Dissertação de Mestrado do Curso da Pós-Graduação em Meteorologia, orientada pelo Dr. Prakki Satyamurty, aprovada em 11 de setembro de 2001.

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1 INPE TDI/918 UM ESTUDO DE AVALIAÇÃO ESTATÍSTICA DO MODELO GLOBAL DO CPTEC COM RELAÇÃO AO NÚMERO, TRAJETÓRIA E INTENSIDADE DE CICLONES E ANTICICLONES PARA O HEMISFÉRIO SUL José Fernando Pesquero Dissertação de Mestrado do Curso da Pós-Graduação em Meteorologia, orientada pelo Dr. Prakki Satyamurty, aprovada em 11 de setembro de INPE São José dos Campos 2004

2 : PESQUERO, J. F. Um estudo de avaliação estatística do modelo global do CPTEC com relação ao número, trajetória e intensidade de ciclones e anticiclones para o hemisfério sul / J. F. Pesquero. São José dos Campos: INPE, p. (INPE TDI-918). 1.Climatologia. 2.Ciclones. 3.Ciclogênesis. 4.Previsão numérica de Tempo. 5.Pressão atmosférica. I.Título

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5 RESUMO Os modelos numéricos de previsão de tempo estão em constante evolução. Isto se deve, em grande parte, ao trabalho de pesquisadores que fazem avaliações para determinar erros sistemáticos dos modelos. Assim sendo, o modelo global de previsão numérica de tempo (T062L28) do Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) foi submetido a uma avaliação de suas previsões com relação aos sistemas transientes de alta e baixa pressão e suas trajetórias. O período de avaliação foi de um ano, de setembro de 1998 a agosto de As previsões utilizadas foram as de 24, 48, 72, 96 e 120 h, do campo de pressão ao nível médio do mar para o Hemisfério Sul. Para realizar tal estudo foi desenvolvido um esquema numérico que localiza os sistemas de baixa e alta pressão e encontra as suas trajetórias. Para poder validar a funcionalidade do esquema numérico, o mesmo foi aplicado às análises do National Centers for Environmental Prediction (NCEP), e os resultados conseguidos ficaram próximos das climatologias de sistemas transientes para o Hemisfério Sul. A maior freqüência das trajetórias dos ciclones ficou por volta de 60ºS ao redor da Antártica em todas as estações do ano. No caso dos anticiclones a maior freqüência das trajtórias ficou por volta de 35ºS no verão e 32ºS no inverno. Estes resultados estão de acordo com os encontrados por Simmonds e Keay (2000). Após a validação, o esquema foi usado com as previsões e os resultados foram comparados com os resultados das análises. Verificou-se que o modelo do CPTEC tende a prever ciclones mais rápidos em todos os períodos e horários, exceto no verão após 72 horas. A diferença da velocidade média mostrou que o modelo previu centros de baixas cerca de 1 a 3 km/h mais rápidas que as observadas. A mesma análise feita com os anticiclones mostrou que o modelo previu também centros de alta pressão mais rápidos, mas com diferenças médias menores que 1.0 km/h. Consequentemente a posição dos centros de alta e baixa previstos foram a leste do observado. Com relação a intensidade dos sistemas, os ciclones foram bem previstos em SON, DJF e mais intensos cerca de 1 a 1,5 mb, em média, com relação ao observado em MAM e JJA. Os anticiclones foram bem previstos em MAM e mais intensos que os observados nas outras estações. Com relação à variação da pressão em 24 horas, o modelo do CPTEC tem melhor desempenho em prever a intensificação de sistemas de baixa pressão (71%) do que seu enfraquecimento (68%). Nota-se que, de um modo geral, o modelo tem melhor desempenho em prever a intensificação de sistemas de alta pressão (72%) do que o enfraquecimento dos mesmos (62%). A comparação das trajetórias dos sistemas de baixa pressão nas previsões de 24 a 120 horas, mostrou que o modelo subestima o número de trajetórias de baixa pressão à sudoeste dos oceanos Atlântico, Pacífico e Índico e a subestimação aumenta, gradativamente, a cada horário de previsão. O conhecimento destas características é importante para os meteorologistas operacionais melhorarem as previsões de tempo.

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7 A STATISTIC EVALUATION STUDY OF CPTEC GLOBAL MODEL WITH RELATION OF NUMBER, TRACKING AND INTENSITY OF CYCLONES AND ANTICYCLONES ABSTRACT The numerical weather prediction (NWP) models are in constant evolution in the last 40 years. Studies of systematic model errors are essential for the improvement of the models and the weather forecasts. In the present study the NWP global model (T062L28) of Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) is evaluated through tracking of low and high-pressure centers. The period of evaluation is one year, from September 1998 through August The meteorological variable used in this study is the mean sea level pressure (MSLP) for the whole Southern Hemisphere (SH) and the forecast times used are 24, 48, 72, 96 and 120 hours. A numerical algorithm is constructed to locate the low and high-pressure centers and to trace their trajectories from grid point MSLP data given at regular intervals of time. The numerical algorithm is validated by applying it to the National Centers for Environmental Prediction (NCEP) analyses and then comparing the results with the known cyclone and anticyclone frequency and their trajectory climatologies for the SH. The major cyclone trajectory frequency is situated around 60ºS in all seasons. The anticyclone trajectory frequency is situated around 35ºS in summer and 32ºS in winter. These results agree with the findings of Simmonds and Keay (2001). The algorithm is applied to the forecast fields of MSLP and the results are compared with those obtained from the analyses with a view to detect systematic model errors in terms of pressure center frequency, intensification and their velocity of propagation. The CPTEC model tends to forecast cyclones moving faster than observed in all seasons and forecast times, except in summer after 72 hours forecast. The difference in seasonal mean speed can be as high as 3 km/h. The anticyclones are also faster in the forecasts but with a smaller difference (up to 1 km/h). The forecast cyclone intensities are close to the observed intensities in spring (SON) and summer (DJF), and they are deeper by about 1.0 to 1.5 hpa in autumn (MAM) and winter (JJA). The anticyclone intensities are satisfactorily forecasted in MAM and are stronger than observed in the other three seasons. The 24- hour cyclone deepening rates are better forecast (71%) than their filling rates (68%). The 24-hour anticyclone construction rates are better forecast (72%) as compared to their destruction rates (62%). Knowledge of these model characteristics is important for the operational meteorologist for making decisions and preparing value added forecast bulletins.

8 AGRADECIMENTOS compreensivo e amigo. Ao Dr. Prakki Satyamurty pela orientação do trabalho de modo seguro, do trabalho. Ao colega Dr. Jose Paulo Bonatti pela colaboração durante a elaboração Aos amigos do Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos que sempre me ajudaram a atingir este objetivo e também colaboraram para o enriquecimento deste trabalho. Ao Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais pelo apoio. E, em especial, a meus pais José Pesquero Miotto e Flora Pereira Pesquero que nunca mediram esforços para eu pudesse concluir os estudos.

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11 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS Pág. CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO AVALIAÇÃO DE MODELOS NUMÉRICOS OBJETIVOS CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ESQUEMAS AUTOMÁTICOS DE LOCALIZAÇÃO DE CICLONES E ANTICIC LONES E SUAS TRAJETÓRIAS EM MODELOS NUMÉRICOS Le Treut e Kalnay Murray e Simonds Sinclair ESTUDO SINÓTICO DOS SISTEMAS TRANSIENTES Altas pressões Baixas pressões CAPÍTULO 3 - METODOLOGIA DE TRABALHO DESENVOLVIMENTO DO ESQUEMA NUMÉRICO PARA O ESTUDO DE SISTEMAS TRANSIENTES Procedimento para localização dos sistemas de alta e baixa pressão TRAJETÓRIA DOS CENTROS DE ALTA E BAIXA PRESSÃO Definição da área de teste Deslocamentos aleatórios e fora dos pradrões sinóticos... 49

12 3.2.3 Aplicação do Laplaciano da pressão Algoritmo de construção de trajetórias AVALIAÇÃO ESTATÍSTICA CAPÍTULO 4 RESULTADOS OBTIDOS PERÍODO DOS DADOS E SUBDIVISÕES VALIDAÇÃO DO ESQUEMA NUMÉRICO Ciclogêneses Ciclólise Ciclones e suas trajetória s Anticiclones e suas trajetórias COMPARAÇÃO ENTRE PREVISÕES E ANÁLISES Intensidade dos sistemas de baixa pressão Velocidade de propagação dos sistemas de baixa pressão Intensidade dos sistemas de alta pressão Velocidade de propagação dos sistemas de alta pressão Variação da pressão em 24 horas Erro na previsão de deslocamento dos sistemas CAPÍTULO 5 DISCUSSÃO E CONCLUSÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÊNDICE A - ERROS SISTEMÁTICOS NAS PREVISÕES DE TRAJETÓRIAS DO MODELO DO CPTEC A.1 Baixas pressões A.2 Altas pressões

13 LISTA DE FIGURAS 1.1 Evolução da PNMM em três casos isolados, observado e previsto pelo ECMWF. Previsão de 12 UTC para (a) 28/01/1988; (b) e (c) 4/02/1988. FONTE: Bengtsson (1990) Pág 2.1 Trajetória dos ciclones que se deslocaram distâncias maiores que 30 de latitude durante setembro de 1984 usando o campo de vorticidade geostrófica em 1000 hpa. FONTE: Sinclair (1994) Coordenadas dos pontos de grade referidas nas fórmulas de 3.1 a Análise do campo de PNMM (hpa) do NCEP para o dia 01/08/1999. Os valores em preto são as pressões em cada ponto de grade e em vermelho o resultado da interpolação Análise do campo de PNMM para o dia 01/08/1999. Na seqüência de cima para baixo, os campos com e sem alisamento (filtro) e, na última figura, a diferença entre eles. O espaçamento das isóbaras nos campos de PNMM com e sem filtro é de 3 hpa e, no terceiro campo, é de 1 hpa Análise do campo de PNMM para o dia 01/08/1999. Primeiro mapa, de cima para baixo, com filtro e o Segundo mapa sem filtro. Letras A e B são centros de altas e baixas pressões, respectivamente Um exemplo do alcance das áreas de teste (retângulos azuis) ao redor dos centros dos sistemas de baixa pressão (ponto em vermelho). Os pontos em vermelho foram distribuídos como exemplo, havendo apenas um tamanho da área de teste para cada faixa de 10º de latitude, desde 80ºS até 10ºS Um exemplo do alcance das áreas de teste (retângulos vermelhos) ao redor dos centros dos sistemas de alta pressão (ponto em azul). Os pontos em azul foram distribuídos como exemplo, havendo apenas um tamanho de área de teste para cada faixa de 10º de latitude, desde 80ºS até 10ºS

14 3.7 Previsão de 24 horas de PNMM válida para 02/08/ Divisão de uma área de teste em quatro subregiões. O ponto vermelho é o centro de baixa pressão, em t Análise para o campo de PNMM (hpa), do dia 15/07/ Análises do campo de PNMM (isóbara com intervalo de 2 hpa) do dia 08/07/ Como na Figura 3.10 para 09/07/ Como na Figura 3.10 para 14/07/ Como na Figura 3.10 para 15/07/ Distribuição das ciclogêneses nas análises do NCEP para SON/98. Os pontos em negrito marcam as posições das ciclogêneses Como na Figura 4.1 para DJF/98/ Como na Figura 4.1 para MAM/ Como na Figura 4.1 para JJA/ Distribuição das cic lólises nas análises do NCEP para SON/98. Os pontos em negrito marcam as posições das ciclólises Como na Figura 4.5 para DJF/98/ Como na Figura 4.5 para MAM/ Como na Figura 4.5 para JJA/

15 4.9 Distribuição latitudinal do número de sistemas de baixa pressão para as quatro estações do ano Trajetórias dos sistemas de baixa pressão com um período maior que 24 horas, obtido das análises de PNMM do NCEP para SON/ Como na Figura 4.5 para DJF/98/ Como na Figura 4.10 para MAM/ Como na Figura 4.10 para JJA/ Distribuição latitudinal do número de sistemas de alta pressão para as quatro estações do ano Trajetórias dos sistemas de alta pressão com um período maior que 24 horas, obtidas das análises de PNMM do NCEP para SON/ Como na Figura 4.15 para DJF/98/ Como na Figura 4.15 para MAM/ Como na Figura 4.15 para JJA/ Trajetória dos sistemas de alta pressão para 18, 21, 23 e 24/06 em preto. As trajetórias das previsões do modelo global do CPTEC (T062L28) dos dias 23, 24 e 25/06, em azul Intensidade média dos cilones entre as análises e as previsões para SON/ Como na Figura 4.20 para DJF/98/ Como na Figura 4.20 para MAM/

16 4.23 Como na Figura 4.20 para JJA/ Velocidade média de propagação dos sistemas de baixa pressão nas análises e nas previsões para SON/ Como na Figura 4.24 para DJF/98/ Como na Figura 4.24 para MAM/ Como na Figura 4.24 para JJA/ Intensidade média dos sistemas de alta pressão entre as análises e previsões para SON/ Como na Figura 4.28 para DJF/98/ Como na Figura 4.28 para MAM/ Como na Figura 4.28 para JJA/ Velocidade média de propagação dos sistemas de alta pressão entre as análises e previsões para SON/ Como na Figura 4.32 para DJF/98/ Como na Figura 4.32 para MAM/ Como na Figura 4.32 para JJA/ Distância média entre os sistemas de baixa pressão nas análises e nas previsões para os quatro estações Como na Figura 4.37 para altas pressões

17 5.1 Desvio padrão da componente zonal (v ) do vento para o HS em JJA. FONTE: Rao et al. (2001)

18 LISTA DE TABELAS Pág 1.1 COMPARAÇÃO DO ERRO QUADRÁTICO MÉDIO DO φ 500 PARA O HN COMPARAÇÃO DAS TRAJETÓRIAS DOS CICLONES PREVISTOS E OBSERVADOS NO MODELO DO ECMWF, INVERNO 81/ DESLOCAMENTOS PERMITIDOS DE LATITUDE E LONGITUDE EM 24 HORAS PARA SISTEMAS DE BAIXA (ALTA) PRESSÃO DISTÂNCIA PERCORRIDA, PERÍODO MÉDIO DE VIDA E VELOCIDADE MÉDIA DOS CICLONES PARA AS QUATRO ESTAÇÕES DO ANO DISTÂNCIA PERCORRIDA, PERÍODO MÉDIO DE VIDA E VELOCIDDE MÉDIA DOS ANTICICLONES PARA AS QUATRO ESTAÇÕES DO ANO INTENSIDADE DOS CICLONES EM SON/98 (hpa) INTENSIDADE DOS CICLONES EM DJF/98 (hpa) INTENSIDADE DOS CICLONES EM MAM/99 (hpa) INTENSIDADE DOS CICLONES EM JJA/99 (hpa) VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DOS CICLONES EM SON/98 (km/h) VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DOS CICLONES EM DJF/98/99 (km/h)... 95

19 4.9 VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DOS CICLONES EM MAM/99 (km/h) VELOCIDADE DE PRO PAGAÇÃO DOS CICLONES EM JJA/99 (km/h) INTENSIDADE DOS ANTICICLONES EM SON/98 (hpa) INTENSIDADE DOS ANTICICLONES EM DJF/98 (hpa) INTENSIDADE DOS ANTICICLONES EM MAM/99 (hpa) INTENSIDADE DOS ANTICICLONES EM JJA/99 (hpa) VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DOS ANTICICLONES EM SON/98 (km/h) VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DOS ANTICICLONES EM DJF/98 (km/h) VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DOS ANTICICLONES EM MAM/99 (km/h) VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DOS ANTICICLONES EM JJA/99 (km/h) PORCENTAGEM (%) DE ACERTO DE PREVISÃO DE ENFRAQUECIMENTO DE SISTEMAS DE CICLONES (CE) PORCENTAGEM (%) DE ACERTO DE PREVISÃO DE INTENSIFICAÇÃO DE SISTEMAS DE CICLONES (CI) PORCENTAGEM (%) DE ACERTO DE PREVISÃO DE ENFRAQUECIMENTO DE ANTICICLONES (AE)

20 4.22 PORCENTAGEM (%) DE ACERTO DE PREVISÃO DE INTENSIFICAÇÃO DE SISTEMAS DE ALTA PRESSÃO (AI) DESLOCAMENTO DA POSIÇÃO PREVISTA DOS CICLONES PARA SON/ DESLOCAMENTO DA POSIÇÃO PREVISTA DOS CICLONES PARA DJF/98/ DESLOCAMENTO DA POSIÇÃO PREVISTA DOS CICLONES PARA MAM/ DESLOCAMENTO DA POSIÇÃO PREVISTA DOS CICLONES PARA JJA/ DESLOCAMENTO DA POSIÇÃO PREVISTA DOS ANTICICLONES PARA SON/ DESLOCAMENTO DA POSIÇÃO PREVISTA DOS ANTICICLONES PARA DJF/98/ DESLOCAMENTO DA POSIÇÃO PREVISTA DOS ANTICICLONES PARA MAM/ DESLOCAMENTO DA POSIÇÃO PREVISTA DOS ANTICICLONES PARA JJA/ COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS DE SIMMONDS E KEY (2000) E OS RESULTADOS DESTE TRABALHO PARA OS CENTROS DE BAIXA PRESSÃO

21 LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS AS América do Sul CPTEC Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos DJF Dezembro, Janeiro e Fevereiro ECMWF European Centre for Medium Range Weather Forecast ERICA Experiment on Rapidly Intensifying Cyclones over the Atlantic FGGE First Garp Global Experiment GLA Goddard Laboratory for Atmospheres GrADS Grid Analysis and Display System GTS Global Telecommunication System HN Hemisfério Norte HS Hemisfério Sul IGY International Geophysical Year JJA Junho, Julho e Agosto JMA Japan Meteorological Agency MAM Março, Abril e Maio

22 MCGA Modelos Numéricos de Circulação Geral da Atmosfera MSLP Mean Sea Level Pressure NCAR National Center for Atmospheric Research NCEP National Center for Enviromental Prediction NWP Numerical Weather Prediction OMM Organização Meteorológica Mundial PNMM Pressão ao Nível Médio do Mar PNT Previsão Numérica de Tempo SON Setembro, Outubro e Novembro UDF User Defined Function

23 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO Nas últimas décadas, alguns avanços tecnológicos tiveram um papel importante na descrição mais completa da estrutura tridimensional dos sistemas sinóticos de latitudes médias. Pela ordem cronológica pode-se citar, a aeronáutica nos anos 30, as radiossondas operacionais nos anos 40, os modelos numéricos da atmosfera nos anos 50, as imagens de satélite nos anos 60 e os supercomputadores nos anos 70 (Anthes, 1990). Estes avanços tecnológicos em conjunto com o Global Telecommunication System (GTS) da Organização Meteorológica Mundial (OMM), permitiram aos Modelos Numéricos de Circulação Geral da Atmosfera (MCGA) tornarem-se cada vez mais completos e representarem melhor as inúmeras interações que envolvem a atmosfera, os oceanos e as superfícies de terra. A qualidade da Previsão Numérica de Tempo (PNT) está ligada diretamente à qualidade das observações meteorológicas e sua distribuição no tempo e espaço (Bengtsson, 1990). No Brasil, o Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC), nos seis anos de serviço operacional ( ), implementou e operacionalizou vários modelos de PNT e hoje produz diariamente previsões com os seguintes modelos: a) T062L28 (global) com grade equivalente de 192 x 96 pontos, 28 níveis na vertical, inicializado com a análise do National Center for Enviormental Prediction (NCEP) e com previsões até 168 h; b) T062L28 (global) com grade equivalente de 192 x 96 pontos, 28 níveis na vertical, inicializado com a análise do CPTEC e com previsões até 168 h; 21

24 c) T126L28 (global) com grade equivalente de 384 x 192 pontos, 28 níveis na vertical, inicializado com a análise do NCEP e com previsões até 168 h; d) eta (área limitada de 83ºW a 26ºW e de 50ºS a 10ºN) com grade equivalente de 144 x 157 pontos, 38 níveis na vertical, inicializado com a análise do NCEP e com previsões até 72 h; e) T062L28 (global) ensemble de 17 membros para previsão climática. O modelo do CPTEC avaliado neste estudo está indicado no item (a). Este modelo é inicializado com as análises do NCEP e as previsões serão avaliadas até 120 h. A avaliação da performance dos modelos é uma tarefa diária, permanente e fornece condições para o melhoramento dos mesmos. O presente estudo refere-se à um método sinótico desta tarefa. 1.1 AVALIAÇÃO DE MODELOS NUMÉRICOS Os benefícios econômicos e sociais do monitoramento e da previsão meteorológica são grandes e vários países investem no aprimoramento dos MNCGA o qual está diretamente ligado aos contínuos trabalhos de pesquisa na área numérica e física dos modelos. Os trabalhos de pesquisa avaliam e verificam continuamente os modelos e, um dos aspectos importantes da avaliação, é descobrir e determinar os erros sistemáticos. Existem dois tipos de erros que podem ser encontrados nos modelos, os erros sistemáticos e os erros esporádicos. Os erros sistemáticos são aqueles detectados a partir de um campo médio semanal ou trimestral. Os erros esporádicos dos modelos não ocorrem com freqüência e divergem em magnitude e posição geográfica, sendo assim, dificilmente poderão ser encontrado em campos médios (Satyamurty, 2001). 22

25 Um outro aspecto importante é a destreza quantificada em termos de semelhança entre previsões e observações. A estatística usada para esta finalidade é a correlação entre campos observados e previstos das variáveis meteorológicas como o campo de geopotencial em 500 hpa (φ 500) e ventos em 850 hpa (Satyamurty, 2001). Bonatti (1996) através do φ 500 para o Hemisfério Norte (HN), mostrou que o índice de destreza do modelo global do CPTEC está muito próximo de outros centros mundiais, tal como o European Center for Medium Range Weather Forecast (ECMWF) e o Japan Meteorological Agency (JMA). A Tabela 1.1 mostra o erro quadrático médio de φ 500 para o HN e, através dela, observa-se que a previsão de 120 h em 1995 era mais precisa que a previsão de 24 h no início dos anos 50. TABELA 1.1 COMPARAÇÃO DO ERRO QUADRÁTICO MÉDIO DO f 500 PARA O HN PRAZO DE PREVISÃO NOV 51/54 MODELO BAROTRÓPICO Jan 1981 ECMWF Jan 1988 ECMWF 1995 ECMWF 1995 JMA 1995 CPTEC 24 h 76 m 21 m 16 m 13 m 18 m 17 m 72 h 57 m 46 m 34 m 40 m 41 m 120 h 80 m 73 m 60 m 68 m 67 m FONTE: Bengtsson (1990, p.113) e Bonatti (1996, p. 145). Bittencourt (1996), através do modelo do CPTEC, demonstrou que a correlação entre variáveis simples é diferente da correlação entre variáveis derivadas.. O skill do modelo depende da estação do ano e da situação sinótica existente. O vento é melhor previsto para situações de ciclogênese e a temperatura é melhor prevista para as situações de geada e neve. Bonatti (1996), considerando o campo de φ 500, verificou que o modelo global do CPTEC (T062L28) teve uma melhor performance no período de inverno e sua destreza para φ

26 foi superior a 60% para mais de 6 dias para o HN e por volta de 5 dias e meio para o Hemisfério Sul (HS). Alguns trabalhos publicados com relação a erros sistemáticos em MCGA tratam mais precisamente de erros nas previsões das trajetórias dos sistemas transientes de alta e de baixa pressão. A seguir serão comentados alguns trabalhos. De acordo com Leary (1971) e Sanders e Gyakum (1980) os modelos operacionais de equações primitivas de 6 e 7 camadas do NMC não preveram satisfatoriamente tempestades profundas sobre os oceanos. As tempestades observadas aprofundaram e perderam intensidade mais rapidamente do que nas previsões obtidas de modelos de baixa resolução vertical. Girard e Jarraud (1982) encontraram diferenças entre as previsões de um modelo espectral e outro em ponto de grade para o HN. Houve evidências de que os ciclones mais novos movem-se mais rapidamente do que os ciclones com mais tempo de vida, em ambos os modelos. Na maioria dos casos, os ciclones do modelo em ponto de grade não se deslocaram tão rapidamente para norte como no espectral. Para sistemas de movimento lento, ambos os modelos são demasiadamente rápidos e, para os sistemas rápidos, ambos os modelos são lentos. Silberg e Bosart (1982) fizeram um trabalho com o modelo NMC LFM-II e identificaram erros sistemáticos na previsão de ciclones. Os ciclones previstos são muito lentos em outubro e novembro e muito rápidos em março e abril. O estudo feito por Akyildiz (1985) identificou erros sistemáticos no comportamento dos ciclones nos modelos operacionais em ponto de grade e em coeficientes espectrais do ECMWF para o HN. Verificou-se que as previsões do modelo em pontos de grade (N48) tenderam a deslocar a trajetória dos ciclones para sul, especialmente após o quarto dia, 24

27 exceto próximo de Terranova (Newfoundland) onde o deslocamento encontrado foi para norte. A Tabela 1.2 foi construída a partir do estudo de Akyildiz (1985) para casos isolados de previsão de trajetórias dos ciclones do modelo do ECMWF. Foram incluídos somente os casos nos quais os ciclones nas análises e nas previsões tendem a se mover de oeste para leste. A análise desta Tabela mostra a porcentagem das trajetórias das previsões com desvios para sul é maior do que com desvios para norte e a diferença aumenta com o prazo de previsão. TABELA 1.2 COMPARAÇÃO DAS TRAJETÓRIAS DOS CICLONES PREVISTOS E OBSERVADOS NO MODELO DO ECMWF, INVERNO 81/82 PREVISÕES COM ANÁLISES DO DIA D PREVISÕES COM ANÁLISES DO DIA D-1 DIAS DE PREVISÃO S (%) N (%) A (%) Casos DIAS DE PREVISÃO D+1 e D D+2 e D D+3 e D D+4 e D D+5 e D D+6 e D Média Ponderada Média Ponderada S (%) N (%) A (%) Casos O dia D refere-se ao dia da análise em estudo, D-1 ao dia anterior a esta e D-2 dois dias antes, etc. As letras S, N, e A referem-se aos sistemas cujas posições nas previsões ficaram respectivamente ao sul, norte e ao longo (+/- 200 km) da trajetória observada. FONTE: Akyildiz (1985), p Bengtson (1990) discutiu os erros sistemáticos do modelo global do ECMWF com respeito às previsões de desenvolvimento de ciclones. Os gráficos (a), (b) e (c) da Figura 1.1 mostram o valor mínimo da Pressão ao Nível Médio do Mar (PNMM), observado e previsto, em três diferentes casos de intensa ciclogênese sobre o Atlântico Norte no verão de No gráfico 25

28 (a) o sistema de baixa pressão teve início às 12 UTC do dia 28/01/1988 e foi monitorado até às 12 UTC do dia 03/02/1988 (previsão de 144 h). Nota-se que o modelo subestimou a intensidade deste sistema até 72 h e a partir deste horário superestimou. No gráfico (b) o centro teve início às 12 UTC do dia 04/02/1988 e foi monitorado até às 00 UTC do dia 08/02/1988 (previsão de 84 h). Verifica-se que o modelo previu este sistema menos intenso em todos os horários de previsão. Na figura (c) o sistema teve início às 00 UTC do dia 07/02/1988 (previsão de 54 h) e foi monitorado até às 12 UTC do dia 10/02/1988 (previsão de 144 h). Nota-se que o modelo previu o sistema de baixa menos intenso nos horários de 72 à 120 h e, a partir daí, o modelo previu a baixa mais intensa do que o observado. Pode-se concluir então que, nos três casos, o modelo tendeu a prever ciclones menos intensos do que o observado nas análises. Fig. 1.1 Evolução da PNMM em três casos isolados, observado e previsto pelo ECMWF. Previsão de 12 UTC para: (a) 28/01/1988; (b) e (c) 4/02/1988. FONTE: Bengtsson (1990). 26

29 O grupo de previsão operacional do CPTEC verifica erros sistemáticos nos campos de PNMM, temperatura, etc., durante as discussões mensais. Todavia, até o presente momento, ainda não foram publicados trabalhos sobre erros sistemáticos na previsão de freqüência e trajetória dos centros de pressão deste modelo. Os estudos de erros sistemáticos do modelo global espectral operacional do CPTEC são importantes para melhorar as previsões de tempo no Brasil e na América do Sul. 1.2 OBJETIVOS Este trabalho propõe um estudo de avaliação das previsões de 24, 48, 72, 96 e 120 h do campo de PNMM do modelo global do CPTEC, para o HS, de setembro de 1998 a agosto de Para a realização desta avaliação primeiramente será construído um esquema automático que analisará os arquivos do modelo global. As características necessárias ao esquema automático serão: a) localizar os centros de alta e baixa pressão; b) construir as trajetórias dos sistemas; c) separar as trajetórias comuns entre as análises e as previsões; d) gerar tabelas e resultados gráficos das comparações realizadas a partir dos arquivos de saída dos itens b) e c). Será necessário fazer uma validação do algoritmo do esquema numérico e, para isto, o programa será usado primeiramente com as análises do NCEP. Os resultados serão comparados com algumas climatologias de sistemas transientes para o HS já existentes, Taljaard (1967), Sinclair (1995) e Simmonds e Keay (2000). Se os resultados obtidos estiverem próximos dos resultados dos trabalhos citados, o algoritmo será usado com as 27

30 previsões do modelo do CPTEC e seus resultados serão comparados aos das análises, com o objetivo de encontrar erros sistemáticos no modelo global com relação à: a) intensidade; b) velocidade de propagação; c) variação da pressão em 24 h; d) desvio das trajetórias das previsões em relação as trajetórias das análises. 28

31 CAPÍTULO 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Os ciclones e anticiclones em superfície dos modelos numéricos de PNT se comportam de modo diferente daqueles encontrados na natureza. Portanto, o conhecimento das suas climatologias é um grande aliado dos meteorologistas operacionais para a previsão de tempo. Há diversas características que devem ser analisadas como a intensidade, velocidade de propagação, variação da pressão em 24 h e o desvio do deslocamento da trajetória. As diferenças médias desses comportamentos na natureza e na PNT são referidas neste trabalho como erros sistemáticos e podem variar de acordo com a estação do ano e com a região do globo. Neste trabalho, procurou-se a determinação de erros sistemáticos no modelo global do CPTEC para o HS. Este capítulo apresenta uma revisão dos conceitos básicos para a construção de um algoritmo que auxilie no estudo dos sistemas transientes de alta e baixa pressão em superfície. 2.1 ESQUEMAS AUTOMÁTICOS DE LOCALIZAÇÃO DE CICLONES E ANTICICLONES E SUAS TRAJETÓRIAS EM MODELOS NUMÉRICOS Os arquivos pós-processados das saídas dos modelos numéricos são representados como vetores ou matrizes, onde cada elemento da matriz representa um ponto de grade que, por sua vez, representa uma variável meteorológica para um intervalo de tempo, nível de altitude e área geográfica. Deve-se ressaltar que o intervalo de tempo, o nível de altitude e as variáveis meteorológicas variam de um modelo para outro. Por exemplo, no modelo global T062L28 do CPTEC, cada ponto de grade representa uma área de aproximadamente 4,0x10 4 Km 2 na região equatorial. Devido a este formato é possível desenvolver um programa automático que faz a localização dos centros de alta e baixa pressão no campo de PNMM. Se as posições dos 29

32 sistemas forem arquivadas no decorrer de cada intervalo de tempo, então, será possível traçar as trajetórias dos sistemas. Estes são os princípios básicos para a construção de um algoritmo que faz a localização automática de centros de alta e baixa pressão e constrói suas trajetórias. Todavia, existem erros na localização dos sistemas transientes através de métodos automáticos devido ao uso de pontos de grade. Sanders (1990) verificou nas análises automáticas, que a posição dos ciclones de baixa resolução foram desviadas cerca de 180 km da posição determinada através de uma cuidadosa análise de dados coletados durante o Experiment on Rapidly Intensifying Cyclones over the Atlantic (ERICA). Assim, quanto menor for o espaçamento das grades, menores serão os erros. A grande vantagem da localização dos ciclones e anticiclones através de esquemas numéricos é a utilização em uma longa série de dados. Vários esquemas numéricos foram desenvolvidos para a localização dos sistemas de baixa e de alta pressão e a construção de suas trajetórias. Três diferentes métodos desenvolvidos serão descritos a seguir: Le Treut e Kalnay (1990), Murray e Simonds (1991) e Sinclair (1994) Le Treut e Kalnay Le Treut e Kalnay (1990) desenvolveram um esquema que localiza os centros de alta e de baixa pressão como também constrói suas trajetórias. Este esquema foi desenvolvido para comparar a distribuição e a freqüência de ciclones observados nas análises do Goddard Laboratory for Atmospheres (GLA) com os simulados em dois períodos no First Garp Global Experiment (FGGE). Os dados são globais e com uma resolução de 46 pontos de grade no eixo y (norte-sul) e 72 pontos de grade no eixo x (leste-oeste). Neste esquema, um centro de baixa pressão é localizado pela diferença menor ou igual a -4 hpa entre um ponto de grade e o valor médio da pressão dos vinte pontos de grade mais próximos ao redor deste. A diferença considerada para o estudo dos sistemas de 30

33 alta pressão deve ser maior ou igual a 2 hpa, devido ao maior tamanho dos sistemas e, também, devido ao largo espaçamento das isóbaras. As trajetórias dos sistemas são construídas a partir dos campos de pressão em intervalos de tempo sucessivos. A cada passo de tempo define-se uma área de teste onde se verifica a presença de um sistema no tempo anterior. Esta área é um quadrado de cinco pontos de grade ou 600 km. Se for localizado mais que um sistema dentro da área de teste, apenas um deles será escolhido aplicando um critério que dependerá da direção do vento em 500 hpa. Ressalta-se que os autores não foram claros na definição do critério da direção do vento em 500 hpa. Os resultados apresentam boa concordância com as climatologias já existentes para o HS, tais como de Taljaard (1967) e, para os dois períodos analisados, que foram de 50 dias consecutivos, sendo um a partir de 5 de janeiro de 1979 e, o outro, a partir de 11 de junho de Murray e Simonds Murray e Simmonds (1991) desenvolveram um algoritmo que localiza centros de alta e de baixa pressão com a escala horizontal igual ou maior que o tamanho do espaçamento dos pontos de grade. O campo de PNMM passa por uma interpolação a partir de funções spline bicúbicas que são necessárias na localização de sistemas do mesmo tamanho do espaçamento de grade. Uma sub-rotina analisa os pontos de grade para identificar quais possuem os quatro ou oito valores imediatamente circundantes maiores/menores que ele no caso de centro de baixa/alta pressão. A vorticidade relativa pode ser escrita em função do Laplaciano do campo de pressão: ζ 2 ( 1 ρf ) p ( ) 31

34 onde p e ρ são a pressão e a densidade do ar no nível do mar, f é o parâmetro de Coriolis e ζ é a vorticidade relativa. Sendo assim, as regiões com valores negativos no campo da vorticidade irão corresponder aos valores mínimos de PNMM no HS. Em outras palavras, os pontos de grade com Laplaciano da pressão negativo mínimo serão os pontos de máxima vorticidade ciclônica. O mesmo processo aplicado para o campo de PNMM é aplicado para o campo do Laplaciano deste e são arquivados os pontos que possuem os oito valores ao redor dele maiores que ele, encontrando assim um ponto de mínimo. Os pontos arquivados da pressão são comparados com os pontos arquivados do Laplaciano da PNMM e, estando estes dois pontos à uma distância menor ou igual a um ponto de grade, será considerado serem o mesmo sistema. Para construir a trajetória define-se uma área de teste sobre cada sistema transiente encontrado em um dado instante de tempo. Todos os sistemas que se encontrarem dentro deste raio de ação no tempo anterior serão candidatos à evolução do sistema. Uma estatística climatológica da velocidade dos ciclones, em conjunto com os movimentos prévios dos sistemas são usados para compor uma equação que encontra a posição prevista para o sistema. Após esta etapa o esquema determina a probabilidade de associação entre a posição prevista e os candidatos separados por uma distância que deve estar dentro de um raio crítico de um ponto de grade. Nos resultados obtidos notou-se que o número de trajetórias é maior que os resultados conseguidos por Taljaard (1967), devido ao esquema numérico conseguir encontrar sistemas que tem a mesma escala do espaçamento de grade. Ressalta-se que a partir de um arquivo de configuração o programa pode ser ajustado para localizar tipos específicos de sistemas, por exemplo, sistemas de alta ou de baixa pressão Sinclair 32

35 Sinclair (1994) fez um estudo sobre as características do ciclo de vida dos ciclones no HS. Ele aplicou o método de Murray e Simonds (1991), com algumas mudanças, entre elas destacam-se as trocas do campo de PNMM pelo campo de vorticidade geostrófica (ζ g ) em 1000 hpa e a inclusão da influência de dois dias anteriores, ao invés de um, na equação que calcula a posição prevista do sistema. Esta nova técnica foi aplicada nas reanálises do ECMWF de 1980 a Sinclair encontrou diferenças entre a distribuição geográfica de desenvolvimento de ciclones obtidos através da ζ g e daqueles obtidos do campo de pressão. Ele concluiu que no inverno e sobre o mar aberto os ciclones tendem a se formar e intensificar perto de zonas com um forte gradiente de temperatura da superfície do mar. A Figura mostra as trajetórias dos ciclones que se deslocaram uma distância maior que 30 de latitude durante setembro de O intervalo de tempo entre cada análise foi de 12 h. Fig Trajetória dos ciclones que se deslocaram distâncias maiores que 30 de latitude durante setembro de 1984 usando o campo de ζ g em 1000 hpa. FONTE: Sinclair (1994). 33

36 2.2 ESTUDO SINÓTICO DOS SISTEMAS TRANSIENTES Embora os anticiclones sejam um importante e inseparável componente do conjunto de sistemas transientes, os esforços voltados para o seu estudo foram menores que os estudos dos ciclones. Junto com os ciclones, os anticiclones contribuem para o transporte meridional de quantidade de movimento, calor e umidade para a manutenção da circulação geral da atmosfera (Sinclair, 1996) Altas pressões Os sistemas transientes de alta pressão, também chamados de anticiclones, são os sistemas predominantes das latitudes médias e polares, geralmente estão associados à massas de ar frio e movimento subsidente no seu centro. No HS os anticiclones possuem circulação anti-horária, com ventos fracos próximo do seu centro que aumentam de intensidade até aproximadamente 2000 km de distância do centro. É dado o nome ciclólise para a fase do nascimento de um sistema de alta pressão. Em termos de tempo, os anticiclones são os responsáveis pelas friagens e baixas taxas de umidade, especialmente sobre a América do Sul (AS). Taljaard (1967) mostrou através de cartas sinóticas manuais, obtidas do International Geophysical Year (IGY) , que os anticiclones no HS encontram-se em maior número ao longo do ano na faixa de 25ºS - 40 S, com máximo a oeste da AS próximo de 90ºW e em uma estreita faixa no sul do oceano Índico perto de 35ºS. Tendem a se formar ao sul do cinturão de anticiclones, migrar para leste-nordeste e dissipar ao norte deste cinturão. Encontram-se em maior número ao longo de 36ºS no verão, 32 S no inverno e 34 S nas outras estações. A maior freqüência de anticiclones fica em torno de 23ºS e 43 S sendo que os sistemas mais intensos ( mb) são mais numerosos 4 ao sul do centro da região de maior freqüência e, os mais fracos, ficam entre 45ºS e 65 S. 34

37 Sinlcair (1994) através de um estudo climatológico dos anticiclones para o HS, confirmou as pesquisas climatológicas de Taljaard (1967), mas com alguns detalhes diferentes, especialmente perto da Nova Zelândia. Le Marshall e Kelly (1981), usando dados entre 1973 e 1977, encontraram um segundo máximo de anticiclones no inverno à leste da Austrália, mais ao sul da posição obtida no estudo de Taljaard (1967). Um fenômeno meteorológico de grande importância e ligado diretamente aos sistemas transientes quase estacionários de alta pressão é o bloqueio. Entende-se uma situação de bloqueio pela a presença de um anticiclone quase estacionário de grande amplitude que interrompe o padrão da circulação atmosférica associada à progressão normal dos sistemas de tempo para leste. Um rompimento do padrão zonal ocorre devido à divisão do jato em altos níveis em dois ramos, quando este bloqueio da circulação permanece por um período maior que alguns dias, dá-se o nome de bloqueio. Geralmente, na situação de bloqueio, um anticiclone se forma em latitudes mais altas que o cinturão de altas subtropicais e, na maior parte das vezes, é acompanhado por uma baixa fria em baixas latitudes (Fuentes, 1996). Casarin (1983) no seu estudo para o HS na região da Austrália encontrou uma forte tendência para a ocorrência de bloqueio no fim do outono e parte do inverno (meses de maio a julho). À leste da Austrália e na região entre 175ºW e 125 W notou-se uma tendência para a ocorrência de bloqueios no verão e à oeste da Austrália na primavera. Para a AS a estação com maior ocorrência é o outono. Marques e Rao (1996) através de um estudo com 14 anos de dados diários ( ), confirmaram três regiões de bloqueio no inverno: oceano Pacífico (perto da Nova Zelândia), e oceanos Atlântico e Índico. Uma nova região de bloqueios foi encontrada no sudeste do Pacífico. 35

38 2.2.2 Baixas pressões Os sistemas transientes de baixa pressão, também chamados de ciclones, tem circulação horária no HS, apresentam uma menor extensão horizontal que os anticiclones, e os associados sistemas frontais são importantes regiões de tempo ativo em latitudes médias (30ºS - 65ºS). Estes sistemas estão quase sempre relacionados à ventos fortes ao seu redor e à intensa precipitação próximo ao seu centro e no setor leste. Ciclogênese é o nome dado à fase do nascimento ou intensificação de um ciclone. Todavia, matematicamente, aumento de vorticidade ciclônica ou diminuição de vorticidade anticiclônica são consideradas ciclogênese. No HS, os ciclones em superfície tendem a se formar e intensificar em latitudes médias, próximo da corrente de jato de altos níveis. Eles migram para leste com uma pequena componente para os pólos, principalmente quando atingem o estágio de amadurecimento e, então dissipam (Taljaard, 1967; Sinclair, 1994 e 1995). Taljaard (1967) durante o IGY, verificou que os ciclones foram mais numerosos entre 62ºS e 64ºS, isto é, de 2 a 6º para o lado do equador da posição hemisférica média do cavado de baixa pressão circumpolar. No verão, as mais altas freqüências ocorreram em 22,5ºS e 62,5ºS, devido às baixas térmicas sobre as áreas de terra e às baixas tropicais sobre os oceanos Índico e Pacífico. Encontrou também uma maior freqüência de ciclogêneses por volta de 45 S em todas as estações. Os ciclones desenvolveram-se mais no inverno do que no verão, entre 25ºS e 40 S. Em um estudo numérico, Aragão (1987), utilizando um modelo de equações primitivas em coordenadas Eta, observou que os ciclones transientes eram intensificados ao cruzarem os Andes ao sul de 40ºS. Aragão denominou este tipo de situação de ciclogênese à sotavento modificada, pois o sistema de baixa pressão não foi formado pelo efeito orográfico, mas apenas intensificado por este. 36

39 Satyamurty et al. (1990) realizaram uma climatologia de ciclogêneses sobre a AS para o período de 1980 e 1986, utilizando imagens de satélite. Notaram que as ciclogêneses foram mais numerosas no verão do que no inverno. Neste mesmo trabalho, sobre o Rio Grande do Sul e o Uruguai, foi verificada uma marcada tendência para máximas freqüências de ciclogêneses e a trajetória preferida pelos vórtices ciclônicos, originados nesta região, foi para leste e sudeste. Gan (1992) em um estudo para a América do Sul com cartas de superfície, imagens de satélite e radiossondas no período de , constatou que o maior número de ciclogêneses ocorreu durante o período do inverno, resultado também verificado por Taljaard (1972) e por Necco (1982) em trabalhos estatísticos de ciclogêneses apenas para um ano de dados. As principais áreas de ciclogêneses foram as latitudes médias e no lado sotavento das cadeias de montanhas. Uma variação interanual também foi notada, sendo que os invernos dos anos de El Niño de 1983, 1986 e 1987, tiveram um número maior de ciclogêneses e o inverno de 1981 (ano de Índice de Oscilação Sul positivo) um mínimo de ciclogêneses. Os invernos de máxima (mínima) freqüência de ciclogêneses estão associados com precipitação acima (abaixo) da normal na Região Sul do Brasil. Sinclair (1996) fez um estudo objetivo com reanálises do ECMWF ( ) através da análise do campo de vorticidade geostrófica para localizar a posição de ciclogêneses e verificou dois centros de máxima ciclogênese, um sobre o Uruguai e outro sobre a costa sudeste da Argentina. Segundo Sinclair, as ciclogêneses sobre o Uruguai se formam de preferência durante o inverno, enquanto que o verão é a estação de máxima ocorrência mais ao sul. Simmonds e Keay (2000), fizeram um trabalho apresentando uma nova climatologia para os ciclones extratropicais no HS com as reanálises do National Center for Enviormental Prediction National Center for Atmospheric Research (NCEP-NCAR) de com dados a cada 6 h. Os resultados mostraram, em média, de 35 a 38 centros de baixa pressão por análise, com maior densidade de sistemas ao sul de 60ºS 37

40 em todas as estações e no oceano Índico e oeste do Pacífico no outono e no inverno. Os ciclones se formam ao norte de 50ºS e dissipam ao sul desta latitude. Os sistemas mais ativos estão ao sul de 45ºS. Neste trabalho foi desenvolvido uma técnica para medir a intensidade dos sistemas baseando-se na diferença de pressão entre o centro e a borda do sistema de baixa pressão e a vorticidade. 38

41 CAPÍTULO 3 METODOLOGIA DE TRABALHO A avaliação das previsões do modelo global do CPTEC será realizada através de um esquema numérico que localiza e constrói as trajetórias de sistemas transientes de altas e de baixas pressões no decorrer do tempo. Esquemas automáticos que traçam a trajetória de sistemas transientes com a utilização de dados em pontos de grade foram estudados para o HS por Le Treut e Kalnay (1990), Murray e Simmonds (1991), Sinclair (1994, 1995 e 1996), Simmonds e Keay (2000) e para o HN por Akyildiz (1985), Lambert (1988) e Le Treut e Kalnay (1990), conforme descritos no capítulo anterior. Apresenta-se nesse capítulo o esquema usado no presente estudo. 3.1 DESENVOLVIMENTO DO ESQUEMA NUMÉRICO PARA O ESTUDO DE SISTEMAS TRANSIENTES Uma das mais importantes finalidades deste estudo é mostrar que um esquema numérico simples pode servir no diagnóstico dos erros sistemáticos referentes à posição e à trajetória dos sistemas transientes que ocorrem nos modelos operacionais do CPTEC. A construção do esquema numérico foi dividida nas seguintes etapas: a) localização dos centros de alta e de baixa pressão; b) construção da trajetória de cada sistema no decorrer do tempo; c) avaliação estatística com os dados conseguidos através dos itens a) e b). 39

42 3.1.1 Procedimento para Localização dos Sistemas de Alta e Baixa Pressão Durante os primeiros testes, aplicando-se as técnicas usadas por Le Treut e Kalnay (1990), notou-se falhas para encontrar centros de alta pressão com grande espaçamento entre as isóbaras (poucos casos). Nos casos de mais de um sistemas ser encontrado dentro da área de teste, o critério da direção do vento em 500 hpa não ficou claro e, portanto, um novo critério deveria que ser criado. O método de Murray e Simmonds (2000) detecta um número grande de sistemas devido ao mesmo localizar sistemas com o tamanho do espaçamento dos pontos de grade. Este trabalho tem como objetivo comparar apenas os sistemas mais significativos que aparecem nos campos de PNMM do modelo global do CPTEC. Optou-se então pela construção de um novo algoritmo para a construção das trajetórias dos sistemas transientes de alta e de baixa pressão. Na construção deste algoritmo, parte dos critérios usados tem algumas das técnicas usadas por Le Treut e Kalnay (1990), uma segunda parte tem técnicas usadas por Murray e Simmonds (2000) e uma terceira e última tem critérios criados a partir de testes com os dados, como poderá ser verificado a seguir. A região de estudo neste trabalho abrange a região do globo situada entre 10ºS e 80ºS e entre 180ºW e 180ºE. Assim, o subconjunto dos dados de PNMM do modelo global do CPTEC para o HS tem 43 pontos de grade na direção norte/sul e 192 pontos de grade na direção leste/oeste formando uma grande matriz. O programa usado para localizar os sistemas de alta e de baixa pressão foi obtido na área pública da máquina grads.iges.org com o nome de /grads/sprite/udf/grhilo.tar.gz. Ele foi projetado para uso exclusivo no programa Grid Analysis and Display System (GrADS), através da User Defined Function (UDF). Detalhes do intercâmbio entre uma UDF e o GrADS podem ser encontrados no Capítulo 22 do Manual do GrADS (Doty, 1995). 40

43 O algoritmo do programa consiste em verificar cada ponto de grade do campo de PNMM para localizar quais possuem oito elementos circundantes maiores/menores que ele no caso de uma baixa/alta pressão. Cada vez que um ponto de grade é localizado, um procedimento de interpolação é aplicado entre ele e os oito pontos circundantes com a finalidade de encontrar um novo ponto e valor que melhor representem a posição e a intensidade do sistema transiente, compatível com a intensidade dos oito pontos circundantes. A Figura 3.1 mostra um exemplo para 9 pontos de grade. Seja (I,J) as coordenadas do ponto de grade que satisfaz o critério do parágrafo anterior. Sejam (X int,y int ) as coordenadas do centro de pressão que mais representam a posição e intensidade do centro do sistema de pressão. As fórmulas de 3.1 até 3.6, presentes no programa grhilo_proc.f (ver arquivo grhilo.tar.gz citado anteriormente), foram usadas para obter uma nova localização do centro dos sistemas transientes que melhor represente este com relação aos sistemas ao seu redor. Para o cálculo da posição, foi utilizada uma interpolação de Bessel bidimensional. Detalhes deste procedimento encontram-se no programa grhilo_proc.f. P4 P3 P2 JM1 P5 P0 P1 J P6 P7 P8 JP1 IM1 I IP1 Fig Coordenadas dos pontos de grade referidas nas fórmulas de 3.1 a

44 R = 0.5*( P1 P5) S = 0.5*( P3 P7) se( R >= 0) X X = I + R *( IP1 I) = I + R *( I IM1) se( S >= 0) Y Y int int int não int não = J + S *( JP1 J) = J + S *( J JM1) (3.1) (3.2) (3.3) (3.4) (3.5) (3.6) Aplica-se para os valores de PNMM nos pontos da Figura 3.1 o esquema de interpolação Bessel bidimensional para obter o valor da PNMM no ponto (X int,y int ) do centro de pressão em questão. A Figura 3.2 mostra o campo de PNMM da análise do NCEP para o dia 01/08/1999. A cruz vermelha, em aproximadamente 77ºW e 69ºS, mostra a posição interpolada do ponto central com os oito pontos circundantes. Ressalta-se que após a interpolação o centro do sistema pode não coincidir com o ponto de grade central. O número próximo da cruz, também em vermelho, mostra o valor da pressão interpolada para aquele ponto e os demais valores numéricos em preto são os valores da pressão sobre cada ponto de grade. 42