e Estudos Climáticos (CPTEC/INPE) - São José dos Campos - São Paulo - SP, Brasil

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1 Avalação do Modelo Atmosférco ETA para a Regão do CLA Rosa de Fátma Cruz Marques, Jorge Yamazak, Mara Aparecda Seaubar Alves, Emauel Garolla 2 e José Marcos Barbosa da Slvera. Isttuto de Aeroáutca e Espaço/Dvsão de Cêcas Atmosfércas (IAE/ACA) 2 Cetro de Prevsão de Tempo e Estudos Clmátcos (CPTEC/INPE) - São José dos Campos - São Paulo - SP, Brasl RESUMO: As prevsões do modelo ETA com 0 km de resolução horzotal e 38 íves a vertcal foram avaladas com o objetvo de verfcar o desempeho do modelo com maor resolução horzotal uma regão específca, o Cetro de Laçameto de Alcâtara ( CLA). Foram utlzados, como codção de cotoro, as prevsões do modelo ETA de 40 km; como codção cal, a aálse do Natoal Ceters for Evrometal Predcto (NCEP). Foram obtdos os erros de prevsões e sstemátco das segutes varáves: temperatura do ar, dreção e magtude da velocdade de veto e razão de mstura. Os resultados mostraram que houve melhora de desempeho do modelo a partr de feverero de 2009, a temperatura e razão de mstura, devdo à mudaça a aálse do NCEP. Etretato, a dreção e velocdade do veto fo detectado erro de prevsão, porém ão erro sstemátco. ABSTRACT: ETA model forecasts at horzotal resoluto of 0 km ad 38 vertcal levels were assessed to verfy the skll of a hgh resoluto model for a partcular rego, the Alcatara Lauch Ceter (CLA). ETA model forecasts at horzotal resoluto of 40 km were used as lateral boudary codtos ad the Natoal Ceters for Evrometal Predcto (NCEP) aalyss were used as tal codtos. Mea ad root mea square errors for ar temperature, wd drecto ad magtude, ad mxg rato were computed. The results showed that there was mprovemet model skll from February 2009 for temperature ad mxg rato due to chage the NCEP aalyss. However, for wd drecto ad magtude forecast error was detected, but o systematc error. Palavras-Chave: Modelo ETA, Avalação de Desempeho, CLA. INTRODUÇÃO O Modelo Atmosférco ETA é um modelo regoal (.e., realza as smulações em área lmtada e, por sso, ecessta ser forçado por codções de cotoro lateras) de prevsão de tempo usado operacoalmete pelo Cetro de Prevsão de Tempo e Estudos Clmátcos (CPTEC) do Isttuto Nacoal de Pesqusas Espacas (INPE). Esse modelo utlza como codção cal a aálse forecda pelo Natoal Ceters for Evrometal Predcto (NCEP) e como codções de cotoro as prevsões do modelo global do CPTEC (atualzadas a cada 6 horas de tegração) (Bustamate et al., 2005). A resolução vertcal é de 38 íves e a coordeada vertcal é a coordeada ETA (η). A letra grega η dá o ome ao modelo. O Modelo ETA fo stalado o CPTEC em 996 com o objetvo de completar a prevsão umérca de tempo realzada desde o co de 995 com o modelo global. Atualmete, o modelo ETA é tegrado operacoalmete a resolução de 40 km (ETA40) e 20 km (ETA20) sobre a Amérca do Sul para duas codções cas (00 e 2 UTC) e as suas prevsões são dspoblzadas a homepage do CPTEC ( Em setembro de 2006, como parte de uma colaboração etre a Dvsão de Cêcas Atmosférca (ACA) do Isttuto de Aeroáutca e Espaço ( IAE) e o CPTEC/INPE, o CPTEC vem realzado prevsões de tempo com o modelo ETA a resolução de 0 km (ETA0) de 24 (prev24), 48 (prev48) e 72 (prev72) horas, duas vezes ao da ( 00 e 2 UTC), sobre um domío aproxmadamete cetrado o Cetro de Laçameto de Alcâtara ( CLA). As codções de cotoro do ETA0 são as prevsões do ETA40. Como as prevsões de tempo com modelos atmosfércos apresetam certezas (super/subestmatva da tesdade de varáves meteorológcas, poscoameto correto

2 dos sstemas meteorológcos) e erros sstemátcos, faz-se ecessáro a avalação do modelo para que suas prevsões sejam terpretadas e utlzadas adequadamete pelos prevsores (o cotexto do IAE durate as campahas de laçameto de veículos espacas; Marques e Fsch, 2005). A prevsão do modelo ETA para tegração de prazo estedda fo avalada por Chou et. al. (999) e Chou et. al. (2002) e Bustamate et. al. (2005). Os resultados mostraram a establdade do modelo para tegração em até 5 das, etretato, exstem questões em aberto, como por exemplo: ) Qual sera o desempeho do modelo cosderado uma regão específca, p.ex., o CLA? [Cabe mecoar que avalações para regões específcas são raras a lteratura.] 2) Qual sera o desempeho utlzado uma versão do modelo ETA com maor resolução horzotal (0 km)? [Normalmete, supõe-se que resolução mas alta leva a melhor represetação dos sstemas meteorológcos]. Assm o objetvo deste trabalho é propor-se a respoder a essas questões. 2 DADOS E METODOLOGIA Para determar a prevsbldade do modelo ETA utlzaram-se as aalses e as prevsões do modelo e esses resultados foram comparados com os dados observados de radossodagem da estação meteorológca do CLA. Para sso fez-se uso de estatístcas de erro (bas ou vés e erro quadrátco médo, EQM). A forma de cálculo e o uso dessas estatístcas ecotram-se em Bustamate et. al. (2005), McBrde e Ebert (2000) e Wlks (995). Ou seja, cada dado (ou perfl) observado será comparado com a aálse (codção cal) e as dversas prevsões (24, 48 e 72 horas). As tegrações utlzadas para aálse foram para os meses de março de 2008 a abrl de 2009, mas só apresetaremos as fguras de março de 2008 e As avalações foram baseadas as segutes varáves prevstas pelo modelo: Temperatura do ar, dreção e magtude da velocdade de veto e razão de mstura. O erro da prevsão é defdo como a dfereça etre o valor prevsto e o observado. A partr do erro de prevsão calculam-se o: o vés ou erro sstemátco que é a méda da dfereça etre a Prevsão (P) e a Observação (O). O é o úmero de potos avalados. Vés ( P O ) - e o EQM que é a raz quadrada do erro médo quadrátco etre a prevsão e a observação. EQM ( P O ) 2 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES Os resultados do desempeho do modelo ETA são apresetados pelas fguras com o perfl médo da aálse, das prevsões de 24, 48 e 72 horas e do observado de cada varável. Apresetaremos apeas os meses de março de 2008 e março de 2009 devdo ao lmte de paga este trabalho. As fguras mostram também o erro médo e o EQM da aálse e de cada prevsão em relação ao perfl médo observado. A fgura mostra o desempeho do modelo para prevsão de temperatura do ar. De março de 2008 a jaero de 2009, o modelo superestma os valores de temperatura os altos íves. Esse erro médo postvo começa a aparecer sesvelmete acma do ível de 600 hpa e tora-se bastate proucado etre 250 e 00 hpa. A partr de feverero de 2009, observa-se uma expressva redução do erro, e em março e abrl de 2009 o erro aproxma-se de zero. Sugere-se que essa melhora as prevsões do modelo ETA esteja assocada a melhoras a aálse utlzada. 2

3 A avalação da umdade atmosférca prevsta pelo modelo é realzada pela razão de mstura (fgura 2). Ode se observa que de março de 2008 a feverero de 2009 a aálse e as prevsões superestmam as observações em toda a troposfera. A superestmatva de umdade sgfca maor quatdade de vapor dspoível para covecção profuda, o que pode favorecer a superestmatva de precptação para a regão do CLA. Os maores valores de erros médos de março a mao de 2008 estão etre a superfíce e 500 hpa (3 g/kg em 850 hpa a aálse). Para juho e julho o erro médo da aálse dmu e volta a aumetar em agosto. De setembro a dezembro o modelo superestma mas acetuadamete da superfíce até 600 hpa (5g/kg em 850 hpa). Em jaero, o erro médo se cocetra da superfíce até 700 hpa (aálse e prev24) (4 g/kg). De feverero a abrl de 2009, observa-se uma melhora acetuada da aálse e, coseqüetemete, das prevsões, com maores erros em toro de,2 g/kg em 700 hpa em feverero (aálse). Com a melhora sgfcatva o perfl da aálse, ou seja, erro médo próxmo de zero, ota-se que as prevsões passam a subestmar as observações próxmas à superfíce em março e abrl de Quato à dreção e magtude da velocdade do veto, os resultados da avalação são apresetados pelas fguras 4 e 5. Essas varáves são mportates a localzação e tesdade de sstemas meteorológcos as prevsões do modelo. Observa-se que, de março a mao de 2008, a melhor prevsão do modelo para a dreção do veto é a méda atmosfera (aprox. etre 650 a 400 hpa). De juho a setembro, o modelo altera etre subestmar e superestmar o observado da superfíce até 00 hpa, apresetado os maores erros, em toro de -90, os altos íves em julho (prev72h) e setembro (aálse, Pre24h e prev72h). Em outubro e dezembro de 2008, o modelo subestma os íves médos (aprox. etre 600 e 400 hpa), equato que em ovembro superestma etre 750 e 500 hpa. Em jaero e feverero, ocorre substmatva etre 600 e 350 hpa, equato que em março esse erro egatvo fca próxma a superfíce (até 800 hpa) e em abrl volta a ocorre uma camada maor, da superfíce até 450 hpa, com erros médos chegado até 30. O EQM tede a crescer rapdamete os altos íves, acma de 300 hpa, a maora dos meses aalsados. A avalação da magtude da velocdade do veto dca que o perfl da aálse está próxmo do observado de março a juho de 2008, sedo que as prevsões superestmam o observado de 850 a 550 hpa com maor erro médo (3 m/s) em toro de 700 hpa (prev24). Em julho e agosto, as prevsões superestmam da superfíce a 600 hpa e subestmam acma desse ível com maor erro médo os baxos íves (850 a 700 hpa) (prev24 e prev48). De setembro a dezembro o modelo apresetou seu melhor desempeho os íves médos (700 a 300 hpa), superestmado abaxo de 700 hpa e subestmado acma de 300 hpa (maor erro ~6m/s em 850 hpa). Para jaero e feverero de 2009 o perfl das prevsões superestmam desde a superfíce até 650 hpa e subestmam acma desse ível, clusve a aalse. O maor erro médo fo em 850 hpa (~ 3 m/s). As prevsões apresetam seu melhor desempeho os íves médos em março e os íves altos em abrl, sedo que o maor erro médo cotua sedo em 850 hpa, com 2 m/s em março e 3 m/s em abrl. Em resumo, ão se observa erro sstemátco devdo ao modelo ão apresetar um comportameto sstemátco de superestmar ou subestmar a dreção e a velocdade do veto, etretato, os maores erros são ecotrados os íves altos a dreção do veto em março e de mao a julho, e o ível de 850 hpa a magtude do veto de setembro a dezembro. O desempeho do modelo a smulação de dreção e magtude da velocdade de veto é de suma mportâca o caso de laçameto de veículos espacas o CLA, pos cada veículo é projetado e costruído para suportarem uma determada carga pela ação do veto (Marques e Fsch, 2005). Assm, um erro médo de 4 a 5 m/s compromete o laçameto do veculo, prcpalmete os de sodagem que só podem ser laçados com magtude da velocdade do veto de superfíce de até 0 m/s e veto balístco de até 6 m/s. Para um erro médo egatvo compromete a seguraça e o sucesso do laçameto. 3

4 4 - CONSIDERAÇÕES FINAIS A aálse e as prevsões de 24, 48 e 72 horas do modelo ETA foram avaladas em relação às observações (perfl) para o período de março de a abrl de Esta avalação se baseou o erro médo e a raz quadrada do erro quadrátco médo. As varáves aalsadas foram: temperatura do ar, magtude e dreção do veto e razão de mstura. Os resultados dcam que houve melhora de desempeho do modelo, a partr de feverero de 2009, a temperatura do ar e razão de mstura. Acredta-se que sso teha ocorrdo em fução da melhora da aálse utlzada. Os meores erros sstemátcos foram observados a temperatura do ar em baxos e médos íves. Etretato, a dreção do veto, observam-se os maores erros sstemátcos; o erro chegou a 80 ou 90, o que é bastate expressvo, pos ocorre a mudaça da dreção do veto em termo dos potos cardeas da rosa dos vetos. A magtude do veto fo melhor prevsta pelo modelo os íves médos. De um modo geral, ão fo observado erro sstemátco a dreção e magtude do veto, devdo ao modelo ão apresetar um comportameto sstemátco de superestmar ou subestmar. Do poto de vsta da prevsão de tempo em laçameto de foguete, ressalta-se a mportâca do veto, prcpalmete o laçameto de veículos de pequeo porte (foguetes de sodagem) devdo a sua velocdade de decolagem ser relatvamete baxa, fluecado o azmute de laçameto pela compoete lateral do veto, ou a elevação pela compoete frotal do veto. 5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BUSTAMANTE, J.F.; CHOU, S.C.; ROZANTE, J.R.; GOMES, J.L. Uma avalação da prevsbldade de tempo do modelo ETA para a Amérca do Sul. Rev. Bras. Met., v.20,., p.59-70, CHOU, S.C.; JUSTI DA SILA, M.G. Na Objectve evaluato of ETA Model precptato forecasts over South Amerca. Clmaálse, v.4,., 999. CHOU, S. C.; TANAJURA, C. A. S.; XUE, Y.; NOBRE, C. A. Valdato of Coupled ETA/SSB Model over South Amerca. J. Geophys. Res., v.07,.d20, 8088, Oct MARQUES, R.F.C.; FISCH, G.A Meteorologa o Programa de Projeto, Desevolvmeto e Laçameto de Foguetes. Boletm da Socedade Braslera de Meteorologa, MCBRIDE, J.L.; EBERT, E.E. Verfcato of quattatve precptato forecasts from operatoal umercal weather predcto models over Australa. Weather ad Forecastg. v.5,., p.03 2, WILKS, D.S. Statstcal Methods the Atmospherc Sceces. Sa Dego: Academc Press, p. Fgura : Méda mesal do perfl da temperatura do ar: observado (OBS), aálse, prevsão de 24, 48 e 72 horas. Erro sstemátco e EQM. Para março de 2008 e março de

5 Fgura 2: Méda mesal do perfl da razão de mstura: observado (OBS), aálse, prevsão de 24, 48 e 72 horas. Erro sstemátco e EQM. Para março de 2008 e março de Fgura 3: Méda mesal do perfl da dreção do veto: observado (OBS), aálse, prevsão de 24,48 e 72 horas. Erro sstemátco e EQM. Para março de 2008 e março de Fgura 4: Méda mesal do perfl da velocdade do veto: observado (OBS), aálse, prevsão de 24, 48 e 72 horas. Erro sstemátco e EQM. Para março de 2008 e março de 2009.