1 Universidade do Estado do Amazonas/Escola Superior de Tecnologia (UEA/EST)

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1 SIMULAÇÃO DE UM CASO DE EVENTO EXTREMO DE CHUVA NA CIDADE DE MANAUS-AM COM O MODELO WRF: O CASO 17 DE FEVEREIRO DE 2011 Adriane Lima Brito¹ José Augusto Paixão Veiga 1 André Ferreira Aranha 1 1 Universidade do Estado do Amazonas/Escola Superior de Tecnologia (UEA/EST) Avenida Darcy Vargas, 1200 Parque 10, Manaus/AM, Brasil - CEP alb.mtr@uea.edu.br jveiga@uea.edu.br afa.mtr@uea.edu.br Resumo: No presente trabalho foi realizado um estudo de caso para o dia 17 de fevereiro de 2011, data em que um evento extremo de chuva significativa atingiu Manaus-AM. Para este caso foi utilizado o modelo WRF, com três esquemas de convecção de parametrização cúmulos (Kain- Fritsch, Grell-Devenyi e Betts-Miller) para três domínios distintos (63 km, 21 km e 7 km). As parametrizações de convecção foram comparadas com os dados de chuva da estação meteorológica Lab Instru ( onde foram feitas análises comparativas da precipitação horária, do total diário de precipitação e do total de precipitação somente para período do evento de chuva. Os resultados mostram que para a precipitação diária as parametrizações de Betts-Miller e Grell- Devenyi foram as que mais se aproximou do observado e para os totais diários e totais de precipitação a parametrização de Grell-Devenyi foi a que apresentou melhor performance. Abstract: In this paper we present a case study for the day February 17 th 2011, when an extreme event of significant rain reached Manaus-AM. For this case we used the WRF model with three parameterization schemes for cumulus convection (Kain-Fritsch, Grell-Devenyi and Betts- Miller) for three different domains (63 km, 21 km and 7 km). The convection parameterizations were compared with rainfall data from weather station Lab Instrument ( where they were made of the comparative analysis hourly precipitation, the total daily rainfall and total rainfall only during the event of rain. The results show that rainfall for the parameterizations of Betts-Miller and Grell-Devenyi were those closest to the observed and the total daily and total precipitation parameterization Grell-Devenyi showed the best performance. 1. Introdução Sabe-se que a convecção atmosférica tem grande influência sobre as condições de tempo e clima da Amazônia em várias escalas, pois ela é dotada de uma ampla variedade de regimes convectivos e interações complexas entre a superfície e a atmosfera, já que a convecção

2 precipitante influencia na dinâmica tropical de grande escala, exercendo um papel fundamental no balanço de energia da circulação geral do planeta (Adams et al., 2009), dessa forma, é muito importante o uso de modelos meteorológicos cada vez mais aprimorados para se ter uma previsão de qualidade e mais representativa do fenômeno. O caso escolhido foi o evento de 17 de fevereiro de 2011 que foi caracterizado por fortes tempestades que provocaram alagamentos e deslizamentos de terra em várias zonas da cidade. De acordo com a Secretaria Municipal de Comunicação Social (Semcom), a Defesa Civil registrou 37 ocorrências em várias zonas da cidade em um período chuvoso que durou 20 horas, a maioria das ocorrências estava relacionada com deslizamentos de terra, residências com riscos de desmoronamento por conta de deslizamentos e outros casos referentes a alagações por conta do transbordamento de igarapés em vários pontos da cidade ( 2. Objetivos Tendo em vista que a previsão de fenômenos meteorológicos em escalas de subgrade tem sido uma tarefa essencial para a melhoria das previsões numéricas de tempo em escalas espaciais de altíssima resolução, presente trabalho objetiva fazer um estudo de caso de um evento extremo de chuva na cidade de Manaus avaliando diferentes esquemas de parametrização de convecção de cúmulos SIM-KF (simulação de Kain-Fritsch), SIM-BM (simulação de Bett-Miller), e SIM- GD (simulação de Grell-Devenyi). 3. Material e Métodos O modelo de previsão numérica de tempo utilizado no presente trabalho foi o WRF, versão 3.1 ( com núcleo dinâmico ARW (Advanced Research WRF). Foram realizadas três simulações numéricas, com domínios espaciais distintos como visto a partir da Figura 1, para o dia 17 de fevereiro de As resoluções espaciais utilizadas para cada domínio foram, respectivamente, de 63 km (D01), 21 km (D02) e 07 km (D03). Foi utilizado como resolução vertical 27 níveis. Cada uma das três simulações numéricas consistiu de um esquema de parametrização de convecção distinto, onde foi utilizada a parametrização de convecção de Betts-Miller (SIM-BM), parametrização de convecção de Grell-Devenyi (SIM- GD) e a parametrização de convecção de Kain-Frisch (SIM-KF). Os domínios D01, D02 e D03 de cada simulação foram comparados com os dados de chuva de uma estação meteorológica (Lab Instru), com coordenadas 3 S e 60 W, pertencente a Universidade do Estado do Amazonas/Escola Superior de Tecnologia (UEA/EST) localizada na cidade de Manaus-AM. Os dados de chuva da estação possuem freqüência temporal de uma 01 hora e foram comparados com as saídas do modelo que apresentam uma freqüência de 3 horas. As demais características da configuração do modelo WRF para as simulações numéricas são: microfísica WSM3, esquema de superfície de Monin-Obukhov, camada limite utilizada foi o

3 esquema de YSU (Yonsei University scheme), ondas curtas e ondas longas (RRTM). As condições de contorno utilizadas nas simulações com o modelo WFR foram estraídas do GFS (Global File System) pertencente ao NCEP-NOAA (National Centers for Environmental Prediction National Oceanic and Atmospheric Administration) em intervalos de 6h e resolução espacial de 1 1. O modelo foi integrado no modo hidrostático, para os domínios D01, D02 e D03. Figura 1: Domínios espaciais, onde foram feitas as simulações com o modelo WRF. 4. Resultados e Discursão A Figura 2 mostra a precipitação observada comparada com três tipos de parametrizações de convecção cumulus distintos para o caso de evento extremo de chuva que ocorreu no dia 17 de fevereiro de A partir desta Figura observa-se que, os dados da estação registraram um pico de precipitação às 06:00 e 09:00 horas de 15,6 e 18,4 mm, respectivamente. Nota-se que as três parametrizações de convecção, para os domínios D01, D02 e D03 (Figura 2a-c, respectivamente) tendem a aumentar o pico de precipitação conforme a resolução espacial do modelo aumenta e estando em fase com o pico de precipitação observado. A parametrização de Betts-Miller, no domínio D01, simulou bem o pico de precipitação observado com 17,7 mm às 09:00 horas. Já a parametrização de Grell Devenyi, apesar de subestimar a chuva nos domínios D01 e D02, simulou bem o pico de precipitação observado com 18,3 mm também às 09:00 horas no domínio D03. A parametrização de Kain-Fritsch superestimou o pico de precipitação observado, entre 29,2 e 42,2 mm, para os três domínios. Um fato interessante é que, a partir das 12:00 horas, as três parametrizações tendem a simular precipitação constante nos três domínios, coincidindo com valores de 0 mm de precipitação obtidos da estação. A Figura 3 mostra o total diário de precipitação, para o observado e para as parametrizações de convecção de Kain-Fritsch, Betts-Miller e Grell-Devenyi, para o dia 17 de fevereiro. A partir desta Figura nota-se que o total diário de precipitação observado é de 39,8 mm. Observa-se que o total diário das três parametrizações de convecção tende a superestimar o observado, aumentando os valores de precipitação conforme a resolução espacial aumenta, D01, D02 e D03 (Figura 2a-c). A parametrização de Grell-Devenyi foi a que mais se aproximou do observado com 55,5 mm de precipitação no domínio D01.

4 A Figura 4 mostra o total de precipitação para o período de ocorrência das chuvas durante o evento do dia 17 de fevereiro de 03:00 às 09:00 horas. A partir desta Figura nota-se que o total de precipitação observado para o período do evento é de 12,6 mm. Observa-se que os resultados não são muito diferentes da Figura 3 (total diário). As três parametrizações não simularam bem o total de precipitação observado, superestimando a precipitação nos três domínios. A parametrização que mais se aproximou foi novamente a parametrização de Grell-devenyi com 55,5 mm, 63,4 mm e 75,0 mm para os domínios D01, D02 e D03 respectivamente. Apesar de as três parametrizações de convecção superestimarem o total de precipitação para o período de ocorrência do evento, observa-se que os valores do total de precipitação entre as parametrizações são próximos. 5. Conclusão Neste trabalho foram realizadas três simulações numéricas com esquemas de parametrização de convecção distintos para o caso de chuvas estremas que ocorreram no dia 17 de fevereiro de 2011 na cidade de Manaus-AM. Os resultados mostraram que as parametrizações de convecção que melhor simularam a precipitação diária foram as parametrizações de Betts-Miller e Grell- Devenyi, que simularam bem a precipitação nos domínios D01 (Figura 1a) e D03 (Figura 1b) respectivamente. Já os resultados dos totais diários e totais de chuva para o período de ocorrência do evento foram muito parecidos, superestimando a precipitação observada conforme a resolução espacial aumenta, não simulando bem o observado. 6. Agradecimentos Os autores gostariam de agradecer ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico (CNPq), a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas (FAPEAM) e a Universidade do Estado do Amazonas (UEA). 7. Referências Bibliográficas ADAMS, D. K.; DE SOUZA, E. P.; COSTA, A. A. Convecção úmida na Amazônia: implicações para modelagem numérica. Revista Brasileira de Meteorologia, v.24, n.2, , Aranha, A. F., Veiga, J. A. P., Brito, A. L. Simulação de um caso de evento extremo de chuva na cidade de Manaus-AM com o modelo WRF: O caso 30 de março de Anais do IV Encontro Sul Brasileiro de Meteorologia, Anais do IV Encontro Sul Brasileiro de Meteorologia, Brito, A. L., Veiga, J. A. P., Aranha, A. F. Simulação de um caso de evento extremo de chuva na cidade de Manaus-AM com o modelo WRF: O caso 08 de março de 2008 (Resultados Preliminares). Anais do IV Encontro Sul Brasileiro de Meteorologia, 2010.

5 a) b) c) Figura 1: Precipitação diária, simulada versus observada, para o caso 01 de abril de A linha de cor vermelha representa os valores de precipitação (mm) registrados na estação da UEA/EST, magenta para a simulação SIM-KF, azul para a simulação SIM-BM e verde para a simulação SIM-GD, para os respectivos domínios D01, D02 e D03. a) b) c) Figura 2: Total diário de chuva, simulada versus observada, integrada para o dia 01 de abril de A linha de cor vermelha representa os valores de precipitação (mm) registrados na estação da UEA/EST, magenta para a simulação SIM-KF, azul para a simulação SIM-BM e verde para a simulação SIM-GD, para os respectivos domínios D01, D02 e D03. a) b) c) Figura 3: Total de chuva, simulada versus observada, integrada durante a atuação do evento (15:00 às 21:00 horas). A linha de cor vermelha representa os valores de precipitação (mm) registrados na estação da UEA/EST, magenta para a simulação SIM- KF, azul para a simulação SIM-BM e verde para a simulação SIM-GD, para os respectivos domínios D01, D02 e D03.