SIMULAÇÃO DO FURACÃO CATARINA COM O BRAMS: SENSIBILIDADE AO FECHAMENTO DO ESQUEMA DE CONVECÇÃO

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1 SIMULAÇÃO DO FURACÃO CATARINA COM O BRAMS: SENSIBILIDADE AO FECHAMENTO DO ESQUEMA DE CONVECÇÃO Rita Micheline Dantas Ricarte 1, Enio Pereira de Souza 2, RESUMO Este trabalho investiga a sensibilidade do modelo Brasilian Regional Atmospheric Modeling System - BRAMS aos diferentes fechamentos associados a parametrização convectiva Grell e ao esquema padrão do BRAMS, o esquema Kuo. O estudo de caso é o furacão Catarina que aconteceu entre 22 e 28 de março de 2004 no Oceano Atlântico próximo ao sul do Brasil. O propósito é avaliar qual esquema de convecção executa melhor simulando um furacão. Para isto é mostrado que a precipitação simulada é altamente sensível à escolha das parametrizações convectiva. O esquema tipo-kuo falhou mantendo o vórtice contra a dissipação em uma experiência sem nudging. ABSTRACT This work investigates the sensitivity of the model Brasilian Regional Atmospheric Modeling System BRAMS to different closures associated to the convective parameterization of Grell and to the standard BRAMS convective parameterization, a Kuo scheme. The case study is hurricane Catarina that occurred between 22 and 28 March, 2004 at the Atlantic Ocean near south Brazil. The purpose is to evaluate which convective scheme performs better in simulating a hurricane. It is shown that the simulated precipitation is highly sensitive to the choice of the convective parameterizations. The Kuo-type scheme failed in keeping the vortex against dissipation in an experiment without nudging. Palavras-chave: BRAMS, parametrização convectiva, furacão Catarina. INTRODUÇÃO Em de março de 2004, um ciclone intenso desenvolveu-se no Oceano Atlântico Sul e deslocou-se em direção à Região Sul do Brasil. Atingiu Santa Catarina e porção norte do Rio Grande do Sul na noite do dia 27, produzindo chuvas intensas e ventos muito fortes atingindo o litoral de Santa Catarina na madrugada no dia 28 (Menezes e Silva Dias, 2004). Esse sistema meteorológico foi denominado de Furacão Catarina. O problema da parametrização convectiva em modelos de grande e meso escalas geralmente é direcionado à simulação da precipitação convectiva e do aquecimento à atmosfera. Existem várias maneiras de se representar os efeitos da convecção em modelos, com diferentes concepções físicas. O objetivo deste trabalho é testar como os esquemas de Kuo (Molinari, 1985) e Grell (Grell e Deévényi, 2002) conseguem simular o furacão Catarina, de acordo com o Nudging aplicado no 1. Aluna de Pós- Graduação em Meteorologia, Universidade Federal da Campina Grande-PB. michelinericarte@yahoo.com.br. 2. Prof. Adj.., Unidade Acadêmica Ciências Atmosféricas, Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande PB. Tel. (83) , esouza@dca.ufcg.edu.br

2 centro do modelo. No caso do esquema Grell, são usados os fechamentos ensemble e Arakawa e Schubert (1974). METODOLOGIA Na simulação do evento Catarina, foi feita uma integração durante um período de 72 horas a partir da 00 UTC do dia 25 de março de A região de estudo cobre a parte do Atlântico Sul a leste da costa sul do Brasil, cujas coordenadas centrais são 28ºS e 43ºW, com limites extremos do domínio de 14ºS ao Norte, 40ºS ao Sul, 57ºW ao Oeste e 29ºW ao Leste. A integração foi heterogênea e não-hidrostática, com uma única grade de 30 km de resolução horizontal. Na vertical foram utilizados 32 níveis além de 9 níveis de solo. A resolução vertical começa com 120 m no primeiro nível e cada camada aumenta por um fator 1,2 até atingir uma resolução de 1000 m, que é mantida até o topo do modelo. O passo de tempo de integração foi de 60 s. Um Nudging foi aplicado com 1800s nos cinco pontos laterais. Foram realizados três experimentos com forte nudging de 3 h no centro do domínio, com os esquemas de Kuo (EXPKU-3), Grell-ensemble (EXPEN-3) e Arakawa e Schubert (EXPAS-3) e três sem nudging, Kuo (EXPKU-0), Arakawa e Schubert (EXPAS-0), e um experimento sem nudging (EXPNO-0). RESULTADOS A Figura 1(a-f) mostra as linhas de corrente no nível de 900 hpa, a 00 UTC do dia 27 e 28 de março de 2004 para os experimentos EXPKU-3, EXPEN-3 e EXPAS-3. De forma geral, a localização e a forma do escoamento é bastante similar. Na medida em que se desloca (Figuras 1 a,c,e), a circulação se define em uma forma circular das linhas de corrente, indicando melhor distribuição de velocidade e intensificação do sistema em todas as direções. Na Figura 1d, o sistema atinge a costa, mas com núcleo menos intenso do que no EXPKU-3. A Figura 1f evidencia que o núcleo do ciclone é menos intenso do que nos dois experimentos anteriores. Isso indica que, como outros fechamentos são utilizados no EXPEN-3, estes devem contribuir para produzir uma circulação mais intensa no caso ensemble. A Figura 2 apresenta a precipitação acumulada em 24 horas, simulada a 00 e 12:00 UTC do dia 27 para os experimentos EXPKU-3, EXPEN-3 e EXPAS-3. No esquema Arakawa-Schubert, a precipitação acumulada é uma ordem de magnitude superior a do EXPKU-3. O máximo valor acumulado é superior a 45 mm a leste do sistema. A precipitação acumulada para o EXPEN-3 segue o mesmo padrão do EXPAS-3. A comparação entre as linhas de corrente (Figuras 1) e as de precipitação (Figuras 2) sugere que os campos de vento razoavelmente similares obtidos nos experimentos EXPKU-3, EXPEN-3 e

3 EXPAS-3, são decorrentes de um nudging forte no centro do domínio do modelo e não devido às características físicas das parametrizações. Para testar o quanto as simulações são dependentes da parametrização dos processos convectivos, foi realizado um experimento no qual todas as parametrizações de processos saturados foram desligadas. Esse experimento, o EXPNO-0 permite que se estude por quanto tempo o ciclone se mantém até que toda sua energia cinética se dissipe. Em todos os três experimentos, o furacão se deslocou para noroeste. Os resultados indicam que a inércia da circulação mantém o sistema por mais tempo sem a ativação da convecção do que no EXPKU-0. Isso sugere que o esquema de Kuo pode não ser o mais adequado para um furacão. A dependência dos modelos regionais do processo de nudging tem forte implicação nas simulações em tempo real para previsão de tempo e ressalta a dependência dos modelos regionais a uma boa previsão dos modelos globais. Não obstante, o fato de o modelo ter produzido precipitações tão diferentes, por exemplo: entre EXPKU-3 e EXPAS-3, indica que, na ausência de simulações confiáveis de grande escala, para a aplicação de um nudging forte, o desempenho do modelo regional vai ser bastante dependente da escolha da parametrização. CONCLUSÕES A representação razoavelmente similar dos campos de vento, obtidos nos experimentos EXPKU-3, EXPEN-3 e EXPAS-3, foi decorrente de um nudging forte no centro do modelo, e não devido às características físicas das parametrizações. O esquema Kuo apresentou valores da taxa de precipitação durante toda a simulação pelo menos uma ordem de magnitude inferior, em relação aos esquemas ensemble e Arakawa-Schubert no qual este foi capaz de manter o furacão ativo por mais tempo. Um experimento sem nenhum processo convectivo, o EXPNO-3, manteve o ciclone por mais tempo do que um experimento semelhante, mas com o esquema tipo Kuo ativado. No geral, na ausência de nudging, o modelo tendeu a deslocar o sistema para a costa de São Paulo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARAKAWA, A.; SCHUBERT W. H. Interaction of a Cumulus Cloud Ensemble with the Larger- Scale Enviroment. Part I. Journal of the Atmospheric Sciences. V. 31, , GRELL, G. A.; DÉVÉNYI, D. A New Approach to Parameterizing Convection Using Ensemble and Data Assimilation Techniques. Geophysical Research Lettes. V , KUO, H.L. Further Studies of the Parameterization of the Influence of Cumulus Convection on Large-Scale Flow. Journal of the Atmospheric Sciences. V. 31, , 1974.

4 MOLINARI, J. A General Form of Kuo s Cumulus Parameterization. Monthly Weather Review. V. 113, , SILVA DIAS, P. L.; SILVA DIAS, M.A.F.; SELUCHI, M.; DINIZ, F.A. O Ciclone Catarina: Análise Preliminar da Estrutura, Dinâmica e Previsibilidade. Anais do XIII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Fortaleza - CE, A Meteorologia e o Desenvolvimento Sustentável. Em CD-ROM. (a) (b) (c) (d) (e) (f) Figura 1: Linhas de corrente em 900hPa para o EXPKU-3, EXPEN-3 e EXPAS-3.

5 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Figura 2: Precipitação (mm) acumulada em 24h e vetor vento, a 00 e 12 UTC para o EXPKU-3, EXPEN-3 e EXPAS-3. (a) (b)

6 (c) (d) (e) (f) Figura 3: Linhas de corrente em 900 hpa para os experimentos sem convecção e sem nudging