AVALIAÇÃO DOS RECURSOS EÓLICOS SIMULADO NO ESTADO DO CEARÁ: UM ESTUDO DE CASO PARA O EL NIÑO 97/98 E PARA LA NIÑA 98/99

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1 Revista Brasileira de Meteorologia, v.29, n.1, , 2014 AVALIAÇÃO DOS RECURSOS EÓLICOS SIMULADO NO ESTADO DO CEARÁ: UM ESTUDO DE CASO PARA O EL NIÑO 97/98 E PARA LA NIÑA 98/99 LUIZ MARTINS DE ARAÚJO JÚNIOR 1, EMERSON MARIANO DA SILVA 2, ALEXANDRE ARAÚJO COSTA 2, DOMINGO CASSAIN SALES 2,3, FRANCISCO DA CHAGAS VASCONCELOS JUNIOR 4, SULLYANDRO OLIVEIRA GUIMARÃES 2 1 Universidade Federal do Ceará (UFC), Fortaleza, CE, Brasil 2 Universidade Estadual do Ceará (UECE), Fortaleza, CE, Brasil 3 Instituto Nacional do Semi-Árido (INSA), Campina Grande, PB, Brasil 4 Universidade de São Paulo (USP), São Paulo, Brasil lu.m.a.junior@gmail.com, emerson.mariano@uece.br, alexandrearaujoc@gmail.com, domingosales@gmail. com, juniorphy@gmail.com, sullyandro@gmail.com Recebido Abril de Aceito Julho de 2013 RESUMO Este estudo foi desenvolvido no intuito de avaliar o potencial eólico do estado do Ceará nos períodos chuvoso e seco em eventos de El Niño e La Niña. Para isso é utilizado o modelo de área limitada, Regional Modelling System (RAMS 6.0), forçado pela reanálise ERA-Interim, para simular a densidade do ar e a velocidade do vento em diferentes níveis atmosféricos. Para avaliação do desempenho do modelo, os dados simulados de velocidade do vento são comparados com dados observados, a 10 m da superfície, de estações climatológicas do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), por meio de gráficos e um conjunto de índices estatísticos. Adicionalmente, mapas mensais de velocidade média a 50 m da superfície foram feitos, classificando o potencial eólico de acordo com o National Renewable Energy Laboratory (NREL). Os resultados apresentados para avaliação do desempenho do modelo mostraram que apesar do modelo superestimar os dados observados, o índice de concordância ou Wilmott e o coeficiente de correlação apresentam valores que variam de moderado (0,40 < r < 0,69) a forte (0,70 < r < 0,89). Através do conjunto de índices estatísticos ainda foi possível extrair que nos semestres mais chuvosos e/ou em período de ocorrência do fenômeno La Niña o desempenho do modelo é melhor. Com relação à avaliação do potencial eólico, notou-se que em ocorrência de ENOS positivo há uma condição mais favorável de geração de energia do que em evento de ENOS na fase fria, principalmente na região litorânea do estado do Ceará. Com isso, conclui-se que o desempenho do modelo foi satisfatório, mostrando ser uma possível ferramenta para futuras rotinas operacionais de previsão dos recursos eólicos do Estado. Palavras-chave: Potencial Eólico, El Niño e La Niña, Downscaling Dinâmico. ABSTRACT: ASSESSMENT OF THE WIND RESOURCES SIMULATED OVER THE CEARÁ STATE: A CASE STUDY FOR THE EL NIÑO 97/98 AND FOR THE LA NIÑA 98/99 This study has been developed to evaluate the wind potential of the Ceará state in the wet and dry seasons during El Niño and La Niña events. The limited area model RAMS 6.0, forced by ERA- Interim Reanalysis, was run to simulate the air density and wind speed in different atmospherics levels. To evaluate the performance of the model, the simulated data of wind speed was compared with observed data, at 10 m height, from climatology stations of the National Institute of Meteorology (INMET), by graphics and by a group of statistical indices. Additionally, monthly maps of mean wind speed at 50 m height were drawn. The wind maps categorized the wind potential according to the classification of the National Renewable Energy Laboratory (NREL). The presented results to evaluate the performance of the model showed that although the model overestimated the observed data, the

2 140 Araújo Júnior et al. Volume 29(1) index of agreement and the correlation coefficient have values ranging from moderate (0.40 < r < 0.69) to strong (0.70 < r < 0.89). By grouping the statistical indices it was possible to conclude that in wetter semesters and/or during the occurrence of the La Niña phenomenon the model performance is better. As far as the assessment of the wind potential, it was noted that during the occurrence of positive ENSO the condition for power generation is a more favorable than during ENSO cold phase events, mainly in the coastal region of Ceará state. It is possible to conclude that the model performance was satisfactory, and thus, it could be used a possible forecasting tool on future operating routines of wind resources in Ceará state. Keywords: Wind Power, El Niño and La Niña, Dinamic Downscaling. 1. INTRODUÇÃO Nos últimos anos houve um aumento massivo nos investimentos em geração de energia elétrica a partir da implantação de parques geradores de energia eólica em várias partes do mundo. No fim de 2008, a potência geradora instalada mundial era da ordem de 120 GW, sendo que em 2009 esse valor cresceu para aproximadamente 158 GW (WWEA, 2009). Estimativas realizadas pelo Global Wind Energy Council (GWEC) mostram que a capacidade acumulada de geração de energia eólica global em 2014 será de 409 GW. Os relatórios da GWEC (2009 e 2010) ainda mencionam que, nos últimos cinco anos, os Estados Unidos da América (EUA) e a China superaram todas as expectativas em relação à capacidade instalada de geração de energia eólica, entretanto, nos EUA o desenvolvimento para 2010 foi prejudicado devido à recessão econômica global, mas a China manteve-se em ritmo acelerado e provavelmente continuará a ser um dos principais impulsionadores do crescimento global desse mercado nos próximos anos (GWEC, 2010). No Brasil e, particularmente, no Estado do Ceará se observa essa tendência mundial de aumento dos investimentos na geração de energia eólica. Atualmente, existem no país 73 parques eólicos em operação, totalizando uma potência de aproximadamente 1,47 GKW, existem 42 parques em construção e 147 outorgados (ANEEL, 2012). No Estado do Ceará existem 17 parques eólicos em operação, capazes de suprir 42% da demanda apresentada na matriz energética do Estado (ANEEL, 2008), com previsão para instalação de mais 48 até Com todo esse investimento na expansão da capacidade de geração de energia eólica instalada, torna-se importante, para auxiliar a implantação dos novos projetos das plantas eólicas, pesquisas sobre as características do potencial eólico observado e na área de previsão dos regime de ventos sobre essas regiões (Pryor, et al., 2005; Oliveira e Costa, 2011; Lima et al., 2012), pois como a potência eólica gerada depende do cubo da velocidade do vento sobre o local do parque eólico, pequenas variações da velocidade do vento sobre essa área acarretará em grande variação no potencial eólico gerado (Sansigolo, 2005; Elamouri e Amar, 2008; Pryor e Barthelmie, 2010). Oliveira (2007) investigou a influência da variabilidade climática e dos impactos da circulação geral no regime dos ventos sobre o Nordeste Brasileiro (NEB), focado principalmente no estado do Ceará. Analisando os resultados é possível concluir que, quando há ocorrência de El Niño e dipolo positivo no Atlântico, há uma intensificação dos ventos próxima à superfície, enquanto que em anos de La Niña e dipolo negativo, tem-se mais chuva e consequente redução da velocidade dos ventos. Silva (2007) caracteriza o regime do vento em Tabuleiros Costeiros (Pilar, Alagoas) afim de estimar o potencial eólico. Pela evolução da velocidade do vento notou-se uma maior intensidade dos ventos no verão e uma menor no inverno. Além disso, observou-se uma diminuição da intensidade dos ventos de grande escala devido o El Niño e uma aceleração no fluxo regional, além da mudança na direção do mesmo. Silva e Brito (2008) analisaram o comportamento do vento ao longo da bacia do São Francisco no período de novembro a março, na época de ocorrência da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS), e também observaram os padrões de convergência de umidade em eventos El Niño e La Niña sobre a Bacia. Para isso foram feitas médias climatológicas da velocidade do vento e gráficos do fluxo de convergência de umidade. Através dos resultados é possível observar que ao norte e ao sul da ZCAS há ventos fortes que produzem uma maior convergência de umidade. Também foi possível observar que em evento El Niño não há padrão de escoamento de umidade, em La Niña observou-se uma pequena convergência sobre a bacia do São Francisco. Vieira (2008) analisa a sensibilidade do modelo Wind Atlas Analysis and Application Program (WASP) à alteração do parâmetro de fluxo calor superficial afim de corrigir os efeitos de instabilidade nos dados de entrada, analisando os valores padrões desse parâmetro no NEB. Nesse contexto, os resultados mostraram a variabilidade na velocidade do vento nos períodos de estiagem e chuvoso em episódio de El Niño e La Niña. Assim foi possível observar, que na estação chuvosa em episódio de La Niña forte em 1999, no norte do NEB, a diminuição da velocidade média do vento é maior do que em evento de El Niño forte em No período seco, notou-se

3 Março 2014 Revista Brasileira de Meteorologia 141 que o aumento dos valores médios da velocidade do vento na La Niña é menor que no El Niño. Nesse contexto, o objetivo principal deste trabalho é avaliar o desempenho de um método de previsão numérica dos ventos e o comportamento do potencial eólico sobre regiões de interesse econômico do Estado do Ceará, em particular em anos de ocorrência do fenômeno climático ENOS (El Niño Oscilação Sul), em suas fases quente (El Niño) e fria (e La Niña), que causam variações no clima dessas regiões. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Simulações numéricas da velocidade do vento Neste estudo aplicou-se a técnica de downscaling dinâmico em simulações numéricas para a obtenção das séries temporais de velocidade do vento sobre as regiões do Estado do Ceará. Foi usado o Regional Atmosferic Modeling System (RAMS) inicializado com as variáveis de superfície obtidas do projeto de Reanálise do ERA-Interim, no período de 1989 a 2007, com resolução espacial de 0,75º x 075º e com um domínio de grade que cobre as Américas Tropicais, como proposto Coordinated Regional Downscaling Experiment (CORDEX) - As Figuras 1 e 2 mostram, respectivamente, o domínio utilizado nas simulações e um destaque para a região de interesse econômico do Estado do Ceará. O CORDEX é um experimento criado pela World Climate Research Programme (WCRP), que tem o intuito de avaliar e melhorar a técnicas de downscaling climáticos regionais, além de gerar informações de mudanças climáticas sobre diversas regiões do globo para o quinto relatório de Avaliação (Fifth Assessment Report -AR5) do Intergovernmental Panel on Cimate Change (IPCC). Os grupos de modelagem participantes desse projeto internacional tem que realizar simulações com resolução espacial horizontal de aproximadamente 50 km na primeira fase do experimento (Giorgi et al., 2009). Nesse contexto, as simulações foram realizadas com uma grade de 252 pontos de longitude e 136 pontos de latitude, com projeção polar-estereográfica, centrada nas coordenadas 10ºN e 73ºW e com espaçamento horizontal de 50 km e 29 níveis verticais, de espaçamento variando entre 100 metros próximo a superfície até 1,3 km próximo ao topo do modelo (situado a aproximadamente 20,8 km). A coordenada vertical usada é do tipo sigma-z. O primeiro nível do modelo é em baixo do solo e o segundo nível já é acima da superfície. Para o caso da simulação descrita no estudo, esse segundo nível (50 m da superfície) foi o utilizado para análise das velocidades do vento, porém, como não há ventos observados a essa altura na base de dados observados utilizada, foram feitas comparações com ventos simulados a 10 m, esses ventos são obtido através da própria saída do modelo RAMS que usa uma extrapolação baseada na teoria da similaridade, e leva em consideração o stress do vento, as propriedades de temperatura potencial e razão de mistura. O relaxamento newtoniano (nudging) adotado foi realizado nas laterais, no topo e no domínio inteiro. O lateral é realizado com três pontos assumindo escala de tempo de s como valor constante (com zona de buffer de três pontos) e ocorre de fora para dentro da grade. No topo, o nudging é feito a partir dos m, numa escala de tempo de s, assim como o nudging central, todos com peso igual a 1. Figura 1 Domínio das Américas Tropicais proposto pelo CORDEX.

4 142 Araújo Júnior et al. Volume 29(1) Figura 2 Destaque para as estações meteorológicas nas regiões de interesse econômico do Estado do Ceará. As parametrizações físicas usadas nas simulações foram: o esquema de radiação de onda curta e de onda longa de Chen e Cotton (1983), a parametrização de convecção desenvolvida por Kain-Fritsch (Kain, 2004), ambos com a frequência de atualização a cada s, a parametrização de turbulência de Mellor e Yamada e a parametrização de microfísica de nuvens descrita em Walko et al. (1995). A escolha das regiões a serem analisadas (litoral, sertão central e sul) se deve a localização geográfica e suas respectivas importâncias econômicas no Estado, determinadas pelo Instituto de Pesquisa e Estratégia Econômica do Ceará (IPECE, 2011), bem como a qualidade das observações dos períodos de ocorrência de El Niño e La Niña entre 1989 e Os anos de influência da ocorrência dos fenômenos ENOS (El Niño Oscilação Sul) avaliados foram em suas fases quente (El Niño 1997/1998) e fria (La Niña 1998/1999) (CPTEC, 2012). As análises foram realizadas através da comparação dos dados de vento simulados (a 10m e 50m da superfície) e observados (a 10 metros da superfície) em estações meteorológicas de observação de superfície convencional do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), por um anemógrafo tipo universal (Fuess, modelo 82b, No. A-9506), localizados nos municípios de Acaraú e Fortaleza, na região litorânea, Crateús e Tauá, na região sertão central e Barbalha na região sul do Ceará, como indicadas na Figura Análise estatística das simulações A avaliação do desempenho estatístico de simulações dos modelos numéricos de mesoescala, através da obtenção de um conjunto de índices estatísticos, que comparam as informações obtidas nas simulações com observações, é uma maneira satisfatória de obter desempenho desses modelos (Weber et al., 1982; De Maria et al, 2008). Assim, na avaliação do desempenho das simulações foram calculados um conjunto desses índices estatísticos com as médias diárias dos valores da velocidade do vento simulados e observados a 10 m de altura. São esses: Viés Estatístico (b), Razão entre Desvios Padrões (R σ ), Índice de Concordância (I c ) ou Índice de Wilmott e Índice de Correlação (r). As formulações matemáticas associadas a cada um desses índices e a classificação dos índices de correlação são mostradas nas Tabelas 1 e 2. Nas formulas utiliza-se o conceito de desvio das séries modeladas ( ) e observadas (ψ ), de valores médios das séries modeladas ( ) e observadas ( ) e da quantidade de valores de cada série (N). 2.3 Avaliação dos recursos eólicos sobre as regiões do Ceará Após se determinar o desempenho do método proposto para simular os campos de vento sobre as regiões de interesse econômico do Estado do Ceará, foi realizada uma avaliação dos recursos eólicos simulados a 50 m da superfície em anos de ocorrência do fenômeno ENOS. Foram analisados os valores médios de velocidades dos ventos simulados e, assim, foram obtidos mapas de velocidade média mensal do vento, além de mapas com as diferenças na velocidade do vento em anos de ocorrência de El Niño e La Niña. Adicionalmente, para a classificação do potencial eólico da região usou-se a recomendação do National Renewable

5 Março 2014 Revista Brasileira de Meteorologia 143 Tabela 1 Índices estatísticos com seus respectivos símbolos e formulação matemática. Índice Símbolo Fórmula Valor Ideal N i i i= 1 Viés b b = ( φ ψ ) 1 N 0 Razão entre Desvios Padrão R σ σ φ R σ = 1 σψ Índice de Concordância I c I = 1 c N 2 φ 1 i ψ i= i N 2 ( φi ψi + ψi ψi ) i= 1 1 Correlação Fonte: Adaptada de De Maria, Costa e Sombra (2008). r φψ r = 1 ' ' 1 N i i N i= 1 σσ φ ψ Tabela 2 Interpretação dos índices de correlação de Pearson. Correlação Desempenho >0,90 Muito Forte 0,89 a 0,70 Forte 0,69 a 0,40 Moderada 0,39 a 0,20 Fraca < 0,19 Muito Fraca Fonte: Devore (2006). Energy Laboratory (NREL) - EUA, que consiste em associar classes de valores de densidade de potencia eólica (D p ) a classes de valores de velocidade média do vento (a 10 e a 50 metros acima da superfície) para determinar a qualidade do potencial eólico de uma determinada região, como mostrado na Tabela 3. 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1 Análise do desempenho das simulações sobre a região litorânea do Ceará Para a avaliação do desempenho das simulações sobre a região litorânea, foram comparadas as séries temporais mensais dos valores médios da velocidade do vento simulados e observados nas estações meteorológicas do INMET nos municípios de Acaraú e Fortaleza (mostradas na Figura 2). Adicionalmente, a climatologia dos dados de velocidade do vento observados dessas localidades foi apresentada. Nos dois períodos de ocorrência do fenômeno ENOS observam-se variações no regime de vento dessa região, em particular no primeiro semestre de cada ano subsequente a essa ocorrência, período que corresponde ao período chuvoso dessa região. Dessa forma, em geral, encontram-se ventos em torno e acima da média climatológica, quando se tem a ocorrência de El Niño e ventos em torno e abaixo da média climatológica no período de ocorrência de La Niña. No segundo semestre desses anos tem-se ventos em torno da média climatológica, que variam de 4,6 a 5,9 m/s, na região de Acaraú e ventos médios observados, com valores de 3,2 a 2,4 m/s, abaixo da média climatológica na região da estação meteorológica de Fortaleza (Figura 3) em ocorrência de evento La Niña. Os valores simulados tendem a se aproximar dos valores observados e acompanham as tendências de aumento e diminuição dos valores medidos, conforme mostram os índices de concordância e os coeficientes de correlação estatística mostrados na Tabela 4, com baixos valores de viés estatístico na região de Acaraú, oscilando entre 0,22 e 0,20 m/s, apesar de apresentar maiores valores de viés estatísticos positivos para região de Fortaleza, com valores em torno de 0,73 m/s, em período de ocorrência de El Niño. Destaca-se que a razão entre os desvios padrões das amostras apresentam valores próximos do ideal (valor 1) em todas as situações investigadas. 3.2 Análise do desempenho para região do sertão central do Ceará Nas regiões do sertão central do Ceará, em particular na comparação com os dados da estação meteorológica de Crateús, em geral, observam-se que no período de ocorrência dos ENOS, os ventos são em torno da média climatológica. Para o primeiro semestre do ano subsequente dessa ocorrência, os ventos são acima da média climatológica, quando se tem a ocorrência de El Niño, e em torno da média no período de influência da La

6 144 Araújo Júnior et al. Volume 29(1) Tabela 3 Associação das classes de velocidade média do vento (m/s ) com classes de densidade de potência média (DPm) em W/m 2, medidas a 10 e a 50 metros acima do superfície. Classe de vento D Pm a 10m v m a 10m D Pm a 50m v m a 50m Descrição 1 0, ,0-4,4 0, ,0-5,6 Pobre ,4-5, ,6-6,4 Marginal ,1-5, ,4-7,0 Satisfatório ,6-6, ,0-7,5 Bom ,0-6, ,5-8,0 Excelente ,4-7, ,0-8,8 Proeminente ,0-9, ,8-11,9 Esplêndido Fonte: National Renewable Energy Laboratory - USA (a) (b) (c) (d) Figura 3 Valores médios de velocidade do vento (simulados, observados e climatologia) obtidos para as estações da região litorânea (Acaraú e Fortaleza), (a) e (b) no período de El Niño forte (de julho de 1997 a junho de 1998), (c) e (d) no período de La Niña moderada (de julho de 1998 a junho de 1999). Niña. Para a região de Tauá observam-se ventos abaixo da média climatológica em todos os períodos de influência do ENOS. Crateús e Tauá obtiveram correlação estatística moderada (0,40 < r < 0,69) entre os valores de velocidade do vento simulados e observados nesses períodos, como mostrado na Tabela 3. Encontra-se valores negativos de viés para região de Crateús e valores positivos para a região de Tauá, as razões dos desvios padrões apresentam valores em torno do valor ideal. 3.3 Análise do desempenho para região sul do Ceará A Figura 5 apresenta as séries de valores médios de velocidade do vento simulado na região e observado na estação meteorológica do município de Barbalha, nos períodos de influência da ocorrência do fenômeno ENOS. Nos dois períodos encontram-se valores médios da velocidade do vento em torno da média climatológica, com algumas

7 Março 2014 Revista Brasileira de Meteorologia 145 Tabela 4 Valores obtidos para os índices estatísticos calculados para as estações meteorológicas da região litorânea (Acaraú e Fortaleza), sertão central (Crateús e Tauá) e sul (Barbalha) do Estado do Ceará, no período de ocorrência de El Niño forte ( ) e de La Niña moderada ( ). Em que: b representa o viés estatístico, R é a razão entre os desvios padrões das amostras, Ic representa o índice de concordância e r o coeficiente de correlação estatística. Acaraú (El Niño) Acaraú (La Niña) Ano/Índice 1997 Ano/Índice 1998 Ano/Índice 1998 Ano/Índice 1999 b 2sem -0,22 b 1sem 0,04 b 2sem -0,04 b 1sem 0,20 R σ2sem 0,88 R σ1sem 1,24 R σ2sem 1,35 R σ1sem 1,38 Ic 2sem 0,74 Ic 1sem 0,80 Ic 2sem 0,81 Ic 1sem 0,85 r 2sem 0,59 r 1sem 0,66 r 2sem 0,69 r 1sem 0,78 Fortaleza (El Niño) Fortaleza (La Niña) b 2sem 0,74 b 1sem 0,73 b 2sem 0,81 b 1sem 0,39 R σ2sem 1,16 R σ1sem 1,04 R σ2sem 1,32 R σ1sem 1,21 Ic 2sem 0,57 Ic 1sem 0,65 Ic 2sem 0,57 Ic 1sem 0,78 r 2sem 0,53 r 1sem 0,61 r 2sem 0,59 r 1sem 0,69 Crateús (El Niño) Crateús (La Niña) b 2sem -0,26 b 1sem -0,47 b 2sem -0,54 b 1sem -0,37 R σ2sem 1,32 R σ1sem 1,37 R σ2sem 1,17 R σ1sem 1,27 Ic 2sem 0,65 Ic 1sem 0,69 Ic 2sem 0,66 Ic 1sem 0,62 r 2sem 0,44 r 1sem 0,56 r 2sem 0,51 r 1sem 0,41 Tauá (El Niño) Tauá (La Niña) b 2sem 0,84 b 1sem 0,33 b 2sem 0,60 b 1sem 0,07 R σ2sem 1,16 R σ1sem 1,10 R σ2sem 1,23 R σ1sem 1,00 Ic 2sem 0,58 Ic 1sem 0,79 Ic 2sem 0,60 Ic 1sem 0,65 r 2sem 0,50 r 1sem 0,67 r 2sem 0,43 r 1sem 0,40 Barbalha (El Niño) Barbalha (La Niña) b 2sem 0,47 b 1sem 0,59 b 2sem 0,32 b 1sem 0,67 R σ2sem 1,63 R σ1sem 1,21 R σ2sem 1,78 R σ1sem 1,11 Ic 2sem 0,72 Ic 1sem 0,78 Ic 2sem 0,71 Ic 1sem 0,56 r 2sem 0,69 r 1sem 0,78 r 2sem 0,66 r 1sem 0,46 Com grau de significância de 99% (teste t de Student) situações pontuais de destaque, como é o caso do mês de junho de As simulações apresentam viés estatístico positivo, variando de 0,32 a 0,67 m/s, com razão entre os desvios padrões do segundo semestre de 1997 e 1998, maior do que nos casos anteriores analisados. Os índices de concordância e coeficientes de correlação estatística calculados mostram correlação de moderada (0,40 < r < 0,69) a forte (0,70 < r < 0,89) entre as séries de valores simulados e observados. Esses resultados concordam com as análises realizadas no caso anterior e, assim, demonstram que o método usado nas simulações apresenta desempenho satisfatório para a reprodução e pode ser usado na previsão do vento sobre essas regiões. 3.4 Classificação do potencial eólico vento sobre o Ceará Uma vez avaliado, que o método proposto apresenta desempenho satisfatório para simular o regime de ventos observados em superfície, nas diversas regiões de interesse econômico do Estado, apresenta-se a avaliação do potencial eólico obtido a 50 (cinquenta) metros da superfície, altura média das primeiras turbinas eólicas instaladas nos diversos parques de geração de energia eólica no Ceará. Na Figura 6 são mostrados os campos da velocidade média mensal do vento obtidos nas simulações para os períodos de ocorrência do El Niño. Os resultados mostram que nos meses de julho à dezembro de 1997 encontram-se os maiores valores da velocidade do vento. Nesse período, as velocidades médias nas regiões litorâneas variam entre 6,0 e 8,0 m/s, o que classifica o potencial eólico dessa região entre satisfatório a excelente. Nas regiões do sertão central e sul, os valores variam entre 4,0 e 6,0 m/s, potencial eólico classificado entre pobre e marginal. No período entre janeiro e maio de 1998, período da estação chuvosa da região, encontram-se os menores valores médios de velocidade do vento, sendo que os valores na região litorânea variam entre 4,0 a 6,0 m/s, indicando que o potencial eólico da região é classificado como marginal, com um relativo aumento nos meses de maio e junho. No sertão central e na

8 146 Araújo Júnior et al. Volume 29(1) (a) (b) (c) (d) Figura 4 Valores médios de velocidade do vento (simulados e observados) sobre as regiões do sertão central (Crateús e Tauá), (a) e (b) no período de El Niño forte (de julho de 1997 a junho de 1998), (c) e (d) no período de La Niña moderada (de julho de 1998 a junho de 1999) (a) (b) Figura 5 Valores médios de velocidade do vento (simulados e observados) sobre a região sul (Barbalha), (a) no período de El Niño forte (de julho de 1997 a junho de 1998) e (b) de La Niña moderada (de julho de 1998 a junho de 1999). região sul, os valores acompanham o mesmo padrão de variação, ou seja, nos quatro primeiros meses não ultrapassam os 4,0 m/s e nos dois últimos meses do semestre, chegam a 6,0 m/s. Para o período de influência da La Niña, segundo semestre de 1998 e primeiro semestre de 1999, os campos de velocidade média do vento são mostrados na Figura 7. Nesse período encontra-se um padrão de variação da velocidade média do vento semelhante ao encontrado no período anterior para as três regiões analisadas. A região litorânea apresenta no segundo semestre os maiores valores médios de velocidade do vento, que variam entre 7,0 e 9,0 m/s, potencial eólico variando entre bom e esplêndido, e potencial classificado como marginal no

9 Março 2014 Revista Brasileira de Meteorologia Julho/97 Agosto/ Setembro/97 Com grau de significância de 99% (teste t de Student) Outubro/97 Novembro/97 Dezembro/97 Janeiro/98 Fevereiro/98 Março/98 Abril/98 Maio/98 Junho/98 Figura 6 Mapas de velocidade média do vento a 50 metros da superfície, no período de ocorrência de El Niño (julho de 1997 a junho de 1998). Figura 6 Mapas de velocidade média do vento a 50 metros da superfície, no período de ocorrência de El Niño (julho de 1997 a junho de 1998).

10 148 Araújo Júnior et al. Volume 29(1) Julho/98 Agosto/98 Setembro/98 Outubro/98 Novembro/98 Dezembro/98 Janeiro/99 Fevereiro/99 Março/99 Abril/99 Maio/99 Junho/99 Figura 7 Mapas de velocidade média do vento a 50 metros da superfície, no período de ocorrência de La Niña (julho de 1998 a junho de 1999). Figura 7 Mapas de velocidade média do vento a 50 metros da superfície, no período de ocorrência de La Niña (julho de 1998 a junho de 1999).

11 Março 2014 Revista Brasileira de Meteorologia 149 Jul/97 Jul/98 Ago/97 Ago/98 Set/97 Set/98 Out/97 Out/98 Nov/97 Nov/98 Dec/97 Dec/98 Jan/98 Jan/99 Fev/98 Fev/99 Mar/98 Mar/99 Abr/98 Abr/99 Mai/98 Mai/99 Jun/98 Jun/99 Figura 8 Mapas de diferença da velocidade média do vento, El Niño forte (julho de 1997 a junho de 1998) menos La Niña (julho de 1998 a junho 8 metros Mapas de diferença da velocidade média do vento, El Niño forte (julho de 1997 a junho de 1998) menos de Figura 1999) a 50 da superfície La Niña (julho de 1998 a junho de 1999) a 50 metros da superfície.

12 150 Araújo Júnior et al. Volume 29(1) primeiro semestre, com ventos médios que não ultrapassam os 6,0 m/s. Nas regiões do sertão central e sul, as velocidades médias chegam a 6,0 m/s no segundo semestre e variam entre 2,0 e 5,0 m/s no primeiro semestre, assim, tem o potencial eólico classificado como marginal e pobre, respectivamente. A Figura 8 apresenta mapas de diferença da velocidade média do vento entre os períodos de ocorrências dos eventos de ENOS. Em geral, no segundo semestre não se observa diferenças significativas nos campos de velocidade do vento sobre a região, no entanto, no primeiro semestre, período chuvoso da região, é possível observar que a diferença entre os campos de velocidade média é mais evidente. Comparando-se os resultados obtidos para os períodos de ocorrência dos fenômenos climáticos El Niño e La Niña, identifica-se que no segundo semestre dos anos de ocorrência desses fenômenos não existe grande influência do escoamento de grande escala nos regimes médios de ventos locais, já nos primeiros semestres dos anos subsequentes aos de ocorrência desses fenômenos essa influência é evidente. Nesse período, no ano de ocorrência de El Niño, se observa uma intensificação dos ventos nas regiões investigadas, e no ano de ocorrência de La Niña, um enfraquecimento dos ventos médios nesse período. 4. CONCLUSÕES Conclusões acerca do desempenho downscaling dinâmico e da classificação do potencial eólico sobre as regiões de interesse econômico do Estado do Ceará podem ser descritas a partir das análises dos resultados obtidos. Encontra-se nas análises desse estudo, que para o primeiro semestre dos anos de ocorrência dos fenômenos de ENOS, período da estação chuvosa nas três regiões investigadas, se observam intensificação dos ventos em superfície no período de ocorrência do fenômeno climático El Niño e enfraquecimento dos ventos no período da La Niña, concordando com o apresentado por Oliveira e Costa (2011) e Menezes Neto et al. (2006). O desempenho do método usado é considerado satisfatório para simulação dos valores médios mensais da velocidade do vento sobre as regiões de interesse econômico do Estado, apesar dos valores médios simulados apresentarem subestimativas ou superestimativas dos valores observados nessas regiões. Os valores obtidos para o conjunto de índices estatísticos, calculados com os valores médios diários (simulados e observados) e usados nas avaliações das simulações, em geral, mostram concordância com os resultados das análises realizadas através da comparação qualitativa das séries de valores médios mensais (mostradas nas Figuras 3 a 5). Os índices de concordância e os coeficientes de correlação estatística, que em geral variam de moderado a forte em todas as situações investigadas, segundo a classificação apresentada por Devore (2006), reforçam a classificação do desempenho satisfatório do método proposto. Em relação à classificação dos recursos eólicos existentes nessas regiões, segundo a classificação do NREL, tem-se que a região litorânea do Estado apresenta maior potencial de geração de energia eólica, quando comparada com as demais regiões de interesse econômico do Ceará. Nas regiões do sertão central e sul do Estado, encontram-se nos diversos períodos investigados, potencial eólico classificado como pobre ou marginal. Em síntese, os resultados apresentados mostraram-se coerentes com os apresentados em estudos publicados e indicam que o uso do modelo regional RAMS, forçado por campos de reanálises do projeto ERA-Interim, sugeridos no experimento CORDEX, apresentou um desempenho satisfatório na representação das variações dos campos de vento observado sobre as mesorregiões do Estado do Ceará, apresentando-se como uma ferramenta possível para futuras rotinas operacionais de previsão dos recursos eólicos dessas regiões. 5. AGRADECIMENTOS À Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos (FUNCEME) e à Fundação Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico (FUNCAP), pela concessão de bolsa ao primeiro autor. Este trabalho foi financiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e FUNCAP através, respectivamente, dos Projetos MOREA (Modelagem Climática Regional (Downscaling) e suas Aplicações em energias Renováveis, Edital 05/2010, Processo /2010-6) e MUVUCA (Mudanças Climáticas, Variabilidade Climáticas e seus Impactos no Semiárido: Recursos Hídricos, Energias Renováveis, Ambiente e Agricultura), Edital 09/2010 do PRONEM. 6. REFERÊNCIAS AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA, Atlas de Energia do Brasil 3ª edição. Disponível em: aneel.gov.br/arquivos/pdf/atlas_capa_sumario.pdf Acesso em: 20 de julho de AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Disponível em: capacidadebrasil/capacidadebrasil.asp Acesso em: 02 de fevereiro de CHEN, C.; COTTON, W. R. A one-dimensional simulation of the stratocumulus-capped mixed layer. Boundary-Layer Meteorology, v. 25, p , 1983.

13 Março 2014 Revista Brasileira de Meteorologia 151 CPTEC 2012 De MARIA, P. H. S.; COSTA, A. A.; SOMBRA, S. S. Modelagem numérica em alta resolução para previsão de geração de energia eólica no Ceará. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 23, n. 4, p , DEVORE, J. L. Probabilidade e estatística para engenharia e ciências. São Paulo, Pioneira Thomson Learning, ELAMOURI, M.; AMAR, F. B. Wind Energy Potential in Tunisia. Renewable Energy, v. 33, n. 10, pp , doi: /j.renene GIORGI, F.; JONES, C.; ASRAR, G. R. Addressing climate information needs at the regional level: the CORDEX framework. WMO Bulletin, n. 58, v. 3, p , Global Wind Energy Council, Global Wind Report Disponível em: Acesso em: 20 de julho de Global Wind Energy Council, Global Wind Report Disponível em: Publications/GWEC_annual_market_update_2010_-_2nd_ edition_april_2011.pdf. Acesso em: 09 de maio de INSTITUTO DE PESQUISA E ESTRATÉGIA ECONÔMICA DO CEARÁ. Disponível em: br/atlas/capitulo1/11/129x.htm. Acesso em: 04 de março de KAIN, S. J. The Kain-Fritsch convective parameterization: an update. Journal of Applied Meteorology, v. 43, n. 1, p , LIMA, F. J. L.; CAVALCANTI, E. P.; SOUZA, E. P.; SILVA, E.M. Evaluation of the Wind Power in the State of Paraíba Using the Mesoscale Atmospheric Model Brazilian Developments on the Regional Atmospheric Modelling System. ISRN Renowable Energy, v. 2012, 16p, Doi: /2012/ MENEZES NETO, O. L.; OLIVEIRA, J. L.; COSTA, A. A.; SOMBRA, S. S. Impactos da circulação geral em casos de El Niño e La Niña no potencial eólico no Nordeste Brasileiro.In:CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA, 14., 2006.Florianópolis, RJ. Anais... Rio de Janeiro: Sociedade Brasileira de Meteorologia, OLIVEIRA, J. L. Influência da circulação geral e da variabilidade interanual sobre o potencial eólico do Nordeste Brasileiro Dissertação (Mestrado em Ciências Físicas Aplicadas) Universidade Estadual do Ceará, OLIVEIRA, J. L.; COSTA, A. A. Estudo de variabilidade do vento em escala sazonal sobre o nordeste brasileiro utilizando o RAMS: Os casos de e Revista Brasileira de Meteorologia, v. 26, n. 1, p , PRYOR, S. C.; BARTHRLMIE, R. J. Climate change impacts on wind energy: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 14, n.1, p , PRYOR, S. C.; SCHOOF, J. T.; BARTHELMIE, R. J. Empirical downscaling of wind speed probability distributions. Journal of Geophysical Research, v. 110, doi: /2005JD SANSIGOLO, C. A. Distribuição de probabilidade de velocidade e potência do vento. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 20, n. 2, p , SILVA, D. F.; BRITO, J. I. B. Variabilidade do vento na bacia hidrográfica do rio São Francisco durante a ocorrência da ZCAS. Ambiência Revista do Setor de Ciências Agrárias e Ambientais, v. 4, n. 2, SILVA, J. K. A. Caracterização do vento e estimativa potencial eólico para a região de Tabuleiros Costeiros (Pilar, Alagoas). Dissertação (Mestrado em Meteorologia: Processos de Superficie Terrestre) - Universidade Federal de Alagoas. Instituto de Ciências Atmosféricas. Maceió, AL, VIEIRA, C. F. A. Sensibilidade do modelo WAsP aos efeitos da estabilidade atmosférica no Nordeste do Brasil Dissertação (Mestrado em Ciências Físicas Aplicadas) - Universidade Estadual do Ceará, Fortaleza, WALKO, R. L.; COTTON, W. R.; MEYERS, M. P.; HARRINGTON, J. Y. New RAMS cloud microphysics parameterization Part I: the single-moment scheme. Atmospheric Research, Elsevier Science, v. 38, n. 1, p , WEBER, A. H.; BUCKNER, M. R.; WEBER, J. H. Statistical Performance of several mesoscale atmospheric dispersion models. Journal of Applied Meteorology, v. 21, p , WORLD WIND ENERGY ASSOCIATION, World Wind Energy Report Disponível em: < org/home/images/stories/worldwindenergyreport2009_s. pdf> Acesso em: 15 de julho de 2010.