Observações e simulações de precipitação com o RegCM3 no leste da Amazônia, nos anos de 1997 a 2008.

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1 Observações e simulações de precipitação com o RegCM3 no leste da Amazônia, nos anos de 1997 a Danúbia Fôro da Silva 1, Alexandre Melo Casseb do Carmo, Ana Paula Paes dos Santos, Everaldo Barreiros de Souza, Wesley Rodrigues Santos Ferreira, José Ricardo Santos de Souza, Paulo Afonso Fischer Kuhn. Faculdade de Meteorologia, Universidade Federal do Pará UFPA, Belém-PA 1 danubiaforo@uol.com.br RESUMO: Apesar dos avanços nos estudos de modelagem obtidos das ultimas duas décadas, a representação numérica dos processos convectivos úmidos e a capacidade de simular volume de precipitação regional ainda é um desafio atual para a comunidade científica, particularmente para as regiões tropicais, a exemplo da Amazônia. O presente trabalho apresenta resultados preliminares sobre a comparação entre os esquemas de convecção de Grell (RegCM3/Grell) e MIT (RegCM3/MIT), com os dados de precipitação observados pelo INMET, a fim de demonstrar qual esquema de convecção simula melhor de forma qualitativa a distribuição temporal da precipitação pluviométrica nas cidades de Belém-PA, Soure-PA, São Luis-MA, Turiaçu-MA e Macapá-AP. Foram usados dados de 12 anos entre 1997 e 2008, do período chuvoso, o qual compreende os meses de Dezembro a maio. Os resultados mostraram que mesmo em alguns meses subestimando os valores observados de precipitação, o esquema de convecção de MIT simula melhor que Grell em todas as áreas em estudo. PALAVRAS CHAVE: Convecção,Modelos,Precipitação, RegCM3. ABSTRACT: Despite the advances in modeling studies during the past two decades, the numerical representation of the moist convective processes and the capability to simulate regional precipitation volumes, remains a scientific challenge, particularly in tropical regions such as the Amazon Region. This work presents preliminary comparison results between Grell s convection (RegCM3/Grell) and MIT (RegCM3/MIT) schemes checked against precipitation measured at INMET s surface stations; in order to verify which convection scheme provides better qualitative simulation of the precipitation time distribution over the cities of Belém, Soure, São Luis, Turiaçu and Macapá. Rainy periods (December to May) data of the twelve years (1997 to 2008) of observations were used. The results showed that, even though the MIT convection scheme underestimated precipitation in some months; overall it provides better simulations than the Grell scheme, for all localities studied. KEYWORDS: Convection,Models, Rainfall, RegCM3. 1. INTRODUÇÃO A região amazônica é conhecida por ter uma complexa variabilidade climática, composta por diversos sistemas precipitantes de diferentes escalas. Dentre eles estão a Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) e Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS), que tem atuação marcante no verão/outono austral (período chuvoso), e sistemas de micro e mesoescala, tais como Linhas de Instabilidade (LI) e Complexos Convectivos de Mesoescala (CCM), aos quais governam o regime das chuvas especialmente durante o inverno/primavera (período menos chuvoso). (SOUZA et. al., 2009). A região desempenha diversas atividades vulneráveis a variabilidade do clima por exemplo, o planejamento

2 agrícola, desenvolvimento urbano, atividade industrial, entre outros. Assim sendo, é interessante se fazer o estudo na área de modelagem climática, uma vez que, a Amazônia além de não possuir um modelo ajustado as características físicas da região, seria uma ferramenta útil para um melhor planejamento, evitando perdas/prejuízos em diversos setores da sociedade. Neste trabalho, avaliaremos as simulações geradas pelo Regional Climate Model version 3 (RegCM3), onde o principal objetivo deste estudo é avaliar qual das parametrizações Greel (GRELL, 1993) ou MIT-Emannuel (EMANUEL, 1991), esquemas de convecção presentes no modelo, melhor represente o regime pluviométrico das cidades, Belém, Soure, Macapá, São Luiz e Turiaçu. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Utiliza-se a ultima versão do Regional Climate Model version 3 (RegCM3), distribuída pelo International Centre for Theoretical Physics (ITCP). O RegCM3 é a terceira geração de um modelo numérico climático regional, originalmente desenvolvido no NCAR (Giorgi e Bates, 1989; DICKINSON et al., 1989). Neste trabalho, utilizaram-se dois tipos de esquemas de parametrização convectiva: A primeira, a parametrização de Grell (GRELL, 1993) consiste em um esquema de fluxo de massa incluindo os efeitos de umedecimento e aquecimento de correntes ascendentes e correspondentes correntes descendentes. Devido à simplicidade do esquema de fluxo de massa, torna-se necessário adotar um fechamento para completá-lo. O esquema estima as propriedades da convecção e o fechamento especifica a quantidade da convecção que ocorre, de forma a encontrar a taxa de estabilização desejada. Neste trabalho, utilizou-se o fechamento Fritsch-Chappell (FRITSCH; CHAPPELL, 1980) no qual a energia de flutuabilidade ocorre numa escala de tempo de 30 minutos. A segunda opção utilizada foi MIT-Emanuel, que é uma parametrização de convecção de cumulus recente para o modelo RegCM3. Este esquema considera que a mistura nas nuvens é altamente episódica e não homogênea, cujos fluxos convectivos são baseados em um modelo de correntes ascendente e descendentes de escalas de sub-nuvem (EMANUEL, 1991). A convecção é, então, iniciada quando o nível de empuxo neutro é maior que o nível de condensação por levantamento na base da nuvem. Entre estes dois níveis, o ar se eleva e uma parte da fração de umidade condensada forma precipitação, enquanto a outra parte restante forma nuvem (EMANUEL; ZIVKOVIC-ROTHMAN, 1999). A nuvem, por sua vez, mistura-se com o ar ambiente de acordo com um espectro uniforme de misturas que conduz a parcela para cima ou para baixo, atingindo, assim, o nível de empuxo neutro. As taxas de entranhamento e desentranhamento são calculadas através dos gradientes verticais de flutuabilidade na nuvem. A precipitação observada foi do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Os dados são do período chuvoso de Dez/1997 a Dez/2008. As cidades em estudo estão localizadas nas seguintes coordenadas geográficas: Belém, ' 21'' Long ' 16''/ Soure, Lat -00º Long -48 º31 24 / Macapá, Lat Long. -51º São Luiz, Lat e Long Turiaçu, Lat. 01º e Long -45º RESULTADOS A precipitação observada pelo INMET e a precipitação simulada usando os esquemas de convecção de Grell (RegCM3/Grell), e MIT (RegCM3/MIT), para o período chuvoso de dez/97 a dez/08 em Belém e Soure é mostrada na Figura 1. Em termos qualitativos, a comparação visual entre os valores de chuva observada e as simulações do MIT e Grell,

3 verificou-se que o MIT simulou melhor que Grell nas duas cidades. Contudo, em Belém ele simulou ainda melhor, com exceção no período de abr/2005 a jan/2006 e de dez/06 a fev/08 (Figura 1a). Em Soure, observou-se que o MIT, embora tenha apresentado chuva subestimada, conseguiu capturar bem a evolução da precipitação (Figura 1b). Figura 1: Precipitação observada pelo INMET e simulada por MIT e Grell, no Estado do Pará. Da mesma forma que nas duas cidades do Estado do Pará, para as duas cidades no Maranhão MIT também simula a chuva melhor que Grell. Todavia, em São Luis ele subestimou a precipitação nos anos de 2000, 2004, 2006, 2007 e 2008 (Figura 2a). Em Turiaçú, MIT simula superestimando muito em alguns meses, como o de mar/2009, e algumas subestimações como em março de 2008 (Figura 2b).

4 Figura 2: Precipitação observada pelo INMET e simulada por MIT e Grell, no Estado do Maranhão. MIT em Macapá também simulou melhor que Grell, com algumas subestimações, como em fev/2004, mas em geral este esquema de convecção capturou muito bem a evolução da chuva nos anos em estudo (Figura 3). Figura 3: Precipitação observada pelo INMET e simulada por MIT e Grell, no Estado do Amapá.

5 4. CONCLUSÕES O esquema de convecção MIT (RegCM3/MIT), em geral superestimou os do esquema de convecção de Grell (RegCM3/Grell). Embora MIT tenha apresentado chuvas subestimadas em relação as dos valores observados nas estações do Instituto Nacional de Meteorologia, foi o que melhor simulou a precipitação em todas as regiões em estudo, para o período chuvoso de dez/97 a dez/ REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA CARVALHO, L.M.V.; Jones, C.; Liebmann, B. The South Atlantic Convergence Zone: intensity, form, persistence, and relationships with intraseasonal to interannual activity and extreme rainfall. Journal of Climate, v. 17, p , COELHO, C.A.S. et al. Estudo climatológico sazonal da precipitação sobre o Brasil em episódios extremos da Oscilação Sul. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 14,n. 1, p , ELGUINDI, et al.2007 RegCM Version 3.1 User s Guide GIORGI, F.; Bates, G.T. The climatological skill of a regional climate model over complex terrain. Monthly Weather Review, v. 117, p , GRELL, G.A. Prognostic evaluation of assumptions used by cumulus parameterizations. Monthly Weather Review, v. 121, p , LOPES, M.N.G. Aspectos regionais da variabilidade de precipitação no estado do pará: estudo observacional e modelagem climática em alta resolução. Dissertação apresentada ao PPGCA da UFPa. KALNAY, E. et al. NCEP/NCAR 40-year Reanalysis project. Bulletin of the American Meteorological Society, v. 77, p , REYNOLDS, R.W. et al. An improved in situ and satellite SST analysis for climate. Journal of Climate, v. 15, p , SOUZA,.et al 2009.Precipitação Sazonal sobre a Amazônia oriental no período chuvoso :Observações e simulações regionais com RGCM3.Revista Brasileira de Meteorologia, v.24, n.2, , 2009