4 Eventos ocorridos em 26/03/09

A série horária de precipitação registrada e estimada mostra a ocorrência de eventos

distintos no decorrer do dia 26/03/09 (Figura 4.22): um durante a madrugada e manhã,

que abrange os horários de precipitação entre 02 e 13 UTC; outro que cobre a

precipitação ocorrida a partir das 17 UTC. Como mostrado adiante, o primeiro evento

está associado à intensificação de sistema convectivo por convecção noturna; o

segundo, por convecção diurna. O total de precipitação diária registrada pela estação do

CLA foi de 32,9 mm; pela de SLZ 2,0 mm. Os valores estimados foram de 63,5 mm

para o Hidroestimador e de 5,8 mm para o satélite TRMM. Apesar da diferença de

magnitude entre os valores registrados e estimados, é possível notar a ocorrência de

eventos distintos de convecção noturna e diurna considerando-se os dados

conjuntamente.

Precipitação Registrada e Estimada para o dia 26/03/09

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM

Figura 4.22 - Precipitação horária registrada pelas estações de Alcântara (CLA) de São Luís

(SLZ) e estimada pelo modelo Hidroestimador (HIDRO) e pelo satélite TRMM

(TRMM) para o dia 26/03/09. Unidade de precipitação: mm/h.

A ocorrência de convecção é notada em boa parte do território brasileiro nas imagens de

satélite para o dia 26/03/09 (Figura 4.24). A nebulosidade que se estende pelas Regiões

Norte, Centro-Oeste e parte das regiões Nordeste e Sudeste do Brasil, seguindo pelo

Atlântico, associa-se à atuação da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS),

sistema que se formou a partir do dia 22 e persistiu até o início do mês seguinte nestas

regiões (Climanálise Vol. 24, n° 3). As áreas com baixo valor de umidade específica em

925 hPa (Figuras 4.23c-d) referem-se à mesma região de ausência de nuvens sobre o

noroeste da Bahia e sul do Piauí que se verifica nas imagens de satélite das Figuras

4.24a-b. A ITCZ esteve presente próxima a costa norte do NEB, contribuindo para a

atividade convectiva na região (Figura 4.23b). O escoamento difluente que se

configurou entre a Alta da Bolívia e o cavado a leste (Figura 4.23a) favoreceu a

formação de áreas de instabilidade, principalmente sobre as Regiões Norte e Nordeste

do Brasil, conforme ilustra a imagem de satélite das 18 UTC do dia 26 (Figura 4.24a).

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 4.23 - Análise ao nível de 250 hPa (a) e à superfície (b) para às 00Z do dia 26/03/09.

Fonte: INPE/CPTEC/GPT. Campos de direção do vento horizontal (VNT, m/s) e

umidade específica (Q, em g/kg) em 925 hPa, para as 00UTC do dia 26/03/09 (c)

e 00UTC do dia 27/03/09 (d), gerados a partir de dados de análise.

(a)

(b)

Figura 4.24 - Recorte de imagens do satélite GOES-10 + METEOSAT-09 para as 06UTC (a) e

18UTC do dia 26/03/09. Fonte: INPE/CPTEC/DSA.

4.1.4.1 Evento de convecção noturna

Às 00 UTC do dia 26 (Figura 4.25a) ocorrem formações convectivas oriundas de

“restos” de convecção diurna espalhadas pelas regiões Norte e Nordeste do Brasil

(inclusive na região que envolve o CLA). Índices de instabilidade gerados a partir da

radiossondagem das 00 UTC do dia 26 indicam condições favoráveis à ocorrência de

convecção profunda: índice K maior que 30, Total-totals (Tt) acima de 40 e CAPE

maior de 1800. Os campos de divergência do vento horizontal e ômega em 925 hPa

(Figuras 4.26a-b) apontam, em geral, áreas comuns com correntes ascendentes (valores

negativos de ômega) e convergência (valores negativos de divergência). Essas áreas

coincidem, na sua maioria, com aquelas onde se encontram os núcleos convectivos. A

imagem de satélite das 12 UTC (Figura 4.25b) permite notar que essas formações

enfraquecem.

(a)

(b)

Figura 4.25 - Recorte de imagens do satélite GOES-10 + METEOSAT-09 para as 00UTC (a) e

12UTC do dia 26/03/09. Fonte: INPE/CPTEC/DSA.

(a)

(b)

Figura 4.26 - (a) Campo de divergência do vento horizontal (1/s) e (b) ômega (Pa/s) em 925hPa,

para as 00UTC do dia 26/03/09, gerados a partir de dados de análise.

As imagens de TB para o dia 26/03/09 (Figura 4.27) mostram a passagem de formações

convectivas pouco intensas entre as 09 e 11 UTC sobre a região do CLA e que deram

origem a precipitação registrada pela estação de Alcântara. Essas formações tiveram

origem sobre o oceano, se deslocaram no sentido leste/oeste e atingiram seu máximo

desenvolvimento por volta das 08 UTC antes de atingir o CLA (não mostrado).

(a)

(b)

Figura 4.27 - Imagens de temperatura de brilho das nuvens (TB, °C) para o dia 12/03/09. Os

campos referem-se aos seguintes horários: (a) 09UTC e (b) 1015UTC. Fonte:

INPE/CPTEC/DSA.

Entre 08 e 11 UTC nota-se, nas imagens de radar (Figura 4.28), o deslocamento de um

sistema vindo de leste/sudeste e que passa pelo CLA por volta das 10 UTC.

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 4.28 - Imagens de refletividade das nuvens geradas pelo radar localizado no CLA para o

dia 26/03/09. Os campos referem-se aos seguintes horários (UTC), nesta ordem:

(a) 0801 e (b) 0915, (c) 1015 e (d) 1113. O maior círculo concêntrico representa

uma distância de 120 km.

4.1.4.2 Evento de convecção diurna

As imagens de TB (Figura 4.29) mostram que, durante à tarde, novas formações surgem

sobre o norte do NEB, desde o norte do Rio Grande do Norte até a costa do Pará, com

início a partir das 15 UTC. Esses sistemas, ao se intensificarem, se organizaram em uma

LI costeira que se propaga continente adentro. A LI atua sobre a região até por volta das

20 UTC, quando então se enfraquece. As LIs são induzidas pela brisa marítima e pelos

ventos alísios de sudeste (Kousky, 1980) ou ainda acompanham a evolução da ITCZ

(Cavalcanti, 1982).

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 4.29 - Imagens de temperatura de brilho das nuvens (TB, °C) para o dia 26/03/09. Os

campos referem-se aos seguintes horários: (a) 15UTC, (b) 1630UTC, (c)

1815UTC e (d) 20UTC. Fonte: INPE/CPTEC/DSA.

Maiores detalhes são visualizados por meio das imagens de radar da Figura 4.30. A

partir das 1315 UTC observam-se formações mais numerosas. Entre 16 e 18 UTC nota-

se a passagem de um sistema mais organizado a noroeste do CLA, o qual ocasionou

precipitação que foi registrada pela estação meteorológica local. Com o início da noite,

há um enfraquecimento desses sistemas oriundos de convecção diurna.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Figura 4.30 - Imagens de refletividade das nuvens geradas pelo radar localizado no CLA para o

dia 26/03/09. Os campos referem-se aos seguintes horários (UTC), nesta ordem:

(a) 1315 e (b) 1403, (c) 1502, (d) 1617, (e) 1715 e (f) 1830. O maior círculo

concêntrico representa uma distância de 120 km.

4.2 Síntese descritiva dos casos de precipitação sobre a região do CLA

Uma síntese das condições meteorológicas observadas durante a ocorrência dos casos

de precipitação que ocorreram na região do CLA encontra-se na Tabela 4.1.

Tabela 4.1 - Resumo das condições meteorológicas obs

ervadas relativas aos casos de

precipitação sobre a região do CLA selecionados para as simulações.

Caso

(Dia)

Horário (UTC)

do(s) evento(s) e

tipo de convecção

Estação

do ano

Condição

sinótica

relevante

Mecanismo causador da

convecção

18/07/08

02/12 (noturna) e

a partir das 15

(diurna)

Transição

Fraca

atividade da

ITCZ

Transporte de umidade em baixos

níveis e atuação da brisa terrestre;

aquecimento da superfície

30/07/08

15/19 (diurna) Transição

EMAQS Aquecimento da superfície, brisa

marítima e umidade transportada

pelo escoamento em baixos níveis

12/03/09

01/14 (noturna) e

15/23 (diurna)

Chuvosa ITCZ mais ao

sul, cavado

estendido

sobre o MA e

MG e LIs

Convecção noturna surge da

nebulosidade restante de uma LI

formada no dia anterior.

Aquecimento da superfície e

divergência em altos níveis

favorecem a convecção diurna

26/03/09

02/13(noturna) e a

partir das 17

(diurna)

Chuvosa Atuação de

ZCAS

(grande parte

do Brasil),

ITCZ e Alta

da Bolívia

Áreas comuns de correntes

ascendentes e convergência em

baixos níveis (noturna).

LIs que se propagam continente

adentro (diurna).

A evolução temporal e a morfologia da convecção sobre a região do CLA pode variar

bastante, com regimes que vão desde sistemas convectivos mais organizados como

linhas de instabilidade até células convectivas isoladas. Os regimes variam

sazonalmente (Barros, 2008). Conforme se observa na Tabela 4.1, o transporte de

umidade realizado em baixos níveis, especialmente pela atuação da brisa (marítima e

terrestre) é importante para a ocorrência da convecção sobre a região do CLA.

Destacam-se também as linhas de instabilidade, que se formam sobre a costa e se

propagam continente adentro. Outro mecanismo bastante importante na geração de

precipitação nesta região é a presença de áreas de convergência de massa em baixos

níveis (evento do dia 26/03/09), favorecendo tanto a formação de convecção diurna

quanto noturna. Para os modelos de mesoescala, representar todos os aspectos

mencionados é fundamental para que se obtenha uma adequada simulação da evolução

temporal e morfologia das áreas de precipitação.

5 DESENHO DAS SIMULAÇÕES

O modelo MM5 foi executado em 2 plataformas com configurações e finalidades

distintas: uma versão está instalada na ACA/IAE (para fins de pesquisa e

desenvolvimento científicos); a outra se encontra no ICEA, sendo usada de forma

operacional. Instituição associada ao conceito de defesa e segurança do espaço aéreo

brasileiro, o ICEA emprega o modelo MM5 tanto para fins operacionais quanto para

pesquisa e desenvolvimento científico. Atualmente, conduz um projeto em parceria com

o CNMA (Centro Nacional de Meteorologia Aeronáutica, sediado em Brasília), ambos

subordinados ao DECEA (Departamento de Controle do Espaço Aéreo, Comando da

Aeronáutica), cujo objetivo é de pesquisa e desenvolvimento da modelagem numérica

para fins aeronáuticos. Maiores informações encontram-se no sítio

www.icea.gov.br/climatologia/produtos

. O CNMA, órgão que se destina à prestação de

serviço na área de meteorologia (previsão e informações meteorológicas) para a aviação

em geral, planeja, em breve, utilizar uma versão do MM5 em suas instalações. Assim,

acredita-se ser importante testar e avaliar se os resultados encontrados com as

simulações do modelo instalado na ACA/IAE resultarão em algum benefício para

previsões de precipitação com o modelo instalado em ambientes operacionais (p. ex.,

ICEA) com diferentes configurações. A seguir descreve-se o desenho experimental

empregado nas simulações.

5.1 Simulações com o modelo instalado na ACA/IAE

Com base na metodologia de grades aninhadas utilizada por outros autores (p.ex.

Serafin e Ferretti, 2007) neste trabalho as simulações empregaram 3 domínios

aninhados de resoluções horizontais 27 (G1), 9 (G2) e 3 (G3) km, centradas

aproximadamente sobre o CLA, na latitude de 02,5°S e longitude 44.5°W, conforme

Figura 5.1.

Figura 5.1 - Domínio das grades de resolução horizontal 27 km (G1), 09 km (G2) e 3 km (G3).

O número de pontos nas direções zonal e meridional e o domínio para cada grade estão

descrito na Tabela 5.1. Foram utilizados 38 níveis sigma na vertical (com pressão de

topo 50 hPa), mesmo número usado por Colle e Mass (2000) e que obteve bons

resultados. Ainda sobre o número de níveis verticais, testes de sensibilidade de

simulações de precipitação à resolução vertical foram realizados e os resultados

encontram-se no Apêndice A deste trabalho.

Tabela 5.1 - Número de pontos de grade para os domín

ios 1, 2 e 3 empregados nas simulações

realizadas na ACA/IAE.

Espaçamento de

grade (km)

N° pontos zonal N° pontos meridional

Extensão do

domínio (Km)

27 80 60 2160X1620

9 91 67 819X603

3 91 67 273X201

Conforme descrito na seção 2, as simulações foram inicializadas com dados de análise

cuja resolução espacial é de 1°. O uso de condições iniciais e de contorno com

resolução espacial mais baixa pode ser visto como uma limitação deste trabalho. Chan

et al. (2003), ao simular um evento extremo de precipitação sobre Caracas, Venezuela,

constataram que o aumento de resolução das condições iniciais e de contorno foi

necessária para que se alcançasse uma previsão de precipitação mais próxima aos

valores aproximados. Forçantes laterais de maior resolução proporcionaram o aumento

do suprimento de umidade, o que acarretou condições mais favoráveis para a convecção

profunda.

Os dados de TSM obtidos junto a NOAA possuem resolução horizontal (temporal) de 1º

(7 dias). Adotaram-se as seguintes parametrizações físicas do modelo: RRTM (Mlawer

et al, 1997) para radiação; MRF-PBL (Hong e Pan, 1998) para camada limite planetária;

Kain-Fritsch2 [KF2, Kain e Fritsch (2004)] para convecção profunda e NOAH-LSM

(Chen e Dudhia, 2001) para processos de superfície. Este último é capaz de prever a

temperatura e umidade do solo em quatro camadas. O NOAH-LSM calcula os balanços

radiativo, de energia e de água sobre superfícies continentais e contém também

processos para melhor tratar a cobertura de neve e os efeitos do solo congelado. Apesar

da conhecida influência dos processos de superfície na formação de precipitação

(Cândido, 2002) para o CLA, considera-se que a fonte de umidade para a formação de

nuvens e chuva se deve mais ao transporte de umidade do oceano efetuado pelos alísios

do que à evapotranspiração ou aos processos de superfície. Assim, a temperatura e a

umidade do solo foram inicializadas de forma simples com valores provenientes da

Reanálise do NCEP/NCAR (referentes à data e o horário da condição inicial). As

Figuras 5.2, 5.3 e 5.4 mostram os campos de topografia, umidade do solo entre 10 e 40

cm para à 00 UTC do dia 26/03/2009, fração de área vegetada e uso da terra para os três

domínios, já interpolados para as grades dos domínios.

No caso dos processos de microfísica, os seguintes esquemas fora

m testados: Warm

Rain, Simple Ice, Reisner e Schultz (estes últimos por serem considerados mais

sofisticados que os dois primeiros).

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 5.2 - Campos de topografia (a), fração de área vegetada (b), uso da terra (c) e umidade do

solo entre 10 e 40 cm para à 00 UTC do dia 26/03/2009 (d) para o domínio 1. As

categorias de vegetação estão especificadas na Tabela 5.2.

Tabela 5.2 - Descrição das categorias de vegetação.

Número

Tipo de vegetação

2 Pastagem e agropecuária

5 Mosaico de agropecuária e gramíneas

6 Mosaico de floresta e agropecuária

8 Caatinga

10 Savana (cerrado)

11 Floresta tropical decídua e semi-decídua

16 Água

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 5.3 - Campos de topografia (a), fração de área vegetada (b), uso da terra (c) e umidade do

solo entre 10 e 40 cm para à 00 UTC do dia 26/03/2009 (d) para o domínio 2. As

categorias de vegetação estão especificadas na Tabela 5.2.

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 5.4 - Campos de topografia (a), fração de área vegetada (b), uso da terra (c) e umidade do

solo entre 10 e 40 cm para à 00 UTC do dia 26/03/2009 (d) para o domínio 3. As

categorias de vegetação estão especificadas na Tabela 5.2.

Com passo de tempo de 60 s, o tempo total de integração para cada simulação foi de 36

h, com saídas a cada 60 min, sendo que as 12 primeiras horas foram descartadas como

spin-up (tempo necessário para ajuste dos campos atmosféricos); assim, somente se

consideraram as últimas 24 h de cada integração para fins de análise. Baseado nos

trabalhos de Warner e Hsu (2000) e Grubisic (2005) realizaram-se, para cada evento de

precipitação selecionado, as seguintes simulações do modelo, conforme Tabela 5.3.

Visando a definição do esquema que apresentasse melhores resultados nas simulações

de precipitação na região do CLA, foram realizadas 4 simulações para cada um dos

quatro casos selecionados (simulações 1, 2, 3 e 4). Cada rodada empregou um esquema

explícito diferente: Warm Rain (WR), Simple Ice (SI), Reisner (RE) e Schultz (SC).

Usou-se aproximação híbrida [uso conjunto de esquemas implícitos (neste caso, KF2) e

explícitos] nos 3 domínios. Essas simulações foram chamadas de Grupo 1 (G1).

Definido o esquema explícito mais eficiente (ES), realizaram-se novas simulações

(simulações 5 e 6, denominadas Grupo 2, G2) alternando o uso do esquema implícito

nos domínios 2 e 3. Foram comparados os aspectos da precipitação entre as simulações

dos Grupos 1 e 2 para o mesmo esquema explícito, visando definir a melhor

combinação do uso de esquemas implícitos e explícitos nos domínios de 9 e 3 km de

resolução horizontal.

abela 5.3 - Configuração das simulações realizadas com o modelo instalado na ACA/IAE

quanto ao uso de esquemas implícitos e explícitos de convecção.

Simulações

Grupo 1 Grupo 2

Espaçamento

de grade (km)

1 2 3 4 5 6

27 KF2/WR KF2/SI KF2/RE KF2/SC KF2/ES KF2/ES

9 KF2/WR KF2/SI KF2/RE KF2/SC KF2/ES ES

3 KF2/WR KF2/SI KF2/RE KF2/SC ES ES

5.2 Simulações com o modelo instalado no ICEA

O modelo instalado no ICEA, atualmente, faz previsões operacionais duas vezes ao dia

(para os horários da 00 e 12 UTC), com saídas a cada 3 horas, para 3 diferentes regiões

do território brasileiro: Norte, Nordeste e Sul/Sudeste, utilizando, cada uma delas,

grades aninhadas de resolução horizontal 36 e 12 km. Estas grades ou domínios usam o

método “two way” de aninhamento (os resultados das integrações são transmitidos entre

os domínios, nos dois sentidos, a cada passo de tempo). Futuramente, pretende-se

empregar um novo domínio, centrado aproximadamente sobre o CLA, com grades de

resolução horizontal 18 e 6 km.

Por padrão, as rodadas do modelo realizadas no ICEA utilizam esquemas implícitos e

explícitos de convecção (esquemas Grell e Simple Ice, respectivamente) para todos os

domínios. Conforme verificado nas simulações realizadas com o modelo instalado na

ACA/IAE, o uso de somente esquema de microfísica para o domínio de espaçamento de

grade 9 km produz variados resultados nas simulações de precipitação para a região do

CLA, quando comparados aos resultados obtidos com as simulações que empregaram

aproximação híbrida. Diante disso, foram realizadas simulações com o objetivo de testar

o uso de somente esquemas explícitos de convecção para o domínio de espaçamento de

grade 12 km utilizado nas previsões realizadas pelo ICEA. Esta resolução (12 km)

encontra-se dentro da faixa de espaçamento de grade na qual ainda não se tem

claramente estabelecida a necessidade ou não do uso de esquemas de convecção

profunda (Molinari e Dudek, 1992).

Para que se alcançasse o objetivo proposto, o modelo foi executado para os domínios

que cobrem a região Nordeste (em função do tempo gasto com as simulações, as demais

regiões não foram utilizadas). A Figura 5.5 ilustra a extensão dos domínios para esta

região. A seguir descrevem-se as características das simulações. O número de pontos

nas direções zonal e meridional para os diferentes domínios está indicado na Tabela 5.4.

A resolução vertical compreende 23 níveis sigma, com pressão de topo 100 hPa. Os

dados de TSM obtidos junto a NOAA possuem resolução horizontal (temporal) de 1º (7

dias). A temperatura e a umidade do solo são inicializadas com valores climáticos de

Reanálise do NCEP. As parametrizações físicas do modelo são as seguintes: cloud

radiation scheme para radiação; MRF-PBL (Hong e Pan, 1996) para camada limite

planetária; multi layer para processos de superfície; Grell (Grell, 1995) para convecção

implícita e Simple Ice (Dudhia, 1989) para microfísica de nuvens. Estas

parametrizações são empregadas nos 2 domínios e foram adotadas nas simulações de

controle (chamadas ICEA1).

Tabela 5.4 - Número de pontos de grade dos domínios

empregados pelo modelo MM5 instalado

no ICEA.

Região Resolução (km)

Nº Pontos Zonal e Meridional

36 120x120

Norte

12 103x103

36 90x95

Nordeste

12 70x70

36 90x90

Sul/Sudeste

12 67x70

Com passo de tempo de 90 s, foram feitas rodadas de 36 h de integração (descartando-

se as doze horas iniciais), para todos os dias do mês de março de 2009 (escolhido em

função da disponibilidade dos dados de análise e de precipitação, além da freqüente

ocorrência de precipitação sobre a região Nordeste). As simulações foram inicializadas

a partir das 12 UTC do dia anterior ao do dia considerado, utilizando-se para isso, dados

de análise com resolução horizontal de 0.5° (formato GRIB2), disponibilizados pelo

NOAA/NCEP. Tais dados se encontravam disponíveis no ICEA. Realizaram-se duas

rodadas para cada dia, chamadas ICEA1 (simulações de controle) e ICEA2. Ambas

utilizaram esquemas de convecção implícita (Grell) e explícita (Simple Ice) para o

Domínio 1 (D1, 36 km de resolução horizontal). No entanto, para o Domínio 2 (D2, 12

km de resolução horizontal), enquanto ICEA1 usou a mesma combinação (híbrida) de

esquemas utilizada em D1, ICEA2 utilizou somente esquema explícito (Simple Ice)

neste espaçamento de grade. Esta é a única diferença entre as simulações.

Figura 5.5 - Domínio das grades de resolução horizon

tal 36 km (D1) e 12 km (D2) para a região

Nordeste utilizado pelo ICEA.

6 RESULTADOS

A seguir, descreve-se a análise dos resultados obtidos a partir das simulações realizadas

com o modelo MM5 instalado na ACA/IAE e ICEA.

6.1 Simulações realizadas com o modelo instalado na ACA/IAE

6.1.1 Análise das simulações do Grupo 1

A seguir, faz-se uma análise dos aspectos das simulações do Grupo 1 referentes aos 4

casos de precipitação ocorridos na região do CLA. Para se analisar a magnitude da

precipitação, os valores obtidos pelas simulações foram comparados com os valores de

precipitação registrados pelas estações do CLA e São Luís (SLZ), além dos valores

médios de precipitação estimados pelo método Hidroestimador (HIDRO) e pelo Satélite

TRMM (TRMM) para a mesma área usada na análise observacional dos casos. O

posicionamento e evolução dos sistemas precipitantes simulados nos 3 domínios foram

comparados com os campos de TB, campos de precipitação estimada pelo HIDRO e

TRMM e imagens de refletividade das nuvens obtidas por radar (especificamente para o

domínio 3). É importante ressaltar que os campos gerados possuem diferente resolução

espacial e temporal, portanto a comparação dos resultados obtidos com as simulações e

as observações foi feita de forma subjetiva.

6.1.1.1 Eventos de precipitação ocorridos no dia 18/07/08

Durante o dia 18/07/08 houve a ocorrência de eventos distintos de

convecção/precipitação noturna (entre 2 e 12 UTC) e diurna (a partir das 15 UTC) na

região que abrange o CLA. O total de precipitação diária registrada (estimada) foi de

63,2 mm para o CLA e de 2,8 mm em SLZ (48,1 mm para o HIDRO e 49,4 mm para o

TRMM). Para este caso, somente o esquema WR não conseguiu simular precipitação

referente à convecção noturna (Figura 6.1a). Além disso, pode-se observar que houve

similaridade (mas não coincidência) tanto da quantidade diária de precipitação simulada

quanto da evolução da mesma para os três domínios, para todos os esquemas de

microfísica. Os esquemas SI e RE apontaram um comportamento muito semelhante no

que se refere à evolução temporal dos eventos de precipitação.

(a)

Séries de Precipitação para o dia 18/07/08 - WR

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

(b)

Séries de Precipitação para o dia 18/07/08 - SI

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

(c)

Séries de Precipitação para o dia 18/07/08 - RE

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

(d)

Séries de Precipitação para o dia 18/07/08 - SC

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

HIDRO CLA TRMM SLZ 27KM 09KM 03KM

Figura 6.1 - Comparação entre os valores horários (UTC) de precipitação para o dia 18/07/08.

As barras referem-se aos valores de precipitação registrada no CLA e em SLZ e de

precipitação média estimada pelo Hidroestimador (HIDRO) e pelo satélite TRMM

(TRMM). As linhas referem-se aos valores médios simulados nos domínios de 27,

9 e 3 km de resolução. Os gráficos “a”, “b”, “c” e “d” referem-se, aos esquemas

Warm Rain, Simple Ice, Reisner e Schultz (SC), nesta ordem. Precipitação (mm/h)

em escala logarítmica.

Os 4 esquemas testados subestimaram a quantidade de precipitação diária, sendo que os

esquemas SI e RE foram os que mais se aproximaram dos valores observados (Tabela

6.1). Quanto à divisão da precipitação simulada em parte convectiva (PC, relacionada

aos esquemas implícitos) e não-convectiva (PNC, associada aos esquemas explícitos),

somente os esquemas RE e SI geraram PNC na região mais próxima do CLA nos

domínios 2 e 3 (não mostrado), tendo este último (SI) apresentado melhores resultados.

As simulações também mostraram que a participação da PC diminui com o aumento da

resolução das grades. Isso é coerente com a idéia de que, em resoluções mais altas,

esquemas explícitos são suficientes para simular adequadamente a precipitação

(Molinari e Dudek, 1992; Weisman et al., 1997).

Tabela 6.1- Precipitação Convectiva (PC), Não-Convectiva (PNC) e Total (TT) simulada obtida

para o dia 18/07/08 para a região do CLA com o uso dos esquemas Warm Rain

(WR), Simple Ice (SI), Reisner (RE) e Schultz (SC). Unidade de precipitação:

mm/dia.

Precipitação Convectiva, Não Convectiva e Total Simulada (mm/dia)

Esquemas WR SI RE SC

Resolução

PC PNC TT PC PNC TT PC PNC TT PC PNC TT

27 km

4.5 0 4.5 12.6 0 12.6 27.8 0 27.8 14.8 0 14.8

09 km

11.7 0 11.7 16.6 5.1 21.7 23.8 0.9 24.7 11.5 0 11.5

03 km

3.9 0 3.9 11.9 14.7 26.6 8.5 6.7 15.2 5.9 0 5.9

Os campos de precipitação simulada, estimada e de TB referentes ao horário das 06

UTC foram usados para análise da distribuição espacial e intensidade das áreas de

chuva (Figura 6.2). Além de todos os dados para comparação da precipitação simulada

com a observada estarem disponíveis, neste horário houve o maior registro de

precipitação (oriunda de convecção noturna) na estação do CLA (28,4 mm). Quanto ao

posicionamento das regiões de precipitação, houve relativa coerência e uniformidade

entre os 3 domínios para todas as simulações (Figura 6.2). Se considerarmos as

formações convectivas no campo de TB (baixos valores de TB, Figura 6.2) como áreas

prováveis de precipitação, nos domínios 1 e 2, para os 4 esquemas, 2 regiões de

precipitação foram geradas erroneamente: uma sobre o interior do Maranhão (ao sul do

CLA) e outra a leste do CLA.

Para a grade de 3 km de resolução todos os esquemas (exceto WR) simularam

corretamente chuva na região do CLA, porém não localizaram a região de precipitação

mais próxima de SLZ (à leste do CLA). Destacam-se as simulações realizadas com os

esquemas SI e RE, que representaram melhor o padrão de precipitação neste domínio,

onde se pode notar que a “linha” de precipitação na região ao norte entre CLA e SLZ

nos domínios 1 e 2 (e que não aparece nas observações) não é simulada no domínio 3.

Assim, pode-se dizer que, neste caso, o uso de grades de maior resolução espacial

melhorou a representação da precipitação, isto é, eliminou os erros simulados nas

grades de maior espaçamento. Nota-se ainda nas Figuras 6.2i e 6.2m (referentes aos

esquemas SI e RE respectivamente), a presença de núcleos com valores de precipitação

acima de 15 mm que estão coerentes com o campo observado (Figura 6.2c). Tais

núcleos estão relacionados à parte não convectiva da precipitação (não mostrado).

Em geral, pode-se dizer que, neste caso, os esquemas SI e RE apresentaram melhores

resultados na representatividade da precipitação. Especificamente para o domínio de 3

km de resolução, destacam-se o maior detalhamento das áreas de precipitação e

principalmente, a filtragem de alguns erros (com relação ao domínio 2) conseguida

neste espaçamento de grade.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

(i)

(j)

(l)

(m)

(n)

(o)

(p)

Figura 6.2 - Campos de precipitação simulada (de “d” a “p”, mm), precipitação estimada pelo

TRMM (“b”) e pelo HIDRO (“c”) e de TB (“a”, °C) para as 06 UTC de 18/07/08.

Cada uma das colunas, a contar da esquerda, refere-se a campos (exceto campos

“a”, “b” e “c”) cujos domínios são de 27, 9 e 3 km de espaçamento de grade,

respectivamente. Cada uma das linhas, a contar da segunda na descendente, refere-

se a um esquema explícito, conforme a seguinte ordem: Warm Rain, Simple Ice,

Reisner e Schultz. Os retângulos delimitam as áreas utilizadas para análise.

6.1.1.2 Eventos de precipitação ocorridos no dia 30/07/08

Valores de precipitação (28 mm) foram estimados pelo modelo Hidroestimador

referentes a um sistema isolado que atravessou a região do CLA entre 15 e 19 UTC

aproximadamente. No entanto, nenhuma simulação foi capaz de prever adequadamente

a evolução e quantidade de precipitação neste caso (Figura 6.3). Todos os esquemas

anteciparam o início da precipitação (entre 9 e 10 UTC) e somente o esquema SC

simulou precipitação nos horários em que foi observada (HIDRO). Os valores de

precipitação obtidos pelos 3 domínios foram mais similares entre si nas simulações com

os esquemas RE e SC.

(a)

Série de Precipitação para o dia 30/07/08 - WR

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

(b)

Série de Precipitação para o dia 30/07/08 - SI

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

(c)

Série de Precipitação para o dia 30/07/08 - RE

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

(d)

Série de Precipitação para o dia 30/07/08 - SC

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

Figura 6.3 - Comparação entre os valores horários (UTC) de precipitação para o dia 30/07/08.

As barras referem-se aos valores de precipitação registrada no CLA e em SLZ e de

precipitação média estimada pelo Hidroestimador (HIDRO) e pelo satélite TRMM

(TRMM). As linhas referem-se aos valores médios simulados nos domínios de 27,

9 e 3 km. Os gráficos “a”, “b”, “c” e “d” referem-se, aos esquemas Warm Rain,

Simple Ice, Reisner e Schultz (SC), nesta ordem. Precipitação (mm/h) em escala

logarítmica.

A Tabela 6.2 mostra os valores totais de precipitação obtidos com as simulações: nota-

se que o esquema WR apresentou os maiores erros de magnitude quando comparados

aos valores gerados pelo HIDRO. Em geral, as simulações para os domínios de

resolução horizontal 27 e 9 km foram mais similares quanto à evolução temporal e

quantidade de precipitação, apresentando valores mais próximos do valor total

observado (HIDRO), embora ainda o subestimando. Para este caso, a precipitação

simulada pelo domínio 3 para a região que envolve o CLA foi bem abaixo do observado

(num máximo de 25% desse valor).

Tabela 6.2 - Precipitação Convectiva (PC), Não-Convectiva (PNC) e Total (TT) simulada

obtida para o dia 30/07/08 para a região do CLA com o uso dos esquemas Warm

Rain (WR), Simple Ice (SI), Reisner (RE) e Schultz (SC). Unidade de

precipitação: mm/h.

Precipitação Convectiva, Não Convectiva e Total Simulada (mm

/dia)

Esquemas WR SI RE SC

Resolução

PC PNC TT PC PNC TT PC PNC TT PC PNC TT

27 km

3.5 0 3.5 8.3 0 8.3 12.6 0 12.6 11.5 0 11.5

09 km

0.7 0 0.7 9.8 0.2 10 11.5 0 11.5 9 0 9

03 km

0 0 0 2.2 0.6 2.8 4.2 1.0 5.2 6.1 0.2 6.3

Quanto à divisão da precipitação em parte convectiva e não-convectiva, conforme se

esperava, a porção não convectiva aumenta sua contribuição para o valor total com o

aumento da resolução das grades (Tabela 6.2). No entanto, os valores da parte não-

convectiva foram bem menores que os da parte convectiva.

Houve similaridade entre os campos gerados pelas quatro simulações quanto ao

posicionamento das áreas de precipitação e sua evolução no tempo, exceto para o

domínio de 3 km (Figura 6.4). No domínio de 27 km notam-se diferenças entre as

simulações e o observado. Na Figura 6.4a nota-se a existência de apenas uma área de

chuva sobre o oceano, próximo a costa do Ceará. No entanto, todas as simulações

produziram (erroneamente) uma área de precipitação que se estende desde o estado do

Amapá até a Ilha de Marajó. Nota-se ainda outra área precipitante (em posição

deslocada com relação ao campo observado e que permanece existindo por praticamente

toda a simulação) entre a costa do Ceará e o nordeste do Maranhão.

No domínio de resolução horizontal 9 km, para o horário das 15 UTC, ocorre o

aparecimento de células de precipitação maiores a leste do CLA (Figuras 6.4b).

Contudo, nenhuma simulação foi capaz de representar isoladamente tais células,

produzindo (equivocadamente) uma grande e única área de precipitação disposta desde

a costa do Maranhão até o Pará. Em síntese, em todas as simulações, os domínios 1 e 2

não representaram bem o evento diurno de precipitação ocorrido na região do CLA.

Para o domínio 3, as simulações também não apontaram resultados melhores: os quatro

esquemas geraram áreas de precipitação ao norte do CLA a partir das 10 UTC (não

mostrado). Estas formações se intensificaram e deslocaram de leste, apresentando

núcleos com elevadas taxas de precipitação em horários e locais não observados tanto

nas imagens de radar quanto nos campos estimados pelo TRMM. Às 18 UTC, uma área

de chuva isolada vinda de leste (não mostrada) passa pelo CLA (Figura 6.4c). O

resultado mais próximo do real foi obtido com a simulação de precipitação não

convectiva com os esquemas SC e WR, mesmo deslocado mais ao norte que o

observado. Importante destacar que apesar do erro no posicionamento, a extensão

(localizada) e a quantidade (pequena) dos núcleos foram bem simulados.

Pode-se afirmar que os erros verificados quanto aos valores gerados e a evolução

temporal da precipitação decorrem dos erros de posicionamento dos sistemas e seu

deslocamento observado nas simulações. Diante dos resultados, ficou evidente a

dificuldade do modelo em representar este caso de formação convectiva isolada. Não se

pode apontar o esquema explícito que tenha produzido melhores resultados, pois o

evento não foi bem representado em nenhum domínio, para as quatro simulações.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

(i)

(j)

(l)

(m)

(n)

(o)

(p)

Figura 6.4 - Campos de precipitação simulada (de “d” a “p”, mm) e estimada pelo TRMM (de

“a” a “c”) para as 06UTC (esquerda), 15UTC (centro) e 18UTC (direita) de

30/07/08. Cada uma das colunas, a contar da esquerda, refere-se a campos cujos

domínios são de 27, 9 e 3 km de espaçamento de grade, respectivamente. Cada

uma das linhas, a contar da segunda na descendente, refere-se a um esquema

explícito, conforme a seguinte ordem: Warm Rain, Simple Ice, Reisner e Schultz.

6.1.1.3 Eventos de precipitação ocorridos no dia 12/03/09

As séries de precipitação observada para este dia alcançaram 25,8 mm para o CLA, 10,0

mm para SLZ, 112,8 mm para o modelo Hidroestimador e 38,7 mm para o TRMM.

Esses totais referem-se aos dois eventos de convecção (um noturno, outro diurno) que

atingiram o CLA. Quanto às simulações, nenhuma foi capaz de prever adequadamente a

quantidade de precipitação para a região do CLA neste caso (Figura 6.5). As simulações

não conseguiram ilustrar com clareza os dois grupos de precipitação das séries

observadas, especialmente para os domínios de 27 e 9 km de resolução. Aparentemente,

as séries representadas pelos valores simulados com o esquema SI, para a grade de 3 km

e pelo RE para o domínio de 9 km (Figura 6.5b-c) mostram alguma similaridade com a

série observada. As séries os três domínios foram mais similares nas simulações com o

esquema WR (Figura 6.5a).

(a)

Série de Precipitação para o dia 12/03/09 - WR

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

(b)

Série de Precipitação para o dia 12/03/09 - SI

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

(c)

Série de Precipitação para o dia 12/03/09 - RE

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

(d)

Série de Precipitação para o dia 12/03/09 - SC

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

Figura 6.5 - Comparação entre os valores horários (UTC) de precipitação para a região do CLA

para o dia 12/03/09. As barras referem-se aos valores de precipitação registrada no

CLA (REG), de precipitação média estimada pelo Hidroestimador (HIDRO) e pelo

satélite TRMM (TRMM). As linhas referem-se aos valores médios simulados nos

domínios de 27, 9 e 3 km de resolução. Os gráficos “a”, “b”, “c” e “d” referem-se,

aos esquemas Warm Rain, Simple Ice, Reisner e Schultz, nesta ordem. Precipitação

(mm/h) em escala logarítmica.

A Tabela 6.3 mostra os valores totais de precipitação simulada para os três domínios.

No geral, ao se comparar os valores simulados e observados, nota-se que ocorre

subestimativa de precipitação, especialmente para a grade de 3 km de resolução. Quanto

aos totais simulados, os esquemas WR e SC geraram resultados mais similares aos

observados, seguido pelos esquemas SI e RE. Constata-se ainda os baixos resultados

obtidos com o domínio 3, especialmente para o esquema RE. Exceto para o WR (0,4

mm), todos os outros esquemas não foram capazes de simular precipitação não-

convectiva para a região delimitada para este estudo.

Tabela 6.3 - Precipitação Convectiva (PC), Não-Conve

ctiva (PNC) e Total (TT) simulada

obtida para o dia 12/03/09 para a região do CLA com o uso dos esquemas Warm

Rain (WR), Simple Ice (SI), Reisner (RE) e Schultz (SC). Unidade de

precipitação: mm/dia.

Precipitação Convectiva, Não Convectiva e Total Simulada (mm/dia)

Esquemas WR SI RE SC

Resolução

PC PNC TT PC PNC TT PC PNC TT PC PNC TT

27 km

21.9 0 21.9 18.9 0 18.9 23.1 0 23.1 29.2 0 29.2

09 km

31.5 0 31.5 20 0 20.2 13 0 13 33.6 0 33.6

03 km

10 0.4 10.4 4.3 0 4.3 1.7 0 1.7 6.8 0 6.8

Nota-se nos campos de precipitação simulada para o domínio 1 (Figura 6.6) uma área de

chuva que se estende desde a costa leste do Maranhão até o leste do Ceará, com

prolongamentos continente adentro, gerada erroneamente pelos 4 esquemas às 02 UTC.

Outra região de precipitação não-observada foi simulada em forma de linha desde o

noroeste do Maranhão até a Ilha de Marajó. Também são notadas diferenças quanto à

distribuição espacial das regiões de chuva entre as simulações e os campos observados,

especialmente sobre o continente. Contudo, destaca-se positivamente que todos os

esquemas foram capazes de representar satisfatoriamente as áreas de chuva que se

estendem desde o Piauí, passando pelo interior do Maranhão indo até o Pará.

Quanto ao domínio 2, para o horário das 06 UTC, todos os esquemas foram capazes de

simular as áreas de precipitação sobre o CLA e suas adjacências. Contudo, diferenças

quanto ao posicionamento, extensão e disposição espacial dessas áreas são evidentes.

Enquanto os esquemas WR e SI (Figuras 6.6e-h) mostram claramente uma separação

espacial entre uma área de precipitação que envolve o CLA e outra mais ao sul dessa

localidade, os esquemas RE e SC (Figuras 6.6l-o) localizam as duas regiões como uma

só, diferentemente do que se observa no campo de precipitação estimada (Figuras 6.6b).

Nessa resolução, é possível notar que houve ligeira melhora (ruptura e

enfraquecimento) na representação da área de precipitação que se estende pelo noroeste

do Maranhão em direção a Ilha de Marajó com relação ao domínio 1.

Para o mesmo horário as simulações para o domínio 3 não indicam uma melhora na

representação espacial das áreas de precipitação. Enquanto o esquema RE (Figura

6.6m) gera uma área menor e menos intensa de precipitação, o esquema SC (Figura

6.6p) simula uma área mais extensa que os demais. WR (Figura 6.6f) não conseguiu

simular as formações mais ao norte do CLA, enquanto que o esquema SI (Figura 6.6i)

gera áreas de precipitação muito espalhadas.

Para este caso, as maiores diferenças nas características da precipitação fazem

referência à sua representação espacial (intensidade, tamanho e disposição). Isso retrata

a atuação diferenciada de cada esquema de microfísica nos aspectos da

convecção/precipitação simulada. Apesar da magnitude dos erros apresentados nos

resultados das simulações, pode-se considerar aqueles obtidos com o uso do esquema

Simple Ice, especialmente para o domínio de 9 km de resolução espacial, como os que

melhor representaram os eventos de precipitação.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

(i)

(j)

(l)

(m)

(n)

(o)

(p)

Figura 6.6 - Campos de precipitação simulada (“d” a “p”), estimada pelo Hidroestimador (“a” e

“b”) e de refletividade de radar (“c”) para as 02UTC (esquerda), 15UTC (centro) e

18UTC (direita) de 12/03/09. Cada uma das colunas, a contar da esquerda, refere-

se a campos cujos domínios são de 27, 9 e 3 km de espaçamento de grade,

respectivamente. Cada uma das linhas, a contar da segunda na descendente, refere-

se a um esquema explícito, conforme a seguinte ordem: Warm Rain, Simple Ice,

Reisner e Schultz. Os retângulos delimitam as áreas utilizadas para análise.

100

6.1.1.4 Eventos de precipitação ocorridos no dia 26/03/09

As séries de precipitação observada para este dia alcançaram 32,9 mm para o CLA, 0,2

mm para SLZ, 63,5 mm para o modelo Hidroestimador e 5,7 mm para o TRMM. Esses

totais referem-se aos dois eventos de convecção (um noturno, outro diurno) que

atingiram a região de Alcântara. Todas as simulações não representaram adequadamente

a quantidade de precipitação total e sua distribuição horária (Figura 6.7). As simulações

não conseguiram distinguir os dois eventos de precipitação em nenhum dos 3 domínios.

Em geral, as séries de precipitação simulada têm o mesmo comportamento para todos os

esquemas: início nas primeiras horas do dia (entre 01 e 04 UTC), intensificação com

pico à tarde (entre 13 e 16 UTC) para em seguida se dissiparem no início da noite (entre

18 e 21 UTC). As séries para os três domínios foram mais similares (diferentes) nas

simulações com o esquema WR (RE e SC). As séries obtidas para o domínio 3, em

todas as simulações, apresentaram os piores resultados.

(a)

Série de Precipitação para o dia 26/03/09 - WR

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

(b)

Série de Precipitação para o dia 26/03/09 - SI

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

(c)

Série de Precipitação para o dia 26/03/09 - RE

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

(d)

Série de Precipitação para o dia 26/03/09 - SC

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

Figura 6.7 - Comparação entre os valores horários (UTC) de precipitação para o dia 26/03/09.

As barras referem-se aos valores de precipitação registrada no CLA e em SLZ e de

precipitação média estimada pelo Hidroestimador (HIDRO) e pelo satélite TRMM

(TRMM). As linhas referem-se aos valores médios simulados nos domínios de 27,

9 e 3 km de resolução. Os gráficos “a”, “b”, “c” e “d” referem-se, aos esquemas

Warm Rain, Simple Ice, Reisner e Schultz (SC), nesta ordem. Precipitação (mm/h)

em escala logarítmica.

101

Tabela 6.4 - Precipitação Convectiva (PC), Não-Convectiva (PNC) e Total (TT) simulada

obtida para o dia 26/03/09 para a região do CLA com o uso dos esquemas Warm

Rain (WR), Simple Ice (SI), Reisner (RE) e Schultz (SC). Unidade de

precipitação: mm/dia.

Precipitação Convectiva, Não Convectiva e Total Simulada (mm/dia)

Esquemas WR SI RE SC

Resolução

PC PNC TT PC PNC TT PC PNC TT PC PNC TT

27 km

13.1 0 13.1 13.7 0 13.7 7.1 0 7.1 13.8 0 13.8

09 km

17.6 0 17.6 9.5 0 9.5 10.9 0 10.9 18.2 0 18.2

03 km

8.4 1.7 10.1 1.8 0 1.8 1.0 0 1.0 1.2 0 1.2

Principalmente com relação aos valores estimados pelo HIDRO ocorre subestimativa de

precipitação em todos os domínios, especialmente para a grade de resolução horizontal

de 3 km (Tabela 6.4). Neste domínio, os melhores resultados para os totais diários de

precipitação foram obtidos com o esquema WR. Para a região delimitada que abrange o

CLA, houve precipitação de origem não-convectiva apenas para o esquema WR (1,7

mm).

As principais diferenças destacadas nas simulações fazem referência à representação do

tamanho e intensidade das áreas de chuva. Para o horário das 00 UTC do dia 27, todos

os esquemas representam de forma satisfatória o desenvolvimento de uma área de

precipitação em forma de linha observada nos campos de TRMM (Figura 6.8a). As

melhores simulações quanto à morfologia dessa região parecem ter sido alcançadas pelo

esquema SI (Figura 6.8g) e SC (Figura 6.8n), nesta ordem, apesar de grande

similaridade entre as simulações. O esquema RE (Figura 6.8j) fragmentou a região de

precipitação.

Para o domínio 2, o esquema WR (Figura 6.8e) parece levar a uma melhor

representação da distribuição espacial das áreas de precipitação, seguido pelos

esquemas SI e RE (Figura 6.8h e 6.8l, respectivamente). O esquema SC, pelo contrário,

superestimou a extensão das áreas precipitantes. No que concerne à intensidade das

formações, nota-se na Figura 6.8b a existência de núcleos com precipitação acima de 10

mm/h em seu interior (p. ex., a oeste do CLA). Nota-se que os quatro esquemas foram

capazes de gerá-los com intensidade equivalente ao observado.

102

Para o domínio 3, às 15 UTC, exceto para o esquema SC (Figura 6.8p), todos os

esquemas simularam áreas de precipitação em locais onde o radar detectou

nebulosidade, especificamente ao norte e noroeste do CLA. Cabe mencionar que em

WR, SI e RE, as áreas de precipitação são “espalhadas”, o que é semelhante às

observações. Assim como aconteceu para o domínio 2, SC também superestimou a

dimensão da área de precipitação na região ao sul do CLA.

Confrontando os campos da Figura 6.8 referentes aos domínios 1 e 2, é possível dizer

que houve melhora significativa na representatividade das áreas de precipitação com o

aumento da resolução horizontal, especialmente quanto ao detalhamento e

posicionamento dessas áreas. Com base nos erros obtidos nas simulações podem-se

considerar os resultados obtidos com o uso do esquema SC como os piores, seguido

pelo esquema RE e deixando WR e SI num mesmo nível de acerto.

103

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

(i)

(j)

(l)

(m)

(n)

(o)

(p)

Figura 6.8 - Campos de precipitação simulada (de “d” a “p”), estimada pelo TRMM (“a” e “b”)

e de refletividade do radar para as 00UTC de 27/03/09 (esquerda) e 15UTC

(centro e esquerda) de 26/03/09. Cada uma das colunas, a contar da esquerda,

refere-se a campos cujos domínios são de 27, 9 e 3 km de espaçamento de grade,

respectivamente. Cada uma das linhas, a contar da segunda na descendente, refere-

se a um esquema explícito, conforme a seguinte ordem: Warm Rain, Simple Ice,

Reisner e Schultz. Os retângulos delimitam as áreas utilizadas para análise.

104

6.1.2 Síntese dos resultados das simulações do Grupo 1

Caso do dia 18/07/08

1. Todos os esquemas subestimaram a quantidade de precipitação diária, sendo que os

esquemas Simple Ice (SI) e Reisner 2 (RE) foram os que mais se aproximaram dos

valores observados.

2. Quanto ao posicionamento das regiões de precipitação, houve relativa coerência e

uniformidade entre os 3 domínios para todas as simulações

3. As simulações realizadas com os esquemas SI e RE foram as que melhor

representaram o padrão de precipitação no domínio de 3 km de resolução horizontal.

Destacam-se o maior detalhamento das áreas de precipitação e a filtragem de alguns

erros (com relação ao domínio 2) conseguida com o uso destes esquemas.

Caso do dia 30/07/08

1. Nenhuma simulação foi capaz de prever adequadamente a evolução temporal e

quantidade de precipitação para a região do CLA. Todos os esquemas apresentaram

problema de timing, ou seja, anteciparam o início da precipitação. Somente a série

temporal obtida com o esquema Schultz (SC) simulou precipitação para o período em

que foi observada.

2. Em todas as simulações, os domínios 1 e 2 não representaram bem o evento de

precipitação. Para o domínio 3, todas as simulações apresentaram valores de chuva bem

abaixo do observado. Contudo, neste espaçamento de grade (3 km) cabe destacar que

apesar do erro no posicionamento, a extensão (localizada) e a quantidade (pequena) dos

núcleos de chuva foram bem simulados.

3. Ficou evidente a dificuldade do modelo em representar este caso de formação

convectiva isolada. Neste caso, como o evento não foi bem representado em nenhum

domínio, para as quatro simulações, não se pode apontar o esquema explícito que tenha

produzido melhores resultados.

105

Caso do dia 12/03/09

1. Nenhuma simulação foi capaz de prever adequadamente a evolução e a quantidade de

precipitação para a região do CLA.

2. As séries com os valores de precipitação obtidos pelos três domínios foram mais

similares nas simulações com o esquema WR.

3. Ao se comparar os valores simulados e observados verifica-se que ocorre

subestimativa de precipitação, especialmente para a grade de 3 km de resolução

horizontal. Analisando os valores totais simulados é possível afirmar que os esquemas

Warm Rain e Schultz geraram resultados mais similares aos observados.

4. Para este caso, as maiores diferenças nas características da precipitação fazem

referência à sua representação espacial (intensidade, tamanho e disposição).

Considerando a magnitude dos erros destacados, é possível afirmar que aqueles obtidos

com o uso do esquema Simple Ice, especialmente para o domínio de 9 km de resolução

espacial, foram os que melhor representaram os eventos de precipitação.

Caso do dia 26/03/09

1. As simulações não representaram adequadamente a quantidade de precipitação total e

sua distribuição horária para a região do CLA. Os 4 diferentes esquemas explícitos

usados não conseguiram distinguir os dois eventos de precipitação em nenhum dos três

domínios.

2. Ocorre subestimativa de precipitação em todos os domínios, especialmente para a

grade de resolução horizontal de 3 km. Neste domínio, os melhores resultados quanto

aos valores totais diários de precipitação foram obtidos com o esquema WR.

3. Para o domínio 2, o esquema WR parece levar a uma melhor representação da

distribuição espacial das áreas de precipitação, seguido pelos esquemas SI e RE. O

esquema SC, pelo contrário, superestimou a extensão das áreas precipitantes. Os quatro

106

esquemas foram capazes de simular núcleos de precipitação com intensidade

equivalente ao observado.

4. Mediante a significância dos erros observados nas simulações, pode-se classificar os

resultados obtidos com o uso do esquema Schultz como os piores, seguido pelo

esquema Reisner, deixando Warm Rain e Simple Ice num mesmo nível de acerto

Aspectos gerais:

1. As simulações mostraram dificuldade em prever adequadamente tanto o evento de

chuva isolada (caso do dia 30/07/08) como também a evolução temporal dos eventos de

muita precipitação (como os ocorridos nos dias 12 e 26/03/09).

2. Em praticamente todas as simulações, para todos os domínios, ocorre subestimativa

da quantidade diária de precipitação. É possível afirmar que os erros verificados quanto

aos valores gerados decorrem dos erros de posicionamento dos sistemas e seu

deslocamento observado nas simulações.

3. Outro aspecto observado nas simulações foi que a morfologia e distribuição temporal

e espacial da precipitação são praticamente insensíveis ao esquema de microfísica usado

para o domínio de 27 km de resolução espacial. No entanto, as diferenças morfológicas

tornam-se mais evidentes conforme diminui o espaçamento de grade utilizado (9 e 3

km). Constatou-se ainda, em todos os casos, a ocorrência de um problema de timing,

isto é, a convecção antecipa sua formação quando comparada com o observado.

4. Observou-se também que a porção não-convectiva da precipitação aumenta com a

diminuição do espaçamento de grade. Isso retrata a atuação diferenciada de cada

esquema de microfísica nos aspectos da convecção/precipitação simulada.

5. As simulações confirmaram que o uso de esquemas de microfísica mais complexos

em sua formulação (p.ex. Schultz) não garantem melhores simulações de precipitação.

Os resultados mostraram que, apesar de terem gerado erros significativos esquemas

mais simples, como Simple Ice e Warm Rain, apresentaram melhores desempenhos nas

previsões de chuva para a região do CLA.

107

6. Os erros apontados nas simulações não devem ser atribuídos apenas ao uso dos

esquemas de convecção explícita, pois ocorrem erros comuns a todos os esquemas. Tais

discrepâncias podem ter relação com as condições iniciais e de contorno empregadas

(baixa resolução), com o tempo de integração, com a resolução horizontal e vertical dos

domínios, com a escala dos sistemas meteorológicos simulados, etc.

7. Para que se pudesse dar continuidade aos trabalhos, um esquema de microfísica

deveria ser apontado como o de melhor desempenho nas simulações. Os resultados

mostraram uma similaridade considerável entre os esquemas Simple Ice e Reisner.

Então, testes adicionais (não mostrados) foram realizados com o uso de somente estes

esquemas explícitos em grades de mais alta resolução, visando determinar qual deles

seria usado nas simulações do Grupo 2. Os resultados obtidos com o Simple Ice foram

pouco melhores. Sendo assim, considerando também importante a preferência por

esquemas mais simples, o Simple Ice foi apontado como o de melhor desempenho e

usado nas simulações do Grupo 2.

108

6.1.3 Análise das simulações do Grupo 2

As simulações do Grupo 2 (G2) foram realizadas da seguinte forma: para cada caso de

precipitação, realizaram-se 2 novas rodadas com as mesmas características usadas nas

simulações do G1, somente com o esquema Simple Ice. A diferença está relacionada ao

uso ou não do esquema implícito KF2 nos domínios 2 e 3. As simulações do G2 foram

assim caracterizadas: SI1, na qual se usou esquemas implícito e explícito no D2 e

somente explícito no D3; SI2, na qual se usou somente esquema explícito no D2 e D3.

Para esse estudo, as simulações do Grupo 1 realizadas com o esquema Simple Ice, que

empregaram a aproximação híbrida nos 3 domínios, foram denominadas de SI (Tabela

6.5).

abela 6.5 - Desenho das simulações do Grupo 1 (G1) e 2 (G2) com relação ao uso dos

esquemas de convecção explícita (EE) e implícita (EI) nos espaçamentos de

grade de 27, 9 e 3 km.

Simulações

Grupo 1 Grupo 2

Espaçamento de

grade

SI SI1 SI2

27 km EI e EE EI e EE EI e EE

09 km EI e EE EI e EE EE

03 km EI e EE EE EE

6.1.3.1 Eventos de precipitação ocorridos no dia 18/07/08

As séries de precipitação geradas pelas simulações do G2 são bastante similares a do

G1, e com isso não resultaram em melhores representações (Figura 6.9). Quanto aos

valores totais simulados no domínio 3, obteve-se similaridade entre as simulações: 19,5

mm para SI1 e 13,2 mm para SI2, contra 14,6 mm de precipitação não-convectiva

simulada pela SI). Contudo esses valores são menores quando comparados com a

precipitação total gerada pela SI (26,6 mm). Quanto à grade de 9 km de resolução, o

resultado também não mostrou melhoras: enquanto somente SI2 gerou precipitação para

a área do CLA (2,0 mm), SI havia obtido valores bem mais expressivos (5,2 mm de

PNC e 21,7 mm no total). Assim, em termos de magnitude de precipitação, pode-se

dizer que não se alcançaram resultados melhores com as simulações do G2.

109

Série de Precipitação Simulada para o dia 18/07/08 - SI/SI1/SI2

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM SI1-3km SI2-3km SI-3km

Figura 6.9 - Comparação entre os valores horários (UTC) de precipitação para a região do CLA

para o dia 18/07/08. As barras referem-se aos valores de precipitação registrada no

CLA e em SLZ, de precipitação média estimada pelo Hidroestimador (HIDRO) e

pelo satélite TRMM (TRMM). As linhas referem-se aos valores médios obtidos no

domínio de 3km com as simulações SI, SI1 e SI2. Precipitação (mm/h) em escala

logarítmica.

Nota-se na Figuras 6.10 que a simulação SI2 (somente esquema explícito no domínio 2)

não foi capaz de eliminar o erro mostrado nas demais simulações (área de precipitação

ao sul do CLA dentro da região delimitada). Para o mesmo horário, nota-se que a

simulação SI2 (Figura 6.10d) gera áreas de precipitação coincidentes com aquelas

obtidas com a parte não-convectiva da chuva na simulação SI (Figura 6.10b), porém

com maior intensidade. Da mesma forma, em outro horário (15 UTC) observa-se a

mesma similaridade (Figuras 6.10f a 6.10h).

Outro aspecto notado foi a geração de núcleos de precipitação não-convectiva

praticamente com posição, tamanho e intensidade semelhantes em todas as simulações

para este horário (áreas em formato circular com alta taxa de precipitação dentro da

região delimitada nos mapas). A despeito da intensidade, SI2 parece apresentar a

melhor representação das áreas de chuva para este horário. Às 21 UTC nota-se o mesmo

aspecto observado às 15 UTC. SI2 foi capaz de gerar precipitação na região à noroeste

do CLA, porém não fez o mesmo na região à sudeste da mesma localidade (Figura

6.10m). Contudo esta simulação, para os 3 horários analisados, corrige o erro apontado

nos campos da SI ao não representar a área de chuva que se estende na costa do

continente (Figura 6.10b, 6.10f e 6.10j).

110

Para a grade de 3 km, às 06 UTC, SI2 apresentou a pior representação das áreas de

chuva (Figuras 6.11a a 6.11e). A SI1 apresenta uma configuração muito similar à

gerada pela precipitação não-convectiva da simulação SI. Apesar dos erros de

posicionamento retratados pelas simulações SI (parte não-convectiva) e SI1, estas foram

as que melhor simularam chuva para este horário. Para as 21 UTC, nota-se que,

enquanto a SI2 (Figura 6.11p) representou isoladamente a área de chuva na região

delimitada na Figura 6.11l, as demais simulações a representaram (equivocadamente)

como uma extensão da área de precipitação que se observa ao norte do CLA (Figura

6.11m, 6.11n e 6.11o).

Quanto à evolução temporal da precipitação, o uso de esquemas explícitos nos

espaçamentos de grade de 9 e 3 km não foi suficiente para corrigir as discrepâncias

observadas na simulação anterior (que empregou aproximação híbrida). Mesmo assim,

para este caso, a melhor representação das características da precipitação parece ter sido

realizada pela simulação SI2.

111

(a)

(e)

(i)

(b)

(f)

(j)

(c)

(g)

(l)

(d)

(h)

(m)

Figura 6.10 - Campos de precipitação estimada pelo TRMM (“a”, “e” e “i”) e simulada no

domínio de resolução horizontal 09 km para o dia 18/07/08, em mm/h. As colunas

da esquerda para a direita referem-se, cada uma, aos horários das 06, 15 e 21

UTC, nesta ordem. Os campos “b”, “f”, e “j” referem-se a simulações SI. Os

campos “c”, “g” e “l” referem-se a simulações SI PNC. Os campos “d”, “h” e “m”

referem-se a simulações SI2. Retângulos delimitam as áreas analisadas.

112

(a)

(f)

(l)

(b)

(g)

(m)

(c)

(h)

(n)

(d)

(i)

(o)

(e)

(j)

(p)

Figura 6.11 - Campos de precipitação estimada pelo Hidroestimador (“a”) e pelo TRMM (“f” e

“l”) e simulada no domínio de resolução horizontal 03 km para o dia 18/07/08, em

mm/h. As colunas da esquerda para a direita referem-se, cada uma, aos horários

das 06, 15 e 21 UTC, nesta ordem. Os campos “b”, “g”, e “m” referem-se a

simulações SI. Os campos “c”, “h” e “n” referem-se a simulações SI PNC. Os

campos “d”, “i” e “o” referem-se a simulações SI1. Os campos “e”, “j” e “p”

referem-se a simulações SI2. Retângulos delimitam as áreas analisadas.

113

6.1.3.2 Eventos de precipitação ocorridos no dia 30/07/08

A evolução temporal de precipitação referente à SI2 é bastante similar ao

comportamento apresentado pela simulação anterior SI (no qual ocorrem aparentemente

dois eventos de chuva), porém com valores horários mais elevados (Figura 6.12). Já a

simulação SI1 (Simple Ice isoladamente somente no domínio de 3km de resolução), a

série apresentou apenas um intervalo de precipitação. As simulações do Grupo 2, além

de anteciparem o início da chuva na região do CLA, também não a representaram no

período de sua ocorrência (entre 15 e 19 UTC). Quanto aos valores totais simulados na

grade de 3 km, obteve-se melhor resultado com a SI2, a qual gerou 8,4 mm de

precipitação não-convectiva na região do CLA (contra 0,9 mm para SI1 e 3,4 mm

obtidos pela SI). Quanto domínio 2, apesar da simulação SI2 ter gerado maior valor de

chuva que os valores de precipitação não-convectiva obtidos pela SI (1,2 mm contra 0,2

mm), esse valor ainda está bem abaixo do valor total (parte convectiva mais a não-

convectiva) simulada por SI (10,2 mm). Em termos de magnitude de precipitação, pode-

se dizer que a SI2 melhorou os resultados obtidos anteriormente para a o domínio 3,

mas não obteve o mesmo efeito com o domínio 2.

Série de Precipitação Simulada para o dia 30/07/08 - SI/SI1/SI2

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM SI1-3km SI2-3km SI-3km

Figura 6.12 - Comparação entre os valores horários (UTC) de precipitação para a região do

CLA para o dia 30/07/08. As barras referem-se aos valores de precipitação

registrada no CLA e em SLZ, de precipitação média estimada pelo

Hidroestimador (HIDRO) e pelo satélite TRMM (TRMM). As linhas referem-se

aos valores médios obtidos no domínio de 3km com as simulações SI, SI1 e SI2.

Precipitação (mm/h) em escala logarítmica.

precipitação que atingiu a região do CLA, não foi bem representada nos domínio 2 e

3 em nenhuma das simulações (Figuras 6.13 e 6.14). Quanto à evolução temporal, as

114

simulações adiantaram o surgimento da área de chuva em pelo menos três horas sobre

uma região que não corresponde ao observado (erro de posicionamento). Uma melhoria

na representação da precipitação conseguida com a SI2 foi o refinamento da região de

chuva ao eliminar a “linha” de precipitação que se observa em SI (Figura 6.13b e 6.13f).

Importante citar que o núcleo isolado de chuva foi bem representado em SI2; o erro,

neste caso, foi de posicionamento e timing. Para o domínio 3, verificam-se os mesmos

erros referentes a evolução das áreas de precipitação, porém com maior detalhamento

espacial das mesmas. Quanto à intensidade da precipitação, nota-se que todas as

simulações geraram núcleos com taxa de chuva bem acima do observado (Figura 6.14f,

6.14g, 6.14h, 6.14i e 6.14j). Assim sendo, para este caso, a estratégia de optar pelo uso

de somente esquemas explícitos nos domínios 2 e 3 não foi suficiente para alcançar

melhores resultados.

115

(a)

(e)

(i)

(b)

(f)

(j)

(c)

(g)

(l)

(d)

(h)

(m)

Figura 6.13 - Campos de precipitação estimada pelo modelo Hidroestimador (“a”, “e” e “i”) e

simulada no domínio de resolução horizontal 09km para o dia 30/07/08, em

mm/h. As colunas da esquerda para a direita referem-se, cada uma, aos horários

das 12, 15 e 1800UTC, nesta ordem. Os campos “b”, “f”, e “j” referem-se a

simulações SI. Os campos “c”, “g” e “l” referem-se a simulações SI PNC. Os

campos “d”, “h” e “m” referem-se a simulações SI2. Retângulos delimitam as

áreas analisadas.

116

(a)

(f)

(l)

(b)

(g)

(m)

(c)

(h)

(n)

(d)

(i)

(o)

(e)

(j)

(p)

Figura 6.14 - Campos de precipitação estimada pelo TRMM (“a”, “f” e “l”) e simulada no

domínio de 03km para o dia 30/07/08, em mm/h. As colunas da esquerda para a

direita referem-se, cada uma, aos horários das 12, 15 e 18UTC. Os campos “b”,

“g”, e “m” referem-se a simulações SI. Os campos “c”, “h” e “n” referem-se a

simulações SI PNC. Os campos “d”, “i” e “o” referem-se a simulações SI1. Os

campos “e”, “j” e “p” referem-se a simulações SI2.

117

6.1.3.3 Eventos de precipitação ocorridos no dia 12/03/09

Existem acentuadas diferenças entre as séries temporais de precipitação referentes às

simulações SI, SI1 e SI2, para o domínio 3 (Figura 6.15). Enquanto as séries formadas

pelos dados observados (barras) apontam chuva em praticamente todos os horários para

a região do CLA, com picos no período da manhã e ao anoitecer, as séries de

precipitação simulada, especialmente as do Grupo 2 (SI1 e SI2) mostram

comportamentos que pouco retratam as observações. No caso da SI1, a série de

precipitação ficou restrita a alguns horários (3); na simulação SI2, a série mostra a

ocorrência de 3 períodos de chuva, porém, assim como foi verificado em SI, todas as

rodadas geram valores baixos de precipitação horária quando comparados aos valores

observados.

Série de Precipitação Simulada para o dia 12/03/09 - SI/SI1/SI2

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM SI1-3km SI2-3km SI-3km

Figura 6.15 - Comparação entre os valores horários (UTC) de precipitação para a região do

CLA para o dia 12/03/09. As barras referem-se aos valores de precipitação

registrada no CLA e em SLZ, de precipitação média estimada pelo

Hidroestimador (HIDRO) e pelo satélite TRMM (TRMM). As linhas referem-se

aos valores médios obtidos no domínio de 3km com as simulações SI, SI1 e SI2.

Precipitação (mm/h) em escala logarítmica.

Quanto aos valores totais simulados no domínio 3, melhor resultado foi alcançado com

a SI2, a qual gerou 5,0 mm de precipitação não convectiva na região do CLA contra 0,6

mm para SI1 e 4,3 mm de precipitação total (neste caso, apenas convectiva) obtidos

pela SI. Quanto ao domínio 2, a simulação SI2 não foi capaz de gerar precipitação para

a região do CLA (SI havia simulado 25,8 mm). Portanto, com respeito à série temporal

e magnitude da precipitação, pode-se dizer que a SI2 melhorou os resultados obtidos

anteriormente para o domínio 3, não obtendo a mesma resposta com o domínio 2. A

118

simulação SI1, a qual empregou somente o esquema Simple Ice no domínio 3,

apresentou os piores resultados.

Para os horários dos campos selecionados da Figura 6.16, SI2 melhorou

significativamente a representação espacial das áreas de chuva para o domínio 2 com

relação à simulação de precipitação não-convectiva que empregou esquemas implícito e

explícito nos 3 domínios (SIPNC). Contudo, isso não se aplica totalmente quando se

comparam SI e SI2, pois ocorrem diferenças acentuadas no posicionamento das áreas de

precipitação, especialmente nos dois primeiros horários (06 e 18 UTC). Os campos

simulados por SI2 (SI) mostram áreas mais concentradas (extensas) de precipitação

mais (menos) intensa. Especificamente para o horário das 18 UTC verifica-se uma

representação mais adequada e próxima do observado (Figura 6.16e) no campo de

precipitação simulado por SI2 (Figura 6.16h), pois enquanto SIPNC (Figura 6.16g)

praticamente não gerou precipitação em todo o campo, SI ao contrário, simulou

(incorretamente) chuva em quase toda a extensão continental do mapa (Figura 6.16f).

Para as 00 UTC do dia 13, é possível dizer que as áreas de chuva destacadas na Figura

6.16i (concentradas mais a leste e sudeste do CLA) foram mais bem representadas pela

simulação SI2 (Figura 6.16m), seguida pelo campo gerado por SIPNC (Figura 6.16l).

Em SI (Figura 6.16j) nota-se que ocorre um prolongamento dessas regiões

(equivocadamente) no sentido sudeste/noroeste em direção ao Pará.

Quanto à disposição espacial no domínio 3 (Figura 6.17), fica claro, neste caso, que as

simulações que utilizaram somente esquemas explícitos neste espaçamento de grade

(SI1 e SI2, campos da 4° e 5° linha da Figura 6.18, respectivamente) apresentaram

melhores resultados. Assim como se verificou no domínio 2, o uso de esquema

implícito na grade de resolução 3 km (SI) gera áreas muito espalhadas e menos intensas

de precipitação (Figuras 6.17b e 6.17g). Quando à parte não-convectiva da precipitação

obtida em SI (SIPNC), praticamente não foi simulada chuva para estes horários (exceto

para o campo da Figura 6.17n). Especificamente para as 12 UTC, a região de chuva

sobre o CLA que se observa na Figura 6.17f, mesmo com pequenas diferenças no

tamanho e intensidade, foi bem representada pelas simulações SI2 e SI1, nesta ordem.

Às 00 UTC do dia 13, todas as simulações aqui comparadas representaram a área de

precipitação que se posiciona mais a sudeste do CLA (aproximadamente sobre SLZ),

119

mesmo com diferentes intensidades. No entanto, SI e especialmente SI2, simularam

(erroneamente) áreas de chuva ao redor do CLA.

Sobre a evolução temporal das formações de precipitação que se observaram sobre a

região do CLA, é possível afirmar que as simulações do Grupo 2 apresentaram o mesmo

comportamento verificado em SI, havendo pequenas diferenças especificamente no

início e fim do período de simulação analisado. As maiores discrepâncias referem-se ao

posicionamento e intensidade das regiões de chuva.

Assim, por meio da análise dos campos de precipitação obtidos no domínio 2, pode-se

dizer que não ficou evidente a ocorrência de melhores resultados com o emprego de

somente esquema explícito nesta resolução; para o domínio 3, SI1 e SI2 melhoraram a

representação da precipitação.

120

(a)

(e)

(i)

(b)

(f)

(j)

(c)

(g)

(l)

(d)

(h)

(m)

Figura 6.16 - Campos de precipitação estimada pelo modelo Hidroestimador (“a”, “e” e “i”) e

simulada no domínio de resolução horizontal 09 km para o dia 12 e 13/03/09, em

mm/h. As colunas da esquerda para a direita referem-se, cada uma, aos horários

das 06, 18 e 00UTC (dia 13), nesta ordem. Os campos “b”, “f”, e “j” referem-se a

simulações SI. Os campos “c”, “g” e “l” referem-se a simulações SI PNC. Os

campos “d”, “h” e “m” referem-se a simulações SI2. Os retângulos delimitam as

áreas utilizadas para análise.

121

(a)

(f)

(l)

(b)

(g)

(m)

(c)

(h)

(n)

(d)

(i)

(o)

(e)

(j)

(p)

Figura 6.17 - Campos de precipitação estimada pelo Hidroestimador (“a”, “f” e “l”) e simulada

no domínio de resolução horizontal 03 km para o dia 12 e 13/03/09, em mm/h. As

colunas da esquerda para a direita referem-se, cada uma, aos horários das 06, 12 e

00UTC (dia 13), nesta ordem. Os campos “b”, “g”, e “m” referem-se a simulações

SI. Os campos “c”, “h” e “n” referem-se a simulações SI PNC. Os campos “d”,

“i” e “o” referem-se a simulações SI1. Os campos “e”, “j” e “p” referem-se a

simulações SI2. Os retângulos delimitam as áreas utilizadas para análise.

122

6.1.3.4 Eventos de precipitação ocorridos no dia 26/03/09

As séries de precipitação para o domínio 3 referentes às simulações do Grupo 2 (SI1 e

SI2) não trouxeram melhorias quando comparadas com a simulação SI, a qual também

não retrata as séries de precipitação observada (Figura 6.18). Quanto aos valores totais

simulados para este domínio, a SI2 gerou apenas 0,4 mm de precipitação não-

convectiva na região do CLA contra nenhuma para SI1 e 1,8 mm de precipitação total

(neste caso, apenas convectiva) obtidos pela SI. Quanto ao domínio 2, a simulação SI2

não foi capaz de gerar precipitação para a região do CLA (SI havia simulado 9,5 mm).

No que diz respeito à série temporal e magnitude da precipitação, pode-se dizer que

tanto SI1 quanto SI2 obtiveram resultados piores que os anteriores (obtidos por SI),

especialmente para o domínio 2.

Série de Precipitação Simulada para o dia 26/03/09 - SI/SI1/SI2

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm)

CLA SLZ HIDRO TRMM SI1-3km SI2-3km SI-3km

Figura 6.18 - Comparação entre os valores horários (UTC) de precipitação para a região do

CLA para o dia 26/03/09. As barras referem-se aos valores de precipitação

registrada no CLA e em SLZ, de precipitação média estimada pelo

Hidroestimador (HIDRO) e pelo satélite TRMM (TRMM). As linhas referem-se

aos valores médios obtidos no domínio de 3km com as simulações SI, SI1 e SI2.

Precipitação (mm/h) em escala logarítmica.

Para o domínio 2, embora a SI apresente erros de posicionamento e evolução temporal

das áreas de precipitação, esta simulação representou mais adequadamente tais áreas

quando comparadas com a simulação SI2 (Figura 6.19). Esta última, por sua vez, não ou

muito pouco localizou chuva na extensão deste domínio, exceção feita para o horário

das 00 UTC do dia 27. Aliás, neste horário, houve a melhor representação feita por

parte de SI2, quando simulou precipitação numa região deslocada mais ao sul quando

comparada com o observado. De fato, para os horários analisados, as áreas de chuva

123

mais próximas ao CLA, especialmente para as 12 e 15 UTC (Figura 6.19a e 6.19e)

foram mais bem localizadas em SI (Figura 6.19b e 6.19f). Ficou evidente, neste caso,

que somente a obtenção de precipitação não-convectiva (ou o emprego de apenas

esquemas explícitos) não foi suficiente para simular os campos de precipitação

observada para o domínio 2, tanto em SI1 quanto em SI2, sendo necessário considerar a

precipitação oriunda do esquema implícito. A precipitação não-convectiva em SI

(SIPNC, Figuras 6.19c, 6.19g e 6.19l) e SI2 (Figuras 6.19d, 6.19h e 6.19m) apresentam

erros de posicionamento e principalmente de evolução temporal das áreas de chuva.

Nota-se que, para um mesmo dia ou duração de um evento de chuva, o uso de somente

esquemas explícitos apresenta bons (00 UTC) e maus resultados (p. ex. 12 e 15 UTC).

Para o domínio 3, as áreas de chuva não foram bem simuladas tanto no posicionamento

quanto na evolução temporal, em todas as simulações (Figura 6.20). Ao contrário do

que ocorreu no domínio 2, desta vez a SI não apresentou boas representações. A

simulação SI1, para os três horários analisados, gerou os piores resultados.

Aparentemente, SI2 corrige alguns erros verificados em SI1 (Figura 6.20j) onde áreas

de chuva observadas aproximadamente a leste do CLA (Figura 6.20f) são

acertadamente simuladas. Também para este domínio, nenhuma simulação foi capaz de

localizar a área de precipitação que se observa sobre o CLA (Figura 6.20l).

Para este caso, o uso de somente esquemas de microfísica (Simple Ice) nas grades de

resolução horizontal 9 e 3 km não trouxe melhores resultados na representação das áreas

de precipitação.

124

(a)

(e)

(i)

(b)

(f)

(j)

(c)

(g)

(l)

(d)

(h)

(m)

Figura 6.19 - Campos de precipitação estimada pelo modelo TRMM (“a”, “e” e “i”) e simulada

no domínio de resolução horizontal 09 km para o dia 26 e 27/03/09, em mm/h. As

colunas da esquerda para a direita referem-se, cada uma, aos horários das 12, 15 e

00 UTC (dia 27), nesta ordem. Os campos “b”, “f”, e “j” referem-se a simulações

SI. Os campos “c”, “g” e “l” referem-se a simulações SI PNC. Os campos “d”,

“h” e “m” referem-se a simulações SI2. Os retângulos delimitam as áreas

utilizadas para análise.

125

(a)

(f)

(l)

(b)

(g)

(m)

(c)

(h)

(n)

(d)

(i)

(o)

(e)

(j)

(p)

Figura 6.20 - Campos de precipitação estimada pelo Hidroestimador (“a”, “f” e “l”) e simulada

no domínio de resolução horizontal 03 km para o dia 26 e 27/03/09, em mm/h. As

colunas da esquerda para a direita referem-se, cada uma, aos horários das 12, 15 e

00 UTC (dia 27), nesta ordem. Os campos “b”, “g”, e “m” referem-se a

simulações SI. Os campos “c”, “h” e “n” referem-se a simulações SI PNC. Os

campos “d”, “i” e “o” referem-se a simulações SI1. Os campos “e”, “j” e “p”

referem-se a simulações SI2. Retângulos delimitam as áreas analisadas.

126

6.1.4 Síntese dos resultados das simulações do Grupo 2

1. Sobre a evolução temporal das formações de precipitação que se observaram sobre a

região do CLA, é possível afirmar que as simulações do Grupo 2 apresentaram o mesmo

comportamento verificado nas simulações do Grupo 1, destacando-se pequenas

diferenças no início e fim do período de simulação analisado. Ressalta-se que as

maiores discrepâncias referem-se ao posicionamento e intensidade das regiões de chuva.

2. Quanto aos aspectos morfológicos da precipitação simulada, observa-se que enquanto

a chuva gerada pelos esquemas implícitos (convectiva) é menos intensa em sua

magnitude e cobre áreas maiores, a precipitação chamada de não-convectiva (produzida

pelos esquemas de microfísica) é mais intensa e mais concentrada no espaço. Esse

aspecto é a principal diferença que se observa entre as simulações que empregam

somente esquemas explícitos e aquelas que se valem de esquemas implícitos e

explícitos.

3. Por meio da análise dos campos de precipitação obtidos no domínio 2, pode-se dizer

que não se obteve resultados expressivos com o emprego de somente esquema explícito

nesta resolução.

4. Contudo, essa conclusão não se aplica ao domínio 3, nos quais se obteve melhores

representações com as simulações que empregaram somente esquemas explícitos nos

domínios de 9 e 3 km de resolução horizontal (SI2, Grupo 2).

5. Em resumo, quando se pretende focar apenas no domínio 3, pode-se afirmar que são

obtidos melhores resultados quando se aplicam somente esquemas explícitos nos

domínios de 9 e 3 km de resolução horizontal. Por outro lado, quando se foca o domínio

2, a não utilização de esquemas implícitos não é garantia de melhores resultados

(esperado, por se tratar de um espaçamento de grade para o qual não está estabelecido a

relação mais adequada quanto ao uso ou não de tais esquemas). Essa incerteza vem ao

encontro do propósito a que se refere às simulações realizadas com o MM5 executado

no ICEA: testar o uso de somente esquemas explícitos numa grade de resolução

horizontal 12 km para um período mais longo.

127

6.2 Simulações realizadas com o modelo MM5 instalado no ICEA

Nesta seção, faz-se uma análise dos aspectos das simulações realizadas com o modelo

MM5 instalado no ICEA.

6.2.1 Precipitação observada na região do NEB durante março de 2009

Com base nas informações do Boletim Climanálise Vol. 24, n° 3, disponibilizado pelo

CPTEC/INPE (http://climanalise.cptec.inpe.br/), descreve-se, a seguir, uma síntese dos

principais aspectos da precipitação que ocorreram na região do NEB durante o mês de

março de 2009.

(a)

(b)

Figura 6.21 - Precipitação (mm) observada em todo o Brasil e os desvios em relação aos valores

médios históricos para março de 2009. Fonte: http://climanalise.cptec.inpe.br/.

A Figura 6.21 mostra a precipitação observada em todo o Brasil e os desvios em relação

aos valores médios históricos. Conforme a Figura 6.21a, os maiores acumulados de

precipitação ocorreram nas Regiões Norte e no norte do Nordeste do Brasil. A

proximidade da ITCZ junto à costa nordeste da América do Sul e a formação de LI’s

foram os principais mecanismos que favoreceram as chuvas no nordeste do Pará,

incluindo a Ilha de Marajó, e no noroeste do Maranhão, regiões em que os totais

mensais excederam 500 mm. As LI’s estiveram mais bem caracterizadas em 14 dias do

mês, atuando principalmente entre o Amapá e o norte do NEB. Especificamente no

interior e na parte leste do Nordeste, a atuação dos VCAN’s (em especial entre o

período de 18 a 23 de março) inibiu a ocorrência das chuvas, fazendo com que os totais

mensais ficassem até 100 mm abaixo da média climatológica (Figura 6.21b).

128

6.2.2 Análise das simulações

Para a análise dos resultados das simulações, foram obtidos valores médios de

precipitação sobre uma área pertencente ao domínio 2. A área se estende de 5° a 7°S de

latitude e de 34° a 36°W de longitude (Figura 6.22). Esta área apresenta algumas

características similares às da região do CLA, tais como posicionamento geográfico,

porção de terra e mar e influência de alguns sistemas meteorológicos como ITCZ e

Sistemas Convectivos de Mesoescala, por exemplo.

Figura 6.22 - Área delimitada (retângulo no interior do mapa) para obtenção da precipitação

total acumulada (mm) pelo satélite TRMM e pelas simulações ICEA1 e ICEA2.

magnitude e a evolução da curva com os valores diários de precipitação simulada,

para a área delimitada, foram comparadas com os valores de precipitação estimados

pelo satélite TRMM. De forma geral, os valores do TRMM são coerentes com os

representados na Figura 6.21a. Para que se obtivesse o acumulado de 24 h de chuva com

os dados estimados pelo TRMM, estes foram multiplicados por um fator de três (pois

apresentam resolução temporal de três horas). O posicionamento e a intensidade das

regiões de precipitação foram analisados através da comparação entre alguns campos

simulados e estimados em toda a extensão dos domínios 1 e 2. A Tabela 6.6 apresenta

os totais de precipitação simulada e estimada para o mês de março de 2009.

129

Tabela 6.6 - Precipitação estimada pelo satélite TRMM, Precipitação convectiva (PC), Não-

convectiva (PNC) e Total obtidas pelas simulações ICEA1 e ICEA2 para os

domínios de resolução horizontal 36 e 12 km, para o mês de março de 2009.

Valores de precipitação em mm.

ICEA 1 ICEA 2 Espaçamento

de grade

PC PNC Total PC PNC Total

TRMM

36 km 65,8 92,0 157,8 - 209,8 209,8

12 km 66,8 93,6 160,4 - 211,9 211,9

98,9

Pela Tabela 6.6 é possível verificar que o total mensal de precipitação estimada pelo

TRMM (98,9 mm) para a área delimitada foi superestimado, em ambas as simulações,

para os dois domínios. Essa superestimativa é maior em ICEA2 (211,9 mm contra 160,4

mm de ICEA1). O domínio 2 simula praticamente o mesmo total de chuva que o

domínio 1, em ambas as simulações. Além disso, a porção de chuva não-convectiva

(PNC) foi maior que a parte convectiva (PC) em ICEA1. Em ICEA2 não houve PC

dentro da região que é comum aos domínios 1 e 2. Isto está relacionado ao aninhamento

“two way” (bidirecional) usado entre os domínios, pois como as simulações do grupo

ICEA2 não utilizaram esquema implícito de convecção em D2, não houve

“retroalimentação” de informação referente a este esquema de D2 para D1, fazendo com

que o mesmo parecesse estar desligado também em D1. A Figura 6.23 ilustra esta

situação (notar o “vazio” de precipitação na área referente ao domínio 2 na Figura

6.23b).

(a)

(b)

(c)

Figura 6.23 - Campos de precipitação acumulada (mm) para o dia 01/03/09 simulada por

ICEA2. O painel (a) refere-se à precipitação total (convectiva mais não

convectiva) simulada para o domínio 1. (b) refere-se à precipitação convectiva

simulada para o domínio 1. O campo (c) refere-se à precipitação convectiva

simulada para o domínio 2.

130

A Figura 6.24 mostra as séries de precipitação obtidas com as simulações ICEA1 e

ICEA2, e a série de precipitação estimada pelo TRMM, para a área delimitada (Figura

6.23), para o mês de março. Não foi observada chuva para 08 dias do mês (TRMM).

Enquanto ICEA1 simulou precipitação para todos os dias [mesmo produzindo valores

baixos (cerca de 0.1 mm) em alguns deles], ICEA2 não previu precipitação em 9 dias.

Sob este aspecto, ICEA2 melhor representou o número de ocorrências de dias de chuva

para o mês de março sobre a área delimitada.

(a)

Séries de Precipitação Estimada e Simulada para março/09 - Domínio 1

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

DIAS

PRP (mm)

TRMM ICEA1-D1 ICEA2-D1

(b)

Séries de Precipitação Estimada e Simulada para março/09 - Domínio 2

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

DIAS

PRP (mm)

TRMM ICEA1-D2 ICEA2-D2

Figura 6.24 - Séries de precipitação acumulada por dia (mm) para o mês de março de 2009. As

linhas referem-se aos valores obtidos pelas simulações ICEA1 e ICEA2 nos

domínios de resolução horizontal 36 (D1) e 12 km (D2) e estimados pelo satélite

TRMM (TRMM) para a área delimitada em D2. O gráfico “a” (“b”) refere-se às

simulações para D1 (D2). Precipitação em escala logarítmica.

s curvas de precipitação simulada para os dois domínios são bastante similares entre si

e a curva de precipitação estimada, especialmente a partir do início da segunda pêntada.

131

A chuva observada (TRMM) mostra alternância de períodos de chuva e estiagem a

intervalos irregulares. Os maiores valores de precipitação ocorreram entre os dias 12 e

17 e houve estiagem nos períodos compreendidos entre os dias 04 e 05 e entre 09 e 11,

com dias isolados (18, 20 e 27). Os maiores valores diários de precipitação simulada

(tanto ICEA1 quanto ICEA2), na maioria dos casos, coincide com o período de maiores

valores observados. Apesar dos erros em magnitude, a evolução diária da série de

precipitação estimada foi razoavelmente bem representada pelas séries de chuva

simulada, tanto em ICEA1 quanto ICEA2, para os dois domínios.

Para que se pudesse analisar a distribuição espacial e evolução temporal das áreas de

precipitação simulada, alguns campos referentes a horários e dias distintos foram

selecionados de forma subjetiva. Procurou-se apresentar campos que apresentassem

algum aspecto sinótico relevante ou que evidenciasse distintos aspectos entre as

simulações ICEA1 e ICEA2.

Conforme se observa nos painéis da Figura 6.25, pequenas diferenças na disposição

espacial e intensidade das áreas de precipitação foram verificadas entre os campos

simulados (ICEA1 e ICEA2) e estimados (TRMM) para o domínio 1. Para as 03 UTC

do dia 02/03/09, as observações indicam áreas de precipitação de pouca intensidade

espalhadas sobre o oceano próximo à linha do equador, bem como formações de chuva

mais intensa que se estendem desde a costa leste do NEB até o noroeste do Pará,

associadas a Linhas de Instabilidade. Tanto ICEA1 quanto ICEA2 representam bem a

disposição espacial das áreas de chuva, apesar de apresentarem intensidade mais

elevada de algumas formações, especialmente sobre o oceano.

Áreas de precipitação intensa sobre o Maranhão e formações que se estendem sobre o

oeste do Pará, em sentido longitudinal, são observados às 06 UTC do dia 14/03/09

(Figura 6.25d). Notam-se, ainda, áreas de precipitação que se alinham no sentido

NW/SE entre o litoral de São Paulo e sul de Goiás, conseqüência da atuação pouco

intensa de ZCAS sobre a região no período entre 13 e 16 de março (Climanálise Vol.

24, n° 3). Outras áreas mais fragmentadas podem ser observadas sobre o oceano a

noroeste do NEB. Ambas as simulações previram corretamente as áreas de chuva sobre

o Sudeste e Centro-Oeste do Brasil e também sobre o Maranhão (apesar da pouca

intensidade). Contudo não produziram chuva para a região oeste do Pará e

132

representaram formações de chuva de intensidade maior que o observado (neste caso,

principalmente ICEA2) na costa leste do NEB (Figuras 6.25e-f). Novamente, há

simulação de núcleos mais intensos de precipitação sobre o oceano.

No campo de precipitação observada (TRMM) para as 18 UTC do dia 30/03/09 (Figura

6.25g), ocorrem áreas de chuva em grande parte do continente, exceto sobre uma região

que se estende desde a costa sul da Bahia até o Ceará. Destaca-se, ainda, uma grande

banda de precipitação sobre o oceano que se alinha às áreas de chuva sobre o

continente, caracterizando a atuação de ZCAS sobre grande parte do Brasil (Climanálise

Vol. 24, n°3). Apesar dos erros decorrentes da intensidade de algumas áreas,

especialmente sobre o oceano (novamente) e nordeste do Maranhão, a disposição

espacial da precipitação foi bem representada, neste domínio, em ambas as simulações

(Figuras 6.25h-i).

De forma geral, as simulações representaram satisfatoriamente a disposição espacial das

áreas de precipitação para o domínio de resolução horizontal 36 km, situação

considerada necessária para uma boa representatividade nas simulações para o domínio

2. Contudo, discordâncias mais evidentes foram notadas nas simulações para este

domínio, relacionadas especialmente ao uso ou não de esquemas implícitos neste

espaçamento de grade (Figura 6.26).

Os campos de precipitação constantes na Figura 6.27 referem-se aos mesmos horários

dos campos da Figura 6.27. Às 03 UTC de 02/03/09 (Figura 6.26a), há áreas de

precipitação espalhadas pela costa e interior do continente, relativamente mais

concentradas sobre a costa do estado do Rio Grande do Norte (1) e na divisa entre

Pernambuco e Alagoas (2). As simulações não representaram a área (1), mas

representam satisfatoriamente tanto a disposição espacial quanto a intensidade da

precipitação da região (2). Um aspecto negativo presente em ICEA1 e principalmente

em ICEA2 é a presença de núcleos de alta intensidade de chuva (não-convectiva)

posicionados principalmente sobre o oceano.

Áreas de chuva posicionadas sobre o oceano e costa dos estados do Rio Grande do

Norte e Ceará são observadas às 06 UTC de 14/03/09 (Figura 6.26d). Embora ambas as

simulações tenham produzido as áreas de chuva observadas sobre o continente, somente

133

ICEA1 simulou as áreas de chuva observadas sobre o oceano, a nordeste do continente

(apesar da intensidade ter sido superestimada). Na região oceânica a leste da costa,

pequenas áreas de precipitação são observadas; ICEA1 acertou a intensidade (~ 2

mm/h) mas superestimou as áreas, enquanto ICEA2 acertou a extensão das áreas (apesar

do pequeno deslocamento para leste) mas superestimou a intensidade (~25 mm/h).

Às 18 UTC do dia 30/03/09, podem-se observar áreas isoladas e de baixa intensidade de

precipitação sobre o oceano (Figura 6.26g). Tanto ICEA1 quanto ICEA2 (Figuras

6.26h-i) representaram satisfatoriamente esse comportamento (áreas isoladas de chuva),

com a ressalva de que, novamente, a principal diferença entre as simulações esteja

relacionada à intensidade da chuva que simularam.

Conforme analisado nos campos da Figura 6.26, em domínios com espaçamentos de

grade menores, o uso conjunto de esquemas implícito e explícito (estratégia híbrida)

tende a representar bem a intensidade da chuva, mas a superestimar a extensão das áreas

de precipitação; por outro lado, o uso de somente esquemas explícitos tende a limitar

realisticamente a extensão das áreas de chuva em “famílias” de núcleos de precipitação,

mas os núcleos possuem elevada (e não-realista) intensidade, sobretudo em regiões

oceânicas.

Em geral, ambas as simulações foram capazes de representar a disposição espacial das

áreas de chuva observadas. Assim, não se pode afirmar que uma simulação obteve

resultados expressivamente superiores a outra, mas que os aspectos da precipitação

simulada com o modelo MM5 são sensíveis ao uso de somente esquemas de convecção

explícita para espaçamentos de grade menores (neste caso 12 km).

134

(a)

(d) (g)

(b)

(e)

(h)

(c)

(f)

(i)

Figura 6.25 - Campos de precipitação estimada pelo satélite TRMM (“a”, “d” e “g”) e simulada

no domínio de resolução horizontal 36 km, em mm/h. As colunas da esquerda

para a direita referem-se, cada uma, aos horários das 03UTC do dia 02/03/09,

06UTC do dia 14/03/09 e 18UTC do dia 30/03/09, nesta ordem. Os campos “b”,

“e”, e “h” referem-se às simulações ICEA1. Os campos “c”, “f” e “i” referem-se

às simulações ICEA2. Os retângulos delimitam as áreas utilizadas para análise.

135

(a)

(d)

(g)

(b)

(e)

(h)

(c)

(f)

(i)

Figura 6.26 - Campos de precipitação estimada pelo satélite TRMM (“a”, “d” e “g”) e simulada

no domínio de resolução horizontal 12 km, em mm/h. As colunas da esquerda

para a direita referem-se, cada uma, aos horários das 03UTC do dia 02/03/09,

06UTC do dia 14/03/09 e 18UTC do dia 30/03/09, nesta ordem. Os campos “b”,

“e”, e “h” referem-se às simulações ICEA1. Os campos “c”, “f” e “i” referem-se

às simulações ICEA2. Retângulos delimitam as áreas analisadas.

136

6.2.3 Síntese dos resultados das simulações realizadas no ICEA

1. Houve similaridade entre as séries de precipitação simulada para os dois domínios e a

curva de precipitação estimada, embora o total mensal de precipitação acumulada para a

região delimitada para análise é superestimada em ambas a simulações.

2. Em ICEA1, houve maior produção de precipitação não-convectiva. Em ICEA2, não

foi possível obter chuva de origem convectiva na área referente ao domínio 2 devido ao

método de aninhamento usado entre os domínios nas simulações (“two way”).

3. Pequenas diferenças na disposição espacial e intensidade das áreas de precipitação

foram verificadas entre os campos simulados (ICEA1 e ICEA2) e estimados (TRMM)

para o domínio 1.

4. As diferenças entre as simulações tornam-se mais evidentes entre os campos

simulados para o domínio 2. Apesar de ambas as simulações apresentarem erros de

posicionamento das áreas de precipitação, a principal diferença entre o uso de somente

esquemas explícitos e uso de aproximação híbrida está relacionada à intensidade da

precipitação e à extensão das áreas de precipitação.

5. Em domínios com espaçamentos de grade menores, o uso conjunto de esquemas

implícito e explícito tende a representar bem a intensidade da chuva, mas a superestimar

a extensão das áreas de precipitação; por outro lado, o uso de somente esquemas

explícitos tende a limitar realisticamente a extensão das áreas de chuva em “famílias” de

núcleos de precipitação, mas os núcleos possuem elevada (e não-realista) intensidade,

sobretudo em regiões oceânicas.

6. Apesar de verificada sensibilidade das simulações ao uso de somente esquemas

explícitos em espaçamentos de grade menores, as diferenças observadas na disposição

espacial e intensidade das áreas de precipitação simulada não permitiram apontar

superioridade representativa dos resultados de uma simulação sobre a outra.

137

7 CONCLUSÕES

Eventos de precipitação ocorridos sobre a região do Centro de Lançamento de Alcântara

(CLA) foram simulados com o modelo regional MM5. As simulações tiveram como

objetivo verificar se o uso de esquemas de convecção explícita em grades de alta

resolução traria ganhos para a previsão quantitativa de precipitação para esta região.

Utilizando grades aninhadas de 27, 9 e 3 km de resolução horizontal, centradas

aproximadamente sobre o CLA, quatro diferentes esquemas de convecção explícita

(Warm Rain, Simple Ice, Reisner 2 e Schultz) foram utilizados nas simulações, nos três

domínios, visando estabelecer que esquema apontaria melhores resultados. Os testes

mostraram que, em praticamente todas as simulações, para todos os domínios, ocorre

subestimativa da quantidade de precipitação. Outro aspecto observado foi que a

evolução temporal e disposição espacial das áreas de precipitação são praticamente

insensíveis ao esquema de microfísica usado para o domínio de 27 km de resolução

espacial. Contudo a sensibilidade aumenta ao mesmo tempo em que a porção não-

convectiva da precipitação aumenta com a diminuição do espaçamento de grade. As

simulações confirmaram que o uso de esquemas de microfísica mais complexos em sua

formulação (p.ex. Schultz) não garantem melhores simulações de precipitação. Apesar

de ter gerado erros significativos, o esquema Simple Ice (mais simples) apresentou

melhores representações nas simulações.

Definido o esquema explícito de melhores resultados, os eventos de precipitação foram

novamente simulados, com a diferença de que se optou por usar somente esquema

explícito (Simple Ice) nos domínios de 9 e 3 km de resolução. O objetivo era avaliar se

o modelo é capaz de representar realisticamente a precipitação com o uso de somente

esquemas explícitos nas grades de alta resolução. Resultados mostraram que as maiores

discrepâncias observadas entre as simulações que usaram esquemas implícitos e

explícitos nestes domínios e aquelas que só utilizaram esquemas de microfísica referem-

se ao posicionamento e intensidade das regiões de chuva. Pouco se distingue com

relação a evolução temporal das áreas de precipitação. Quanto aos aspectos

morfológicos da precipitação simulada, observou-se que enquanto a chuva gerada pelos

esquemas implícitos (convectiva) é menos intensa em sua magnitude e cobre áreas

maiores, a precipitação chamada de não-convectiva (produzida pelos esquemas de

138

microfísica) é mais intensa e mais concentrada no espaço. Essa é a principal diferença

na precipitação simulada pelos esquemas de convecção explícita e implícita. Por meio

da análise dos campos de precipitação, pode-se dizer que não se obteve resultados

expressivos com o emprego de somente esquema explícito no domínio de 9 km de

resolução. Contudo, quanto ao domínio de 3 km de espaçamento de grade, é possível

afirmar que o mesmo apresentou melhorias expressivas nas simulações de precipitação

quando se empregaram somente esquemas explícitos nos domínios de 9 e 3 km de

resolução espacial.

Com o intuito de verificar se o uso de somente esquemas de convecção explícita em

grades de menor espaçamento levaria a melhores resultados em previsões de

precipitação, considerando um período mais abrangente e o aspecto de aplicabilidade

(em ambientes operacionais), simulações para um período de 1 mês foram executadas

com uma versão operacional do modelo MM5 instalado no ICEA. Para isso foram

utilizados dois domínios aninhados (de resolução espacial 36 e 12 km), centrados

aproximadamente sobre a região Nordeste do Brasil. Tanto as simulações que

empregaram esquemas implícitos e explícitos quanto àquelas que somente utilizaram

esquemas explícitos no domínio de 12 km apresentaram similaridade entre as séries de

precipitação simulada para os dois domínios e a curva de precipitação estimada, embora

tenham superestimado o total mensal de precipitação acumulada para a região

delimitada para análise. Houve maior produção de precipitação não-convectiva nos dois

grupos de simulações. Especialmente nas simulações que empregaram somente

esquemas de convecção explícita, verificou-se que nenhuma chuva de origem

convectiva foi gerada na área delimitada devido à técnica de aninhamento usada entre

os domínios nestas simulações (“two way”). As diferenças entre as simulações são mais

destacadas entre os campos de chuva simulados para o domínio de 12 km. Apesar de

ambas as simulações apresentarem erros de posicionamento das áreas de precipitação, a

principal diferença está relacionada à intensidade da precipitação. As simulações que

empregaram somente esquemas explícitos em espaçamentos de grades menores

produziram núcleos de elevada intensidade de precipitação, sobretudo em regiões

oceânicas, enquanto as simulações que utilizaram aproximação híbrida geraram áreas de

chuva mais espalhadas pelo domínio, porém com intensidade menor. Por fim, os

resultados mostraram que, para este caso, apesar de constatada sensibilidade das

simulações ao uso de somente esquemas explícitos em espaçamentos de grade menores,

139

as diferenças observadas na disposição espacial e intensidade das áreas de precipitação

não foram suficientes para que se apontasse superioridade da qualidade dos resultados

de uma simulação para com a outra.

Espera-se que o presente trabalho tenha contribuído para a realização de melhores

previsões de precipitação para a região do CLA. É importante registrar que os erros

apontados nas simulações não devem ser atribuídos apenas ao uso dos esquemas de

convecção explícita, pois como se viu, ocorrem erros comuns a todos os esquemas. Tais

discrepâncias podem ter relação com o tempo de integração, com a resolução horizontal

e vertical dos domínios, com a escala dos sistemas meteorológicos simulados, com as

condições iniciais e de contorno empregadas, etc. A despeito do uso de condições

iniciais e de contorno de maior resolução espacial, como as utilizadas no modelo

empregado no ICEA, deve-se ressaltar que os aspectos morfológicos dos campos de

precipitação observada foram adequadamente simulados com o uso de maior resolução

das condições iniciais e de fronteira lateral, sugerindo uma tendência para o uso das

mesmas em simulações futuras.

Melhorar os próprios esquemas de convecção explícita através de sua relação com as

demais parametrizações pode ser um caminho. Como sugestão de trabalhos que possam

ser realizados futuramente, indicamos:

1) a realização de simulações com o uso de condições iniciais e de contorno oriundas

de outras fontes e de maior resolução espacial (p. ex., geradas pelo modelo

AVN/NCEP);

2) o estudo comparativo de dados de vento obtidos por radar meteorológico com dados

gerados pelo modelo MM5 em simulações de precipitação, visando analisar a relação da

representatividade do vento com os esquemas de convecção implícita; e

3) a busca de um conhecimento mais aprofundado da elaboração dos esquemas de

convecção explícita, pois geralmente estes são formulados com base nas condições e

nos sistemas meteorológicos que atuam em regiões diferentes da região do CLA,

podendo assim se constituir numa fonte de erros.

140

141

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BARROS, S. S. Precipitação no Centro de Lançamento de Alcântara: aspectos

observacionais e de modelagem. 2008. 112 p. (INPE-15319-TDI/1362). Dissertação

(Mestrado em Meteorologia) - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos

Campos. 2008. Disponível em:<http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-

m18@80/2008/07.11.13.43>. Acesso em: 09 abr. 2010.

BÉLAIR, S.; MAILHOT, J. Impact of resolution on the numerical simulation of a

midlatitude squall-line: implicit versus explicit condensation. Monthly Weather

Review, v. 129, n. 120, p. 2362-2376, 2001.

BONNER, W. D. Climatology of de low jet. Monthly Weather Review, v. 96, n.12, p.

833-850, 1968a.

CANDIDO, L. A. Impacto da condição inicial de água no solo na previsão de verão

da América do Sul. 2002. 224 p. (INPE-10477-TDI/931). Tese (Doutorado em

Meteorologia) - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos. 2002.

Disponível em:<http://urlib.net/sid.inpe.br/jeferson/2004/04.20.10.28

>. Acesso em: 04

jun. 2010.

CARTER, D. J. Verification of MM5 cloud microphysics schemes for East Asia.

77p. Dissertação (Mestrado em Ciências). Department of the Air Force, USAF, Ohio.

2002.

CAVALCANTI, I. F. A. Um estudo sobre interações entre sistemas de circulação de

escala sinótica e circulações locais. 1982. 133 p. (INPE-2494-TDL/097). Dissertação

de Mestrado - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos. 1982.

Disponível em:<http://urlib.net/sid.inpe.br/MTC-m13@80/2005/08.24.13.44

>. Acesso

em: 09 abr. 2010.

CHATTERJEE, P.; PRADHAN, D.; DE, U. K. Simulation of hailstorm event using

mesoscale model MM5 with modified cloud microphysics scheme. Ann Geophys, v.

26, p. 3545-3555, 2008.

COLLE, B. A.; MASS, C. F.; WESTRICK, K. J. MM5 Precipitation verification over

the Pacific Northwest during the 1997-1999 cool seasons. Weather and Forecasting,

v. 15, p. 730-744, 2000.

COLLE, B. A.; MASS, C. F. The 5-9 february 1996 flooding event over the Pacific

Northwest: sensitivity studies and evaluation of the MM5 precipitation forecasts.

Monthly Weather Review, v. 128, p. 593-617, 2000.

COLLE, B. A.; OLSON, J. B.; TONGUE, J. S. Multiseason verification of the MM5.

Part I: comparison with the ETA model over the Central and Eastern United States and

impact of MM5 resolution. Weather and Forecasting, v. 18, p. 431-457, 2003.

COLLE, B. A.; OLSON, J. B.; TONGUE, J. S. Multiseason verification of the MM5.

Part II: Evalution of high-resolution precipitation forecasts over Northeastern United

States. Weather and Forecasting, v. 18, p. 458-479, 2003.

142

CORRÊA, C. S. Estudo estatístico da ocorrência de jatos no perfil vertical do vento

na baixa atmosfera e a sua relação com eventos de intensa precipitação pluvial no

Rio Grande do Sul. 157p. Tese de Doutorado (Recursos Hídricos e Saneamento

Ambiental). Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. 2005.

CRAM, J. M.; PIELKE, R. A.; COTTON, W. R. Numerical simulation and analysis of a

prefrontal squall line. Part II: Propagation of the squall line as an internal gravity wave.

Journal of the Atmospheric Sciences, v. 49, p. 209-225, 1992.

DE SÁ, R. V. Impacto da temperatura da superfície do mar na precipitação

modelada do município do Rio de Janeiro. 55p. Dissertação (Mestrado em

Engenharia Civil). Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro. 2005.

DUDHIA, J. Numerical study of convection observed during the winter monsoon

experiment using a mesoscale two-dimensional model. Journal of the Atmospheric

Sciences, v. 46, n.20, p. 3077-3107, 1989.

Enterprise Electronics Corporation (EEC). DWSR-2001X-SDP Doppler Weather

Surveillance Radar Technical Description. Alabama, US, 2006.

FEINGOLD, G.; WALKO, R. L.; STEVENS, B.; COTTON, W. R. Simulations of

marine stratocumulus using a new microphysical parameterization scheme.

Atmospheric Research, v. 47, p. 505-528, 1998.

FERNANDEZ, J.; MONTAVEZ, J. P.; SAENZ, J.; GONZALEZ-ROUCO, J. F.;

ZORITA, E. Sensitivity of the MM5 mesoscale model to physical parameterizations for

regional climate studies: Annual cycle. Journal of Geophysical Research, v. 112,

2007.

FOVELL, R. G.; SU, H. Impact of cloud microphysics on hurricane track forecasts.

Geophysical Research Letters, v. 34, p. 1-5, 2007.

GASIEWSKI, A. J.; JACKSON, G. M. S.; WANG, J. R. Influence of microphysical

cloud parameterizations on microwave brightness temperatures. IEEE Transactions on

Geoscience and Remote Sensing, v. 40, n. 1, p. 120-121, 2002.

GOMES, J. L.; CHOU, S. C. Controle sobre a partição da precipitação implícita e

explícita do modelo ETA em função da resolução horizontal. Estudo de caso.

Divisão de Ciências Meteorológicas - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São

José dos Campos. 2007.

GRELL, G. A.; DUDHIA, J.; STAUFFER, D. R. A description of the fifth-generation

Penn State/NCAR mesoscale model (MM5). Colorado: NCAR, 1995. 138p. NCAR

Technical Note, NCAR/TN 398+STR.

GRUBISIC, V.; VELLORE, R. K.; HUGGINS, A. W. Quantitative precipitation

forecasting of wintertime storms in the Sierra Nevada: sensitivity to the microphysical

parameterization and horizontal resolution. Monthly Weather Review, v. 128, p. 2834-

2859, 2005.

143

HAASE, G. A physical initialization algorithm for non-hydrostatic weather

prediction models using radar derived rain rates. Bonner Meteorologische

Abhandlungen: Asgard Verlag, St. Augustin, Heft 57, 2001. 108 p.

HALLAK, R.; PEREIRA FILHO, A. J.; GANDU, A. W. Simulação numérica do ciclo

de vida de uma célula convectiva profunda e a parametrização de microfísica de nuvens

de Lin no modelo ARPS. CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, 14.,

2006, Florianópolis, SC. Anais... Rio de Janeiro: SBMet, 2006.

HASS, R.; PEREIRA FILHO, A.; AMBRIZI, T. Previsão de chuva quantitativa com o

modelo ARPS: teste de sensibilidade com o esquema de Kain e Fritsch para três eventos

de enchente no Sul do Brasil. CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA,

12., 2002, Foz do Iguaçu, PR. Anais... Rio de Janeiro: SBMet, 2002.

HONG, S. Y.; PAN, H. L. Convective trigger function for a mass-flux cumulus

parameterization. Monthly Weather Review, v. 126, p. 2599-2620, 1998.

HONG, S. Y.; DUDHIA, J.; CHEN, S. -H. A revised approach to ice microphysical

processes for the bulk parameterization of cloud and precipitation. Monthly Weather

Review, v. 132, p. 103-132, 2004.

HSIE, E. -Y.; ANTHES, R. A.; KEYSER, D. Numerical simulation of frontogenesis in

a moist atmosphere. Journal of the Atmospheric Sciences, v. 41, n. 17, p. 2581-2594,

1984.

KALNAY, E.; KANAMITSU, M.; KISTLER, R.; COLLINS, W.; DEAVEN, D.;

GANDIN, L.; IREDELL, M.; SAHA, S.; WHITE, G.; WOOLEN, J.; ZHU, Y.;

CHELLIAH, M.; EBISUZAKI, W.; HIGGINS, W.; JANOWIAK, J.; MO, K. C.;

ROPELEWSKI, C.; WANG, J.; LEETMA, A.; REYNOLDS, R.; JENNE, R.; JOSEPH,

D. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project. Bulletin of American Meteorology

Society, v. 77, p. 437-471, 1996.

KAIN, J.S. The Kain-Fritsch convective parameterization: an update. J. Appl.

Meteorol., v. 43, n.1, p. 170-181, 2004.

KAIN, J. S.; FRITSCH, J.M. A one-dimensional entraining/detraining plume model and

its application in convective parameterization. J. Atmos. Sci., v. 47, n. 23, p. 2748-

2802, 1990.

Chapter 16 - Convective parameterization for mesoscale models: The Kain-Fritsch

Scheme, in meteorological monographs. Amer. Meteor. Soc., v. 24, n. 46, 1993.

KOUSKY, V. E. Diurnal rainfall variation in the Northeast Brazil. Monthly Weather

Review, v. 108, p. 488-498, 1980.

LIN, Y. - L.; FARLEY, R. D.; ORVILLE, H. D. Bulk parameterization of the snow

field in a cloud model. Journal of Climate and Applied Meteorology, v. 22, p. 1065-

1092, 1983.

144

LIN, W. S.; SUI, C. H.; BUEH, C.; WANG, A.; FAN, S.; WU, C.; FONG, S.; LI, J.;

MENG, J. Numerical comparison study of cloud microphysical parameterization

schemes for a moderate snowfall event in North China. Meteorol Atmos Phys, v. 95, p.

195-204, 2007.

LIU, C.; MONCRIEFF, M. W. Sensitivity of cloud-resolving simulations of warm-

season convection to cloud microphysical parameterizations. Monthly Weather

Review, v. 135, p. 2854-2868, 1995.

LYNN, B. H.; DUDHIA, J.; KHAIN, A. P.; ROSENFELD, D.; PROKOVSKY, K.;

SEIFERT, A. Spectral (Bin) microphysics coupled with a mesoscale model (MM5).

Part I: model description and first results. Monthly Weather Review, v. 133, p. 44-57,

2005.

LYNN, B. H.; DUDHIA, J.; KHAIN, A. P.; ROSENFELD, D.; PROKOVSKY, K.;

SEIFERT, A. Spectral (Bin) microphysics coupled with a mesoscale model (MM5).

Part II: Simulation of a CaPE rain event with a squall line. Monthly Weather Review,

v. 133, p. 59-71, 2005.

MARQUES, R.F.C.; FISCH, G.F. As atividades de meteorologia aeroespacial no

Centro Técnico Aeroespacial (CTA). Boletim da Sociedade Brasileira de

Meteorologia, v. 29, n. 3, p. 21-25, 2005.

MASS, C. F.; COLLE, B. A.; WESTRICK, K. J.; OVENS, D. Does increasing

horizontal resolution produce more skillful forecasts? American Meteorological

Society, p. 407- 430, 2002.

MCBRIDE, J. L.; EBERT, E. E. Verification of quantitative precipitation forecasts from

operacional numerical weather prediction models over Austrália. Weather and

Forecasting, v. 15, n. 1, p. 103-121, 2000.

MENDES, L. L. Simulação numérica de evento extremo de chuvas: um estudo de

caso sobre Angra dos Reis - RJ. 2006. 136 p. (INPE-14599-TDI/1181). Dissertação

(Mestrado em Meteorologia) - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos

Campos. 2006. Disponível em: <http://urlib.net/sid.inpe.br/MTC-

m13@80/2006/06.12.14.18>. Acesso em: 09 abr. 2010.

MLAWER, E. J.; TAUBMAN, S. J.; BROWN, P. D. Clough, radiative transfer for

inhomogeneous atmospheres: RRTM, a validated correlated-K model for the long wave.

Journal Geophys. Res., v. 102, p. 16663-16682, 1997.

MOLINARI, J.; DUDEK. M. Parameterization of convective precipitation in mesoscale

numerical models: a critical review. Monthly Weather Review, v. 120, p. 326-344,

1992.

OVTCHINNIKOV, M.; KOGAN, Y. L. An investigation of ice production mechanisms

in small cumuliform clouds using a 3D model with explicit microphysics. Part I: model

description. Journal of the Atmospheric Sciences, v. 57, n. 18, p. 2989-3003, 2000.

145

OYAMA, M. D. Instalação do modelo de mesoescala MM5 na ACA/IAE/CTA. São

José dos Campos: Centro Técnico Aeroespacial. Publicação Interna (PI-002). 2003.

PADILHA, C. K. Estagnação de massa de ar quente e seco sobre a região central do

Brasil. 2005. 143 p. (INPE-14492-TDI/1173). Dissertação (Mestrado em Meteorologia)

- Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos. 2008. Disponível em:

<http://urlib.net/sid.inpe.br/MTC-m13@80/2005/08.18.14.09>. Acesso em: 09 abr.

2010.

PEREIRA, E.I.; MIRANDA, I.; FISCH, G.F.; MACHADO, L.A.T.; ALVES, M.A.S.

Atlas climatológico do Centro de Lançamento de Alcântara. São José dos Campos:

Centro Técnico Aeroespacial, 2002. Relatório de desenvolvimento, ACA/RT-01/01,

GDO-000000/B0047.

PEREIRA NETO, A. V. Avaliação e ajustes da parametrização de Kain-Fritsch

sobre a região do Centro de Lançamento de Alcântara. 2009. 117 p. (INPE-16650-

TDI/1613). Dissertação (Mestrado em Meteorologia) - Instituto Nacional de Pesquisas

Espaciais, São José dos Campos. 2010. Disponível em: <http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-

m18@80/2009/11.18.13.31>. Acesso em: 09 abr. 2010.

PETCH, J.C.; BROWN, A. R.; GRAY, M.E.B. The impact of horizontal resolution on

the simulations of convective development over land. Quarterly Journal of the Royal

Meteorological Society, v. 128, p. 2031-2044, 2002.

REISNER, J.; RASMUSSEN, R. J.; BRUINTJES, R. T. Explicit forecasting of

supercooled liquid water in winter storms using the MM5 mesoscale model. Quarterly

Journal of the Royal Meteorological Society, v. 124 B, p. 1071-1107, 1998.

SAAD, S. I. Efeitos da extensão e posição do desmatamento em meso-escala sobre a

circulação atmosférica e a chuva na Amazônia. Dissertação (Mestrado em

Meteorologia). Universidade de São Paulo - USP, São Paulo. 2008.

SCHULTZ, P. An explicit cloud physics parameterization for operational numerical

weather prediction. Monthly Weather Review, v. 123, p. 3331-3343, 1995.

SCOFIELD, R. A. Comments on A quantitative assessment of the NESDIS Auto-

Estimador. Weather Forecasting, v. 16, p. 277-278, 2001.

SERAFIN, S.; FERRETTI, R. Sensitivity of a mesoscale model to microphysical

parameterizations in the MAP SOP events IOP2b and IOP8. Journal of Climate and

Applied Meteorology, v. 46, p. 1438-1454, 2007.

SEIFERT, A.; WEISMAN, M. A comparison of bulk microphysical schemes for cloud

resolving NWP. In: WRF/MM5 User’s Workshop, Colorado. 2005.

SILVA, M. P. R.; SANTOS, I. A. Uso do módulo de microfísica do RAMS no estudo

da precipitação no Rio de Janeiro. CONGRESSO BRASILEIRO DE

METEOROLOGIA, 12., 2002, Foz do Iguaçu, PR. Anais... Rio de Janeiro: SBMet,

2002.

146

SILVA, R. R.; AVISSAR, R. The hydrometeorology of a deforested region of the

Amazon Basin. Journal of Hydrometeorology, v. 7, p.1028-1042, 2006.

SONG-YOU, H.; DUDHIA, J.; CHEN, S. H. A revised approach to ice-microphysical

process for the bulk parameterization of cloud and precipitation. Monthly Weather

Review, v. 132, p. 103-120, 2004.

SOUZA, A. M. L.; CAMPOS, C. R. J.; ROCHA, E. J. P. Estudo observacional da

ocorrência de jatos de Baixos Níveis no Litoral Norte do Estado do Pará durante os

períodos chuvoso (2002) e seco (2003). Revista Brasileira de Meteorologia, v. 21, n.

167, p. 170-179, 2006.

STEIN, J.; RICHARD, E.; LAFORE, J. P.; PINTY, J. P.; ASENCIO, N.; COSMA, S.

High-resolution non-hydrostatic simulations of flash-flood episodes with grid-nesting

and ice-phase parameterization. Meteorol. Atmos. Phys., v. 72, p. 203-221, 2000.

STENSRUD, D. 2007. Parameterization schemes: keys to understanding numerical

weather prediction models. Cambridge: University Press, pp.459 .

STIVARI, S. M. S. Estudo da brisa lacustre do Lago de Itaipu. Tese (Doutorado em

Meteorologia). Instituto Astronômico e Geofísico, Universidade de São Paulo, São

Paulo, 1999.

STRAKA, J. M.; GILMORE, M. S. A multi-moment, multi-hidrometeor, bulk

microphysics parameterization scheme. EUROPEAN CONFERENCE ON SEVERE

STORMS,4., 2007, Trieste. Proceedings… Trieste, Itália: International Centre for

Theoretical Physics, 2007.

TAO, W. -K.; SIMPSON, J. Goddard cumulus ensemble model. Part I: model

description. Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciences, v. 4, p. 35-72, 1993.

TOMÉ, R. Previsão do tempo com modelos de mesoscala: casos de estudo com o

modelo MM5 nos Açores. Dissertação (Graduação em Meteorologia). Faculdade de

Ciências, Universidade de Lisboa, Lisboa. 2004

VIZY, E. K.; COOK, K.H. Evaluation of LGM SST reconstructions through their

Influence on South American Climate. J. Geophys. Res., v.110, doi:10.1029/

2004JD005415, 2005.

WARNER, T. T.; SU, H. M. Nested-model simulation of moist convection: the impact

of coarse-grid parameterized convection on fine-grid resolved convection. Monthly

Weather Review, v. 128, p. 2211-2230, 2000.

WEISMAN, M. L.; SCAMAROK, W. C.; KLEMP, J. B. The resolution dependence of

explicitly modeled convective systems. Monthly Weather Review, v. 125, p. 527-548,

1997.

WENSHI, L.; SOIKUN, F.; CHISHENG, W.; CHIMENG, K.; ANYU, W.; YAN, Y. A

simuling study on resolvable-scale microphysical parameterization in a mesoscale

model. Advances in Atmospheric Sciences, v. 17, n. 3, p. 487-502, 2000.

147

WHITEMAN, C. D.; XINDI, B.; ZHONG, S. Low level jet climatology from enhance

rawinsonde observations atmosfera a site in the southern great plains. Journal of

Applied Meteorology, v. 6, n. 10, p. 1363-1376, 1997.

XU, M.; BAO, J. W.; WARNER, T. T.; STENSRUD, D. J. Effect of time step size in

MM5 simulations of a mesoscale convective system. Monthly Weather Review, v.

129, p. 502-516, 2001.

148

149

APÊNDICE A: TESTES DE SENSIBILIDADE DE SIMULAÇÕES DE

PRECIPITAÇÃO À RESOLUÇÃO VERTICAL

1 Objetivo

Com o objetivo de verificar a sensibilidade dos resultados das simulações de chuva às

mudanças na resolução vertical, simulações adicionais dos eventos de precipitação

ocorridos no decorrer do dia 18/07/08 (descritos na Seção 4.1.1) sobre a região do CLA

foram realizadas com o modelo MM5 instalado na ACA/IAE. Em cada nova simulação

o número de níveis sigma foi alterado com relação ao número de níveis utilizado nas

simulações anteriores (38). Espera-se que os processos convectivos relacionados à

precipitação possam ser mais bem resolvidos com o aumento do número de níveis,

como por exemplo, na baixa atmosfera, onde os efeitos turbulentos associados à camada

limite são relevantes e na termodinâmica da coluna atmosférica, ao detalhar os

processos de transferência radiativa.

Alguns trabalhos mostram que mudanças na resolução vertical do domínio podem

alterar os resultados das simulações de precipitação e de outras variáveis. Utilizando o

modelo MM5, Colle e Mass (2000) fizeram simulações de 24 h de um evento de forte

chuva ocorrido entre os dia 6 e 7 de fevereiro de 1996 sobre as montanhas Cascades,

nos Estados Unidos. Para tal usaram grades aninhadas de 36, 12 e 4 km de resolução

horizontal. Uma parte dos testes realizados se propunha a explorar os efeitos das

mudanças na resolução vertical para o domínio de 4 km. Resultados mostraram

diferenças na quantidade de chuva prevista a barlavento e sotavento das montanhas.

Observou-se que ao aumentar de 29 para 38 este número, a quantidade de precipitação a

barlavento aumenta de 10 a 30%; quando a resolução vertical é elevada para 57 níveis, a

quantidade de chuva diminui para um valor próximo do obtido com 29 níveis. A

sotavento, a quantidade de precipitação varia de 20 a 80% de acordo com a resolução

vertical empregada. Os autores atribuíram estas diferenças a variações na formação e

advecção de hidrometeoros nos lados da montanha em função do número de níveis na

vertical. Por fim concluíram que a simulação que utilizou 38 níveis (número de níveis

intermediário) foi a que mais se aproximou do observado.

150

2 Metodologia

Executaram-se simulações empregando as mesmas configurações descritas na seção 5.1

(domínio, passo de tempo, parametrizações, etc) utilizadas nas simulações do Grupo 1

com o uso do esquema de microfísica Simple Ice e KF2 em todos os domínios. A única

diferença, desta vez, restringe-se a alterar a resolução vertical, com a inclusão ou

exclusão de níveis sigma. Dessa maneira, 3 rodadas foram executadas, com 23, 57 e 76

níveis na vertical, respectivamente denominadas TN23, TN57 e TN76. Para a análise

dos resultados, a mesma metodologia descrita na seção 6 foi usada para comparação

entre a precipitação prevista por estas simulações, a simulação que empregou 38 níveis

(TN38, considerada a simulação de controle) e a precipitação observada. A Tabela 2.1

mostra os níveis sigma usados em cada uma das simulações.

Tabela 2.1 - Níveis sigma utilizados nas simulações

TN23, TN38, TN 57 e TN76

TN23

1.00, 0.98, 0.95, 0.92, 0.89, 0.85, 0.80, 0.75, 0.70, 0.65, 0.60, 0.55, 0.50, 0.45, 0.40,

0.35, 0.30, 0.25, 0.20, 0.15, 0.10, 0.05, 0.0

TN38

1.00, 0.99, 0.98, 0.97, 0.95, 0.93, 0.91, 0.89, 0.87, 0.85, 0.83, 0.81, 0.79, 0.77, 0.75,

0.73, 0.71, 0.69, 0.67, 0.65, 0.62, 0.59, 0.56, 0.53, 0.50, 0.47, 0.44, 0.41, 0.37, 0.33,

0.29, 0.25, 0.21, 0.17, 0.13, 0.09, 0.05, 0.0

TN57

1.000, 0.998, 0.996, 0.994, 0.992, 0.990, 0.987, 0.9

84, 0.981, 0.978, 0.975, 0.970,

0.965, 0.960, 0.950, 0.940, 0.930, 0.920, 0.910, 0.900, 0.880, 0.860, 0.840, 0.820,

0.800, 0.775, 0.750, 0.725, 0.700, 0.675, 0.650, 0.625, 0.600, 0.575, 0.550, 0.525,

0.500, 0.475, 0.450, 0.425, 0.400, 0.375, 0.350, 0.325, 0.300, 0.275, 0.250, 0.225,

0.200, 0.175, 0.150, 0.125, 0.100, 0.075, 0.050, 0.025, 0.0

TN76

1.000, 0.998, 0.996, 0.994, 0.992, 0.990, 0.987, 0.984, 0.981, 0.978, 0.975, 0.970,

0.965, 0.960, 0.955, 0.950, 0.945, 0.940, 0.935, 0.930, 0.925, 0.920, 0.915, 0.910,

0.905, 0.900, 0.890, 0.880, 0.870, 0.860, 0.850, 0.840, 0.830, 0.820, 0.810, 0.800,

0.780, 0.760, 0.740, 0.720, 0.700, 0.680, 0.660, 0.640, 0.620, 0.600, 0.580, 0.560,

0.540, 0.520, 0.500, 0.480, 0.460, 0.440, 0.420, 0.400, 0.380, 0.360, 0.340, 0.320,

0.300, 0.280, 0.260, 0.240, 0.220, 0.200, 0.180, 0.160, 0.140, 0.120, 0.100, 0.080,

0.060, 0.040, 0.020, 0.0

3 Resultados das simulações

Para este dia, o total de precipitação registrada (estimada) foi de 63,2 mm para o CLA e

de 2,8 mm em SLZ (48,1 mm para o HIDRO e 49,4 mm para o TRMM), relacionada à

passagem de eventos de convecção noturna (entre 2 e 12 UTC) e diurna (a partir das 15

UTC) (Figura 3.1). A precipitação simulada representada nos gráficos representa a

média de uma área que envolve o CLA e São Luís (seção 4.1). Verifica-se uma

151

similaridade entre as séries de precipitação obtidas pelas 4 simulações (Figura 3.1),

especialmente para os domínios de 27 e 9 km de resolução horizontal. Para o domínio

de 3 km, a série simulada que mais se aproximou das séries de chuva observada foi a

produzida pela simulação TN23, embora a magnitude de chuva simulada em cada hora

não tenha sido adequada em todas as rodadas.

(a)

Séries de Precipitação para o dia 18/07/08 - TN23

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

P RP (m m )

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

(b)

Séries de Precipitação para o dia 18/07/08 - TN38

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (m m )

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

(c)

Séries de Precipitação para o dia 18/07/08 - TN57

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm )

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

(d)

Séries de Precipitação para o dia 18/07/08 - TN76

0,1

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

HORAS (UTC)

PRP (mm )

CLA SLZ HIDRO TRMM 27KM 09KM 03KM

Figura 3.1 - Comparação entre os valores horários (UTC) de precipitação para o dia 18/07/08.

As barras referem-se aos valores de precipitação registrada no CLA e em SLZ e de

precipitação média estimada pelo Hidroestimador (HIDRO) e pelo satélite TRMM

(TRMM). As linhas referem-se aos valores médios simulados nos domínios de 27,

9 e 3 km de resolução. Os gráficos “a”, “b”, “c” e “d” referem-se às simulações

TN23, TN38, TN57 e TN76, nesta ordem. Precipitação (mm/h) em escala

logarítmica.

Com relação à magnitude dos valores acumulados de chuva, verificaram-se diferenças

entre os valores obtidos pelas simulações para todos os domínios (Tabela 3.1). Isso está

relacionado às variações de posicionamento e evolução temporal das áreas de

precipitação produzidas pelas simulações, mais acentuadas nos domínios de maior

resolução horizontal. Isso ilustra como as mudanças na resolução vertical dos domínios

alteram os aspectos da precipitação simulada. Novamente, verifica-se que a quantidade

de precipitação não-convectiva aumenta com o aumento da resolução horizontal das

grades (esperado). Nas simulações TN38 e TN57 a quantidade de precipitação não-

convectiva no domínio 3 foi até mesmo superior à precipitação convectiva. Isso sugere

a existência de uma relação entre a resolução vertical e a horizontal do domínio usado

152

nas simulações que seja mais favorável a formulação dos esquemas explícitos. Em

síntese, as simulações que produziram a precipitação diária mais próxima da observada,

nos 3 domínios, foram as seguintes: domínio 1: TN57 ou TN76; domínio 2: TN57;

domínio 3: TN38 ou TN57.

Tabela 3.1 - Precipitação Convectiva (PC), Não Conve

ctiva (PNC) e Total (TT) Simulada

obtida para o dia 18/07/08, para a região do CLA, com as simulações TN23,

TN38, TN57 e TN76. Unidade de precipitação: mm/dia.

Precipitação Convectiva, Não Convectiva e Total Simulada (mm/dia)

Simulações TN23 TN38 TN57 TN76

Resolução

PC PNC TT PC PNC TT PC PNC TT PC PNC TT

27 km

16.4 0 16.4 12.9 0 12.9 19.6 0 19.6 19.8 0 19.8

09 km

20.3 4.9 25.2 16.5 5.1 21.7 27.1 10.6 37.7 19.1 0.4 19.5

03 km

11.3 5.1 16.4 11.9 14.7 26.6 10.5 15.2 25.7 10.7 3.2 13.9

Não se observaram diferenças quanto à evolução temporal das áreas de chuva entre as

quatro simulações. Alguns campos de precipitação simulada foram selecionados para

ilustrar diferenças verificadas quanto à disposição espacial e intensidade das áreas de

precipitação nos 3 domínios (Figura 3.2). No geral, verificou-se que tais diferenças não

são expressivas, especialmente nos domínios de maior espaçamento de grade (27 e 9

km) (Figura 1.2). O padrão espacial das regiões de chuva é praticamente o mesmo em

todas as simulações (Figuras 3.2d, 3.2g, 3.2j e 3.2n), ressalvando-se pequenos detalhes

que as diferenciam. Uma pequena região de precipitação mais intensa que se observa a

noroeste do CLA é (erroneamente) simulada por todas as simulações, destacando

apenas uma diferença de magnitude. Esta situação é novamente retratada no domínio de

9 km (Figuras 3.2e, 3.2h, 3.2l e 3.2o), onde são claras as variações no posicionamento

dos núcleos de máxima precipitação sobre a região do CLA. Contudo estas variações

não devem ser consideradas expressivas, pois novamente, o padrão espacial da

precipitação é bastante similar entre as simulações.

Devido à maior resolução do domínio 3 (3 km), a área de chuva sobre o CLA apresenta

aspectos mais detalhados e diferenciados entre as quatro simulações. Nota-se em todas

as rodadas, uma área de chuva se estendendo (erroneamente) ao norte do CLA, desde o

oceano até o continente, que não aparece no campo de chuva observado (TRMM) para o

horário das 21 UTC. O incremento no número de níveis na vertical testado nestas

simulações parece não ter acarretado diferenças nos resultados das previsões.

153

Para este caso, pode-se dizer que a resposta do modelo é pouco sensível para mudanças

na resolução vertical, pois, no geral, verificou-se que as diferenças observadas entre as

simulações são pouco expressivas, mesmo para menores espaçamentos de grade.

154

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

(i)

(j)

(l)

(m)

(n)

(o)

(p)

Figura 3.2 - Campos de precipitação simulada (de “d” a “p”, mm) e de precipitação estimada

pelo TRMM (“a”, “b” e “c”) para as 21UTC de 18/07/08. Cada uma das colunas,

a contar da esquerda, refere-se a campos (exceto campos “a”, “b” e “c”) cujos

domínios são de 27, 9 e 3 km de espaçamento de grade, respectivamente. Cada

uma das linhas, a contar da segunda na descendente, refere-se às simulações

TN23, TN38, TN57 e TN76, nesta ordem. Os retângulos delimitam as áreas

utilizadas para análise.

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