XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002

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1 IMPACTO DO AUMENTO DA RESOLUÇÃO ESPACIAL NA PREVISÃO DE TEMPO REGIONAL ALFREDO SILVEIRA DA SILVA UFRJ / IGEO / Departamento de Meteorologia Cidade Universitária Ilha do Fundão Rio de Janeiro RJ alfredo@ufrj.br DAVID GARRANA COELHO garrana@acd.ufrj.br MARIA GERTRUDES ALVAREZ JUSTI DA SILVA justi@acd.ufrj.br ABSTRACT Here are described the results obtained with forecasts made by mesoscale model MM5, daily integrated through 72 hours, using 3 grids centered on Rio de Janeiro city, with coarse grid resolution of 20km, and the resolutions of the two nested grids being 6,6 and 2,2 km, respectively. Making use of the finest resolution is possible to make forecasts by each district of Rio de Janeiro city. The quality of forecasts of diverse variables, like wind and temperature, is good, but precipitation forecasts still are below expectations INTRODUÇÃO É inequívoca a melhoria que se tem obtido nas previsões de tempo no Brasil após a introdução dos modelos numéricos, tanto globais quando regionais. Desde o final de 1995 o CPTEC vem disponibilizando suas previsões e, a cada ano, vem introduzindo melhorias, tanto investindo numa maior resolução dos modelos quanto na sofisticação das parametrizações usadas (CLIMANÁLISE, 1996). Atualmente seu modelo regional Eta fornece previsões atualizadas a cada 12 horas para a região da América do Sul e oceanos vizinhos com resolução de 40 km. Do mesmo modo os Núcleos Regionais de Meteorologia investem no ajuste e aperfeiçoamento de modelos de mesoescala para atender com maior precisão aos interesses dos estados ao qual pertencem. O Laboratório de Prognóstico em Mesoescala (LPM) do Departamento de Meteorologia da UFRJ vem contribuindo no esforço de fornecer previsões adequadas aos interesses do estado do Rio de Janeiro, tendo introduzido no final de 1999 (JUSTI DA SILVA, 2001) um primeiro esquema operacional para previsões com resolução de 20 km, por períodos de 72 horas sobre todo o estado. Este esquema usa o modelo MM5 na sua versão 2, alimentado com análises e previsões do modelo global MRF do NCEP, integrado em uma plataforma Pentium sob sistema operacional Linux. Suas principais vantagens são o baixo custo (GARRANA, 2001) e um aumento na habilidade das previsões efetuadas sobre a região (OLIVEIRA et al, 2001). Neste trabalho relatam-se os resultados que vem sendo obtidos com a introdução da versão 3 do MM5, de uma nova fonte de dados e principalmente um detalhamento nas previsões sobre o município do Rio de Janeiro pela introdução de grades aninhadas, a mais fina delas com resolução de 2,2 km abrangendo os municípios do Rio de Janeiro, Niterói e os da Baixada Fluminense. MATERIAL E MÉTODOS O modelo MM5 usado operacionalmente no LPM foi desenvolvido pela Penn State University em conjunto com a NCAR. Trata-se da 5a Geração do modelo criado por Anthes na década de 70 e documentado por ANTHES e WARNER (1978). Este modelo é capaz de usar grades múltiplas, fazer assimilação quadridimensional de dados ( nudging ), possui inúmeras opções de parametrizações físicas e usa dinâmica não-hidrostática. A coordenada vertical é a sigma-p e a grade utilizada é a Arakawa-Lamb B onde as componentes do vento são deslocadas em relação às grandezas escalares. Os dados de topografia e uso do solo são os do USGS, com 30 segundos de resolução. No caso do uso do solo são arquivos diferentes para cada uma das partes do ano e incluem uma categoria de solo urbano, muito interessante no que diz respeito às trocas radiativas específicas encontradas nas grandes cidades. Para ser integrado, o modelo MM5 precisa minimamente dos seguintes dados: temperatura do ar, componentes horizontais do vento, umidade relativa, altura geopotencial, pressão ao nível do mar, temperatura da superfície do mar e flag de cobertura de neve. Para um uso mais eficiente de seu modelo de solo opcionalmente requer temperatura do solo em dois níveis, massa de água equivalente à neve acumulada e flag de terra/água. O 3559

2 MM5 é um modelo de equações primitivas, resolvidas numericamente por diferenças finitas no espaço e no tempo. Alguns termos das equações são resolvidos por um esquema leapfrog de segunda ordem, enquanto os restantes são resolvidos por um esquema time-splitting (GRELL et al, 1994). Entre as inúmeras opções disponibilizadas pelo MM5 em suas parametrizações, escolheu-se: (a) para parametrização de cúmulos o método de Betts-Miller modificado que permite também a geração de cúmulos rasos ou não precipitantes; (b) para a camada limite planetária o mesmo método usado no modelo MRF do NCEP; (c) para a umidade usa o esquema explícito de microfísica de Schultz; (d) para os processos de radiação está-se usando o RRTM (Rapid Radiative Transfer Model) para ondas longas acoplado com a parte de ondas curtas do esquema de radiação de nuvens. O modelo MM3 em sua versão 3 usa o modelo de solo OSU/Eta que permite a previsão da temperatura do solo em cinco níveis de profundidade com substrato fixado entre equações de difusão vertical, permitindo uma maior rapidez na resposta da temperatura da superfície. As variáveis em três dimensões prognosticadas pelo modelo MM5 são: vento zonal, vento meridional, temperatura, razão de mistura de vapor, nuvem, chuva, gelo, neve e granizo, número de concentração de gelo, energia cinética turbulenta, velocidade vertical e perturbação de pressão. As variáveis com duas dimensões são: p * (pressão no topo pressão na superfície), temperatura da superfície, precipitação convectiva acumulada, precipitação não-convectiva acumulada, altura da camada limite planetária (CLP), regime da CLP, fluxo superficial de calor sensível e latente, velocidade friccional, radiação de onda longa e onda curta em direção à superfície, temperatura e umidade do solo em n níveis, escoamento superficial, escoamento subterrâneo, cobertura de neve, profundidade de neve, umidade do dossel vegetativo, radiação de onda curta e longa no topo da atmosfera, temperatura do ar a 2m, razão de mistura de vapor a 2m, vento zonal e meridional em 10m, comprimento de Monin-Obukov, radiação superficial líquida, albedo da superfície, fluxo de calor para o solo, resistência aerodinâmica, resistência da superfície, índice de área foliar, fração de vegetação, comprimento de rugosidade, tipo de textura do solo, fluxo de massa ascendente e camada fonte do fluxo em ascensão. As constantes prescritas a cada integração são: elevação do terreno, fator de escala do mapa, parâmetro de Coriolis, temperatura do reservatório térmico, latitude, longitude, uso do solo, temperatura da superfície do mar e cobertura oceânica de gelo. O modelo MM5, em suas previsões por períodos de 72 horas, usa como condições iniciais análises do modelo MRF do NCEP das 00Z e como condições de fronteira lateral as previsões deste mesmo modelo com freqüência de 12 horas. As previsões são atualizadas uma vez por dia e todo o processo é automático, desde a aquisição dos dados do modelo global do NCEP via ftp até a disponibilização dos campos, séries temporais e perfis previstos pelo modelo nas três resoluções usadas: 20 km para o estado, 6,6 km e 2,2 km cobrindo principalmente os municípios do Rio de Janeiro, Niterói, os da Baixada Fluminense e a Baía de Guanabara (ver RESULTADOS E DISCUSSÃO Desde outubro de 2001 o LPM vem divulgando suas previsões com detalhamento ao nível de bairros para a área do Grande Rio e Baixada Fluminense. Foram selecionados aqui alguns casos para evidenciar a utilidade das previsões que se está disponibilizando. Na Figura 1 estão mostrados os campos do vento ao nível de 10 metros previstos para as 18Z de 02 de fevereiro de 2002, respectivamente nas grades de 6,6 e 2,2 km. Pode-se perceber a interação entre o sistema frontal, de grande escala, que estava entrando pela região Sudeste do Brasil, com as características da circulação de mesoescala dominada na região em grande parte pela topografia e efeitos de contrastes terra/mar. Ver em algumas outras imagens e produtos da previsão caracterizando as condições meteorológicas deste evento. Na Figura 2 apresenta-se o campo do vento a 10m no horário de 18Z do dia 25 de fevereiro de Neste dia havia o predomínio da circulação local dominada pelas diferenças do aquecimento diurno sobre a região. Percebe-se a direção e a intensidade do vento sobre a Baía de Guanabara do tipo que predomina climatologicamente neste horário sobre a região, na ausência de sistemas transientes. Fica fácil perceber porque o óleo derramado naquele acidente da Petrobrás sobre a Baía de Guanabara rapidamente chegou ao fundo da Baía sem que houvesse tempo para o deter, causando problemas nos manguezais da região. 3560

3 (a) Vetor vento a 10 metros as 18Z de 02/02/2002. Grade com resolução de 6,6 km. (b) Vetor vento a 10 metros as 18Z de 02/02/2002. Grade com resolução de 2,2 km. Figura 1 Campos previstos do vetor vento a 10 metros para as 18Z do dia 02 de fevereiro de 2002, respectivamente para as grades com resolução de 6,6 e 2,2 km. 3561

4 Comparando-se a Figura 2 com a que mostra a topografia da região ( justifica-se o enfraquecimento do vento nos trechos que coincidem com os espaços entre os Maciços da Pedra Branca e da Tijuca e a Serra do Mendanha. Na Figura 3 mostra-se os campos previstos de temperatura do ar a 2 metros para a região do Grande Rio nos dias 26 de fevereiro as 06Z e 20 de março as 15Z, respectivamente. O objetivo é evidenciar a qualidade e a utilidade desta previsão que mostra aproximadamente o horário das temperaturas mínima e máxima diárias na região. Percebem-se as mínimas sobre a região ocorrendo nos locais mais altos, Maciços e Serras, independente da hora do dia, e as excessivamente altas temperaturas previstas para o dia 20/03, quando a máxima no Rio de Janeiro chegou a 41,1 0 C, record em 80 anos para este mês na cidade do Rio de Janeiro. Este tipo de produto pode permitir que as companhias de energia elétrica façam uma previsão de carga mais adequada, pois se o máximo de temperatura ocorrer na região da Baixada Fluminense ou o Centro da Cidade faz com que uma quantidade diferente de energia seja consumida em cada dia e, as previsões com resolução de 2 km, têm mostrado que há uma variação razoável de dia para dia nesta região. Figura 2 Campo previsto do vetor vento a 10 metros sobre a região do Grande Rio as 18Z do dia 25 de fevereiro de Grade de 2,2 km. Na página do LPM há uma seleção de bairros na cidade do Rio de Janeiro para os quais se disponibilizam os meteogramas com previsões detalhadas de até 72 horas. Os locais foram escolhidos para coincidir com os postos de observações pluviométricas da rede da Fundação GeoRio, permitindo pelo menos a validação das previsões do modelo com as observações de precipitação. 3562

5 (a) Previsão de temperatura do ar em 2 metros para 06Z de 26/02/2002. (b) Previsão de temperatura do ar em 2 metros para 15Z de 20/03/2002. Figura 3 Campos previstos de temperatura do ar em 2 metros sobre a região do Grande Rio, respectivamente às 06Z do dia 26 de fevereiro e as 15Z do dia 20 de março de Grade de 2,2 km. 3563

6 COMENTÁRIOS FINAIS OU CONCLUSÕES A introdução no LPM/UFRJ do esquema de previsões sobre o estado do Rio de Janeiro, com resolução de 20 km, incluindo o aninhamento subseqüente de duas outras grades com resoluções de 6,6 e 2,2 km, centradas no município do Rio de Janeiro tem permitido verificar que há um aumento na quantidade e qualidade da informação que pode ser disponibilizada ao usuário. Embora ainda não se tenha implementado um esquema automático e objetivo para a verificação das previsões usando as novas resoluções, as avaliações feitas pelos pesquisadores da UFRJ e pelos previsores do Rio de Janeiro têm sido extremamente favoráveis, principalmente no que se refere às previsões da circulação atmosférica e da temperatura do ar. Em relação às previsões de precipitação, as previsões na resolução de 20 km ainda têm se mostrado mais úteis do que as geradas nas novas e mais refinadas resoluções. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a Fundação de Amparo a Pesquisa do Rio de Janeiro (FAPERJ) pelo suporte dado a esta pesquisa e a Fundação GEORIO pela cessão dos dados de precipitação. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANTHES, R. A. & T. T. WARNER, 1978: Development of hydrodynamic models suitable for air pollution and other mesometeorological studies. Mon. Wea. Rev., 106, CLIMANÁLISE, 1996: Climanálise Especial. Edição Comemorativa. MCT/INPE. Cachoeira Paulista, SP. GARRANA, D., 2001: Técnicas de baixo custo para previsão de mesoescala. XI Congresso Latino-americano e Ibérico de Meteorologia. Anais em CDROM. Buenos Aires, Argentina. Anais em CDROM. GRELL, G. A., J. DUDHIA & D. R. STAUFFER, 1994: A description of the fifth-generation Penn State/NCAR Mesoscale Model (MM5). NCAR Techical Note 398. JUSTI DA SILVA, M. G. A., I. A. SANTOS & D. G. COELHO, 2001: Operacionalização de previsões meteorológicas locais no estado do Rio de Janeiro. Boletim da Sociedade Brasileira de Meteorologia, 2, v. 25, p OLIVEIRA, G. A, I. A. SANTOS & M. G. A. JUSTI DA SILVA, 2001: Estudo comparativo das previsões para o Rio de Janeiro usando modelos regionais. XI Congresso Latino-americano e Ibérico de Meteorologia, Buenos Aires, Argentina. Anais em CDROM. 3564