Modelagem Climática LAMMA/NACAD/LAMCE Histórico e Projetos Futuros. Marcio Cataldi

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1 Estado da Arte da Modelagem Climática no Brasil COPPE/UFRJ- RJ Modelagem Climática LAMMA/NACAD/LAMCE Histórico e Projetos Futuros Marcio Cataldi Operador Nacional do Sistema Elétrico ONS Universidade Federal Fluminense - UFF

2 Modelagem Climática LAMMA/UFRJ - Histórico O Laboratório de Modelagem de Processos Marinhos e Atmosféricos LAMMA/UFRJ iniciou suas atividades relacionadas à modelagem do clima no início de 1999, com a implementação do Community Climate Model versão 3.2 CCM 3.2 do National Center for Atmospheric Research NCAR, em uma máquina IBM SP2 do Núcleo de Computação Eletrônica NCE da UFRJ.

3 Modelagem Climática LAMMA/UFRJ - Histórico Em 2005 foi utilizado o modelo CCM 3.3 na investigação de como a Alta Subtropical do Atlântico Sul, em resposta às anomalias de temperatura da superfície do mar no Pacífico equatorial e via circulação de Walker e Hadley, influencia a profundidade e, conseqüentemente, a disponibilidade da Água Central do Atlântico Sul ao bombeamento de Ekman, na bacia sudoeste do Atlântico Sul

4 Modelagem Climática LAMMA/UFRJ - Histórico Em 2008 foi utilizado o modelo Community Atmospheric Model versão 2.0 CAM 2.0, para auxiliar na investigação da influência das anomalias da TSM do Atlântico Sul extratropical, na região de confluência das correntes do Brasil e das Malvinas, no regime de precipitação das regiões Sul e Sudeste do Brasil. O modelo CAM é continuidade do modelo CCM, com evoluções principalmente na parte de parametrizações e algoritmos de acoplamento. Nesta etapa o LAMMA já estava associado com o Núcleo de Atendimento em Computação de Alto desempenho - NACAD e o Laboratório de Métodos Computacionais em Engenharia LAMCE, ambos da COPPE/UFRJ, o que proporcionou uma grande evolução na disponibilidade de recursos computacionais para este tipo de estudo.

5 Modelagem Climática LAMMA/UFRJ - Histórico mm/mês

6 Modelagem Climática LAMMA/UFRJ - Histórico Utilização do CAM para investigar também o efeito acoplado das anomalias da TSM do Pacífico Equatorial e do Atlântico Sul na circulação da atmosfera sobre a AS. m/s (a) (b) (c) Observado em janeiro de 1983 Simulação considerando EL Niño Simulação considerando EL Niño + Alântico Sul

7 Modelagem Climática LAMMA/UFRJ - Histórico As simulações do CAM foram realizadas em uma estação de trabalho dedicada SGI Origin 300, com 4 processadores e 2 GB de RAM por núcleo; Solução das equações a cada 1200 seg; Para 31 meses de integração foram gastos em média 3464 min, aproximadamente 58 horas. Para cada mês de integração o tempo médio é de 1,58 h ou 223 s por dia de integração;

8 Projetos Futuros LAMMA/LAMCE/NACAD

9 Modelagem Climática LAMMA/LAMCE/NACAD Projetos Futuros NACAD Computação de Alto Desempenho em Engenharia e Ciência Computacional Disponibilizar e operar infra-estrutura de computação avançada Desenvolver e apoiar projetos multidisciplinares de P&D de relevância, principalmente em: Energia: Óleo e Gás, Elétrica Engenharia Civil, Mecânica e Materiais Meio Ambiente, Meteorologia e Oceanografia Computação, Banco de Dados e Mineração de Dados

10 Modelagem Climática LAMMA/LAMCE/NACAD Projetos Futuros Sistemas do NACAD SGI InfiniteStorage Rack de serviços Cluster Dell SGI Altix 450 SGI Altix ICE 8200

11 Modelagem Climática LAMMA/LAMCE/NACAD Projetos Futuros Computador Galileu (Sun Blade 6048) 896 nós de processamento compostos de 2 CPUs Quad Core Intel i7 Xeon (Nehalem) com velocidade de 2,8 GHz, totalizando 7168 cores; 24 Gbytes por nó de processamento (3 GBytes por core), com um total de 21 TBytes RAM (distribuída); Sistema de armazenamento em disco de 216 Tbytes acessados através de sistema de arquivo paralelo LusterFS; SO RedHat Enterprise Linux (RHEL) nos servidores e CentOS nos nós de processamento; Compiladores Intel e GNU (Fortran-90 e C/C++) com suporte OpenMP e bibliotecas MPI para aplicações paralelas Intel MPI, MVAPICH2 e OpenMPI.

12 Modelagem Climática LAMMA/LAMCE/NACAD Projetos Futuros Projetos de pesquisas e teses de Doutorado em andamento Avaliação do impacto de cenários de desmatamento da região Amazônica no potencial médio de Geração de Energia Hidrelétrica no subsistema SE/CO (utilização do modelo CAM 4.0 e modelos autoregressivos). Regionalização dinâmica dos resultados deste estudo com o modelo MM5, visando a sua utilização em modelos do tipo chuvavazão conceituais.

13 Modelagem Climática LAMMA/LAMCE/NACAD Projetos Futuros Projetos de pesquisas e teses de Doutorado em andamento Realizar downscaling híbrido, utilizando técnicas determinísticas (dinâmica) e estocásticas, de cenários de mudanças climáticas do IPCC (International Panel on Climate Change), visando à determinação, diante do quadro de mudanças climáticas, da disponibilidade hídrica média para a Geração de Energia hidrelétrica do país e a revisão dos valores de energia assegurada

14 Modelagem Climática LAMMA/LAMCE/NACAD Projetos Futuros Exemplos de downscaling estatístico Nos últimos anos o ONS tem investido na remoção de viés, ou downscale estatístico, das previsões do modelo regional ETA para um horizonte de 10 dias. As técnicas utilizadas são baseadas: na obtenção de curvas de permanência com a precipitação prevista versus precipitação observada, plotando-se pontos de mesma freqüência desta curva e ajustando-se uma equação de segundo grau; na utilização de Redes Neurais Artificiais que utilizam além da precipitação, outras variáveis prognósticas resultantes da modelagem numérica.

15 Modelagem Climática LAMMA/LAMCE/NACAD Projetos Futuros Exemplos de downscaling estatístico Precipitação total Observada 9 dias - y - (mm) 300 CAMARGOS - Período Dezembro/Janeiro y = x ,0 100 y = 0,00179x 2 + 0,69219x R 2 = 0, Precipitação total Prevista 9 dias - x - (mm) Extraído de Saturnino Braga et al (2009)

16 Modelagem Climática LAMMA/LAMCE/NACAD Projetos Futuros Exemplos de downscaling estatístico Redes Neurais Artificiais 200 Precipitação semanal acumulada nos anos de 2002 e mm jan-02 mar-02 mai-02 jul-02 set-02 nov-02 jan-03 mar-03 mai-03 jul-03 set-03 nov-03 Precipitação Observada Precipitação prevista - ETA Precipitação Prevista - Eta Corrigida Extraído de Lopes Dias (2010)

17 Modelagem Climática LAMMA/LAMCE/NACAD Considerações Finais Em julho de 2010 o ONS realizou um seminário abrangendo o tema Previsão Climática Sazonal Qual o seu uso? Neste seminário o CPTEC e o INMET apresentaram o estado da arte atual das previsões climáticas sazonais operacionais no Brasil; Neste evento ficou latente a necessidade de se investir na previsão climática, também para horizontes sazonais, além de se estreitar o diálogo entre os provedores e os usuários desta informação. As aplicações deste tipo de previsão são inúmeros no Brasil, como no turismo, agricultura, e atualmente também no planejamento energético da operação do Sistema Interligado Nacional SIN.

18 APOIO Exemplo de utilização de Modelagem Climática Sazonal no ONS

19 Modelagem Climática LAMMA/LAMCE/NACAD Apoio Para esse estudo foram utilizados um total de 99 previsões, obtidas com a utilização dos modelos ETA e Global do CPTEC e do modelo CAM 2.0 do NCAR rodado na COPPE/UFRJ. ETA TSM Persistida 5 Inicializações com diferentes Cond. Iniciais CAM TSM Numérica 4 Previsões com diferentes combinações entre a La Niña e o Atlântico Sul (condições de contorno). Global TSM Prevista TSM Persistida 3 diferentes Parametrizações de convecção 3 diferentes Parametrizações de convecção 15 Inicializações com diferentes Cond. Iniciais 15 Inicializações com diferentes Cond. Iniciais

20 Precipitação (% da média) Modelagem Climática LAMMA/LAMCE/NACAD Apoio 200 Bacia do rio Grande Anomalia Prec. Prevista Mar Cenário Inferior (%) 59 Cenário Superior (%) 153 Média (%) Nov Dez Jan Fev Mar Média (%) Observado Cenário Inferior (%) Cenário Superior (%)

21 Precipitação (% da média) Modelagem Climática LAMMA/LAMCE/NACAD Apoio 200 Bacia do rio Tocantins Anomalia Prec. Prevista Mar Cenário Inferior (%) 95 Cenário Superior (%) 137 Média (%) Nov Dez Jan Fev Mar Média (%) Observado Cenário Inferior (%) Cenário Superior (%)

22 Precipitação (% da média) Modelagem Climática LAMMA/LAMCE/NACAD Apoio 200 Bacia do rio Iguaçu Anomalia Prec. Prevista Mar Cenário Inferior (%) 41 Cenário Superior (%) 157 Média (%) Nov Dez Jan Fev Mar Média (%) Observado Cenário Inferior (%) Cenário Superior (%)

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