MODELAGEM ATMOSFÉRICA

Transcrição

1 MODELAGEM ATMOSFÉRICA

2 Simulação do transporte de aerossóis devido à erupção do vulcão Pinatubo, Filipinas, 15 de julho de 1991

3 Processos Físicos na Modelagem do Tempo/Clima

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5 Modelo Conceitual do Sistema Terra Sistema Físico-Climático Física/Dinâmica Atmosférica Mudanças Climáticas Forçantes Externos Sol Vulcões Química/Dinâmica Estratosférica Dinâmica do Oceano Biogeoquímica Marinha Umidade Global Energia/Umidade Terrestre Ecossistemas Terrestres Solo CO 2 Usos da Terra Atividades Humanas Química Troposférica CO 2 Ciclos Biogeoquimicos Poluentes

6 PREVISÃO DE TEMPO E CLIMA MODELAGEM NUMÉRICA BASEADA EM CÁLCULO INFINITESIMAL ESCOAMENTO BÁSICO E PERTURBAÇÕES MODELAGEM ESTATÍSTICA BASEADA NO PASSADO SEMPRE UM EVENTO PASSADO PODE SE REPETIR REGRESSÃO LINEAR (MÚLTIPLA)

7 MODELAGEM NUMÉRICA equação do movimento FP=G+FGPV+FGPH+FCO+FATR= FRESLT = r r = F m r r u = a a = t = (variação temporal de u) = [ ( ) ( )] = ( ) = ( ) +

8 Conservação de Energia Conservação de Movimento e Massa equação do movimento equação da termodinâmica equação da continuidade de massa equação da hidrostática

9 PREVISÃO ESTATÍSTICA REGRESSÃO LINEAR MÚLTIPLA: preditorn preditor2 preditor1 preditando = = a a a x a x a x a x a y n n L L vento meridional) do ar, função (TSM, divergência chuva mensal preditorn preditor2 preditor1 preditando = = = a a a x a x a x a x a y n n L L

10 REGRESSÃO LINEAR MÚLTIPLA: Método clássico dados observados Perfect Prog saída de modelos e dados observados MOS saída de modelo numérico

11 Previsão Numérica do Tempo Previsão subjetiva modelos conceituais de latitudes médias Modelos 1D Modelos 2D Modelos 3D - 1camada - mais de 1 camada

12 Previsão de Tempo Condição Inicial Condição Final Modelo Numérico de Previsão de Tempo Observações Meteorológica Previsão

13 Previsão de Tempo Condição Inicial Condição Final ~ 2 semanas Observações Meteorológicas Tempo Previsão Atmosfera é caótica. O que torna baixa a previsibilidade para prazos superiores a 1 semana.

14 ENIAC em Princeton

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16 DESENVOLVIMENTO DOS MODELOS CLIMÁTICOS (i) 1990(f)

17 Problemas da Previsão Numérica Resolução espacial observações Satélites geostacionários/órbita polar Aeronaves Dados de superfície Bóias (oceanos) Balões (radiossondagens) Inicialização dos modelos minimização do erro Parametrização dos processos físicos sub-grade Acoplamento com a superfície oceano biosfera Capacidade computacional

18 PNT é um problema de valor inicial + CC Observations 24 hour summary of observations received at ECMWF, 18 March 2000 ERS-2 415,511 Geo-stationary satellites Polar-orbiting satellites AIREP 21,872 AMDAR45,814 ACAR 15,145 Cloud motion vector SATOB 412,455 ATOVS 3,828,846 SSMI 52,680 TEMP Land 1135 Ship 17 SYNOP Ship 5064 Buoys drifting 8,495 moored 287 Profiler 390 Pilot 878 SYNOP Land 49,440 Fonte de dados para o Sistema Meteorológico Operacional do ECMWF. Os números referem-se a todos os itens recebidos num período de 24 horas.

19 SYNOP e navios - superfície P,T,UR,vento avião - T,vento Observations used in ARPEGE Bóias na superfície - P,T,UR,vento Satélites Geostacionário - ventos radiosondagens - P,T,UR,vento Radiâncias ATOVS NOAA

20 Modelo Atmosférico Global para Previsão de Tempo: Código computacional (centenas de milhares de linhas de código) que representa aproximações numéricas de equações matemáticas, equações estas representativas das Leis Físicas que regem os movimentos da atmosfera e as interações com a superfície; o cálculo é feito para até 10 dias de previsão. 38 níveis verticais 1º lat 100 km 1º long 100 km Número Número de de elementos: elementos: x x x x 28= 28= 2,24 2,24 milhões milhões E-W E-W N-S N-S Vertical Vertical Calcula-se Calcula-se para para cada cada um um destes destes volumes: volumes: Temperatura, Temperatura, umidade, umidade, direção direção e e velocidade velocidade do do vento, vento, altura altura geopotencial. geopotencial. Domínio Geográfico Interações entre camadas Interações laterais Interações com a superfície

21 Evolução da Resolução do Modelo Global do CPTEC 200 km 200 km 1994-SX3

22 Evolução da Resolução do Modelo Global do CPTEC 100 km 100 km 1998-SX4

23 Evolução da Resolução do Modelo Global do CPTEC 75 km 75 km 2002-SX6

24 Evolução da Resolução do Modelo Global do CPTEC 50 km 50 km 2003-SX6

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28 Previsão de chuva - Período 18 a 25/12/02 Modelo Global km Modelo Global - 75 km

29 Previsão de chuva - Período 18 a 25/12/02 Modelo Global - 50 km

30 Previsão Probabilística Modelagem Global Plumas de Probabilidade Através de um conjunto de integrações do Modelo Global, obtém-se a probabilidade de uma previsão ocorrer, indicando o grau de confiabilidade desta. Produtos Previsão de Probabilidades

31 Previsão Probabilística de chuva acima de 20 mm em 24 horas semana de 10 a 17 de dezembro de 2002 Chuvas intensas em MG 11/12/02-21h prev 72 h /12/02-21h prev 96 h 14/12/02-00Z prev 144 h /12/02-21h prev 168 h

32 Performance das previsões do Modelo Global do CPTEC CPTEC apresenta índices de acerto comparáveis aos maiores Centros de Previsão do Mundo

33 Correlações de Anomalia de geopotencial em 500hPa Am Sul South America Ops 2002/3 Ops 1980 ERA 2001 Ops 2001 % % ECMWF - forecasts DIAS

34 Correlação da Anomalia de Altura em 500 hpa ANOS Adrian Simmons

35 Modelo Atmosférico Regional para Previsão de Tempo: Semelhante ao Modelo Global, porém para um domínio geográfico limitado; o cálculo é feito para 3 dias de previsão. 46 níveis verticais 1º lat 20 km 1º long 20 km Número Número de de elementos: elementos: x x x x 46= 46= 5 milhões milhões E-W E-W N-S N-S Vertical Vertical Calcula-se Calcula-se para para cada cada um um destes destes volumes: volumes: Temperatura, Temperatura, umidade, umidade, direção direção e e velocidade velocidade do do vento, vento, altura altura geopotencial. geopotencial. Domínio Geográfico Interações entre camadas Interações laterais Interações com a superfície globo

36 Modelo Atmosférico Regional para Previsão de Tempo: Semelhante ao Modelo Global, porém para um domínio geográfico limitado; o cálculo é feito para 3 dias de previsão. 46 níveis verticais 1º lat 20 km 1º long 20 km Número Número de de elementos: elementos: x x x x 46= 46= 5 milhões milhões E-W E-W N-S N-S Vertical Vertical Calcula-se Calcula-se para para cada cada um um destes destes volumes: volumes: Temperatura, Temperatura, umidade, umidade, direção direção e e velocidade velocidade do do vento, vento, altura altura geopotencial. geopotencial. Domínio Geográfico Interações entre camadas Interações laterais Interações com a superfície globo

37 Evolução da Resolução do Modelo Regional do CPTEC 40 km 40 km 1996-SX3 e SX4

38 Evolução da Resolução do Modelo Regional do CPTEC 20 km 20 km 2003-SX6

39 Previsão de chuva - Período 18 a 21/12/02 Modelo Regional km

40 Previsão de Altíssima Resolução Espacial Angra dos Reis - Dezembro de 2002 Eta-10 km Previsão de 24h

41 Previsão Climática Sazonal

42 Previsão Climática Sazonal Alta Previsibilidade Baixa Previsibilidade Condição Inicial meses Condição Final Condição Inicial meses Condição Final Tempo Tempo

43 Previsibilidade Climática ALTA - MÉDIA PREVISIBILIDADE ALTA - MÉDIA PREVISIBILIDADE ALTA PREVISIBILIDADE BAIXA PREVISIBILIDADE MÉDIA PREVISIBILIDADE MÉDIA PREVISIBILIDADE

44 Modelo Acoplado Atmosfera-Oceano Global para Previsão Climática: Código computacional (centenas de milhares de linhas de código) que representa aproximações numéricas de equações matemáticas, equações estas representativas das Leis Físicas que regem os movimentos da atmosfera, dos oceanos e as interações entre estes dois fluídos e entre a superfície dos continentes e a atmosfera; o cálculo é feito para um período de poucos meses a anos. Atmosfera 28 níveis verticais 1,8 lat 200 km 1,8 long 200 km Número Número de de elementos: elementos: x x x x 28= 28= 0,56 0,56 milhões milhões E-W E-W N-S N-S Vertical Vertical Calcula-se Calcula-se para para cada cada um um dos dos volumes volumes atmosféricos: atmosféricos: Temperatura, Temperatura, umidade, umidade, direção direção e e velocidade velocidade do do vento, vento, altura altura geopotencial. geopotencial. Calcula-se Calcula-se para para cada cada um um dos dos volumes volumes atmosféricos: atmosféricos: Temperatura, Temperatura, salinidade, salinidade, direção direção e e velocidade velocidade da da corrente, corrente, pressão. pressão. El Niño 125 km 20 níveis verticais Oceano -5km de profundidade

45 El Niño Fonte: IRI Adaptação: LMRS-PB

46 Previsão Climática Previsão de chuvas abaixo da normal para o trimestre janeiro a março (JFM/03) no extremo norte do Nordeste, o que corresponde ao início do período chuvoso dessa Região. Não é possível tirar conclusões definitivas sobre o possível impacto do período chuvoso como um todo, entretanto o quadro é de cautela visto que as previsões estão sinalizando um quadro crítico.

47 Erro padrão das previsões de vazão Previsões de vazão mensal Usando a precipitação climatológica

48 ENFRENTAMENTO DA CRISE ENERGÉTICA Monitoramento hidrometeorológico e elaboração de previsões de tempo e clima para as principais bacias hidrográficas do País.

49 Paleoclimas Clima-hidrologia do presente Estudos prévios ( ex. Desmatamento) Observações de clima-hidrologia (nível global e regional) Tendências e variabilidade de clima Mudança climática global e regional? Modelos globais do IPCC Modelagem de clima Cenários climáticos regionalizados (Século XXI) Cenários SRES- IPCC Downscaling usando o modelo regional Eta/CPTEC 2d aninhado no modelo global acoplado do Hadley Centre (HadCM3H) Banco De dados Aplicações: - Recursos Hídricos no século XXI - Ecossistemas Naturais, etc

50 Benefícios da Meteorologia Moderna para o País Avanço científico nos conhecimentos de processos atmosféricos e oceânicos regionais e globais. Aumento de confiabilidade em previsões de tempo e clima de curto, médio e longo prazos no Brasil e nos países vizinhos. Redução de perdas relacionadas com as variações de tempo e clima na agricultura, transporte, turismo, geração de energia, etc. Mitigação dos desastres ambientais, através do uso de previsões de tempo e clima. Apoio a ações governamentais e da sociedade em geral para a redução da pobreza e de desequilíbrios regionais.

51 MENSAGEM Previsão de Tempo e Clima com modelos atmosféricos Estudo da variabilidade climática e de tempo com modelos (acoplados) Cenários climáticos regionais e globais Redução de perdas relacionadas com as variações de Tempo e Clima na agricultura, transporte, turismo, organização social, geração de energia, etc.

52 FIM