AGRADECIMENTOS Ao CNPq (projetos: /2009-6, /2009-0), UFSM/PIBIC pela bolsa de IC e ao CRS/INPE pela infra-estrutura.

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1 SIMULAÇÕES DO MODELO RegCM3 COM DIFERENTES CONDIÇÕES DE CONTORNO PARA O RIO GRANDE DO SUL UMA ANÁLISE DE ENOS ¹ Diego Pedroso, ² Simone Erotildes Teleginski Ferraz ¹ ²Centro de Ciências Naturais e Exatas. Departamento de Física. Universidade Federal de Santa Maria CRS/INPE. Av. Roraima, nº 1000 Cidade Universitária. Camobi - Santa Maria RS. ¹diegopedroso1@gmail.com, ²simonetfe@gmail.com RESUMO A modelagem numérica tem sido uma das principais ferramentas empregadas na previsão de Tempo e Clima ao redor do globo. Com este trabalho, pretende-se avaliar a capacidade do modelo RegCM3 em simular regionalmente o clima do Rio Grande do Sul com as diferentes condições iniciais disponíveis. Os resultados mostram que apesar da região Sul do Brasil possuir uma baixa previsibilidade, o modelo retrata de forma satisfatória o regime de precipitação da região, indicando qual das condições de contorno testadas responde melhor para esse tipo de simulação. ABSTRACT The numerical modeling have been the main tool used in the weather and climate forecasts around the globe. In this paper, intended to evaluate the capability of RegCM3 model for make a regional simulate the Rio Grande do Sul's climate with different initial conditions available. The results show, for more than the brasilian's south region there is a low predictability, the model show satisfactorily the rainfall in this region, indicating what the initial condition tested answered well this simulation's type. 1. INTRODUÇÃO O Rio Grande do Sul é um estado que possui sua economia essencialmente baseada na agropecuária. Entender os processos que regem o clima regional é de fundamental importância para que todas as medidas cabíveis sejam tomadas, a fim de que possíveis perdas sejam reduzidas ao máximo. Com o intuito de que, além de perdas econômicas, outros tipos de perdas sejam evitadas, um grande esforço da comunidade científica está concentrado em desenvolver e melhorar a modelagem numérica do Tempo e do Clima. No Rio Grande do Sul, as estações chuvosas são bem definidas, entretanto, as alterações no regime de precipitação podem estar sob ação da orografia, latitude e proximidade do oceano, favorecendo ainda, a presença de sistemas frontais. Os modelos climáticos, tanto globais como regionais, são uma as principais ferramentas que ajudam na compreensão de processos que governam o sistema climático (Pal et al. 2007). A terceira versão do Regional Climate Model (RegCM3), é a terceira geração de uma estrutura de modelagem originalmente descrita por Giorgi e Bates (1989) desenvolvido pelo International Centre for Theoretical Physics (ICTP), na Itália.

2 O RegCM3 é um modelo compressível, hidrostático e em coordenadas verticais sigma, disponível à comunidade para utilização na plataforma Linux. Esse modelo possui uma extensa gama de parâmetros que podem ser facilmente modificados pelos usuários. Opções tais como, diferentes esquemas de parametrização de convecção (nuvens), resolução espacial, projeções cartográficas, entre outros, são alteradas conforme o objetivo de cada simulação. Todos os cálculos envolvidos na modelagem estão implementados em linguagem Fortran (FORmula TRANslator), dessa forma, o RegCM3 pode ser rodado em máquinas comuns. O modelo requer condições iniciais dependentes do tempo, ou seja, os campos de entrada possuem resolução temporal de seis horas, e requerem as duas componentes do vento (zonal e meridional), altura geopotencial, temperatura, e umidade relativa. Além disso, a Temperatura da Superfície do Mar (TSM) é outra variável de entrada que possui diferentes resoluções temporais (média semanal ou mensal). As condições iniciais provém de vários produtos de reanálise global incluindo o National Center for Environmental Prediction National Center of Atmospheric Research (NCEP NCAR), fornecendo dados do projeto Reanálise (NNRP1 e NNRP2), o 40-yr do European Centre for Medium Range and Weather Forecasts (ECMWF) com a reanálise do projeto ERA-40, além do NCAR Community Climate Model Version 3 (CCM3), e o Hadley Centre Climate Model (HadAM3) (Pal et al. 2007). Os processos físicos de superfície, são calculados através do Biosphere-Atmosphere Scheme Transfer (BATS), versão 1, (Dickinson et al. 1993) que descreve a transferência de energia, massa e momento, entre a biosfera e a atmosfera. Muitos pacotes da física do modelo foram ampliados desde o lançamento de sua primeira versão em Os novos pacotes incluem esquemas convectivos e não convectivos de precipitação, esquemas de fluxo entre o oceano e a atmosfera, química e modelagem de aerossóis, entre outros. O pacote de transferência radiativa e da camada limite planetária estão essencialmente inalterados, apesar de terem sofrido pequenos ajustes em alguns de seus parâmetros. Dessa forma, uma boa caracterização do comportamento atmosférico de qualquer região do globo pode ser, de maneira confiável, simulada. Assim, a modelagem numérica do Tempo e do Clima, vem desenvolvendo-se com o passar do tempo. Seus produtos serão cada vez mais utilizados por inúmeras pessoas, desenvolvendo diferentes áreas do conhecimento. Além de suas aplicações operacionais, gerando previsões com maior grau de certeza, e evitando assim, grandes perdas econômicas e humanas. 2. OBJETIVOS Com este trabalho, pretende-se avaliar a destreza do modelo RegCM3 em simular regionalmente o comportamento do clima com diferentes condições de contorno inicial. A escolha de um evento de El Niño e um evento de La Niña, reside no fato de que esse tipo de alteração climática é bem conhecida e pesquisada por vários cientistas. Suas implicações foram

3 descritas para todas as regiões do planeta, como pode ser visto em Ropelewski e Halpert (1987). Para caracterizar os eventos, além dos índices baseados nos valores da TSM no Oceano Pacifico equatorial, fez-se a análise do fenômeno ENSO pelo SOI (Southern Oscillation Index). 3. MATERIAIS E MÉTODOS Primeiramente, deve levar-se em conta que o Rio Grande do Sul encontra-se em uma região do globo na qual uma grande quantidade de fenômenos ocorre de forma conjunta, diminuindo a confiabilidade dos modelos climáticos de grande escala. Neste trabalho, será estudado o evento de El Niño do ano de 1982 e a La Niña de 1988, que serão chamados a partir de agora de Nino82 e Nina88. Para avaliar a acurácia do modelo RegCM3, para este caso, foram realizadas simulações com resolução de 50 km x 50 km, em um domínio que cobre boa parte da América do Sul, contendo a região desde a Linha do Equador (latitude 0 ) até o extremo sul da Argentina (latitude 60 S). O domínio longitudinal estende-se à partir da região central do Oceano Pacífico (120 O) até a região central do Oceano Atlântico (20 O). A simulação para o Nino82 inicia no mês de dezembro de 1981 até o início do ano de 1983 e a para a Nina88 inicia em dezembro de 1987 ate início de Esse período de tempo foi escolhido, pois abrange todo o intervalo em que o fenômeno atuou. As três condições de contorno avaliadas são provenientes das duas reanálises do NCEP NCAR (NNRP1 e NNRP2), e a terceira, oriunda ECMWF (ERA40). Os dados de entrada de TSM foram os prescritos pelo Global Sea Surface Temperature (GISST). O esquema de parametrização de convecção adotado foi Grell (Grell, 1993) com o fechamento de ArakawaSchubert (Arakawa e Schubert, 1974). A região simulada pelo modelo é consideravelmente grande. Por isso, será feita uma média de área que engloba a região compreendida entre as latitudes de -34 S a -27 S e longitudes entre -58 W e -50 W. Essa média utiliza todos os pontos de grade contidos neste intervalo e calcula uma média aritmética simples. Assim, tem-se um único valor de precipitação para cada dia e para cada condição de contorno do modelo. A análise será feita para a região Sul do Brasil, que encontra-se no centro da malha. Dessa forma, serão minimizados os problemas com as bordas do domínio, que geralmente perturbam os sinais. As saídas de precipitação serão comparadas com os dados observados e provenientes de Liebmann (2005). 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES As três simulações de precipitação foram geradas e suas médias foram comparadas entre si, considerando como parâmetro incluindo os dados observados de Liebmann (2005). Como esperado, anomalias positivas e negativas de precipitação foram observadas na região Sul

4 em eventos de El Niño e La Niña, respectivamente. O modelo, em nenhum evento de precipitação, prevê um valor cuja magnitude seja maior que os dados de Liebmann (2005). Pode-se observar que todos os eventos são subestimados, como visto nas figuras que mostram o regime de precipitação observado (linha cheia) e os simulados (linhas pontilhadas). Nas Figuras 01 e 02, têm-se os gráficos para o Nino82 e nas Figuras 03 e 04 para Nina88. Para as três simulações foram calculados os coeficientes de correlação estatística entre as previsões geradas pelo modelo e a série de Liebmann. Para os dois eventos, tanto de El Niño como La Niña, a série que possui o mais alto valor de correlação é a gerada pela condição inicial proveniente da reanálise I do NCEP (NNRP1), seguida pela condição inicial do centro europeu ECMWF (ERA40) e por fim, a série que apresentou correlação mais baixa foi a disponibilizada pela reanálise II do NCEP (NNRP2). 5. CONCLUSÕES O modelo consegue captar de forma satisfatória os sinais de precipitação e as três condições iniciais mostram-se concordantes entre si. Todos os eventos de precipitação são subestimados, principalmente pela reanálise do ERA40 em alguns eventos isolados. As duas estações do ano que são retratadas pelo modelo da melhor forma por consequencia do El Niño e da La Niña foram o outono e o inverno. Além disso, pode-se concluir que a condição inicial que responde de forma mais satisfatória é a proveniente da renálise I no NCEP, aqui chamada de NNRP1. 6. AGRADECIMENTOS Ao CNPq (projetos: /2009-6, /2009-0), UFSM/PIBIC pela bolsa de IC e ao CRS/INPE pela infra-estrutura. 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARAKAWA, A., and W. H. SCHUBERT. Interaction of a cumulus cloud ensemble with the largescale environment, Part I. Journal of the Atmospheric Science, 31, , DICKINSON, R. E., P. J. KENNEDY, A. HENDERSON-SELLERS, and P. J. Kennedy. Biosphere-Atmosphere Transfer Scheme (BATS) version 1E as coupled to the NCAR Community Climate Model. NCAR Tech. rep. TN-387+STR,72 pp GIORGI and G. T. BATES. The climatological skill of a regional climate model over complex terrain. Mon. Wea. Rev., 117, GRELL, G. A. Prognostic evaluation of assumptions used by cumulus parameterizations. Monthly Weather Review, 121,

5 LIEBMANN, B., e ALLURED D. Daily precipitation grids for South America. Bulletin of American Meteorological Society, 86, PAL et.al. Regional climate modeling for the developing world: The ICTP RegCM3 and RegCNET. Bulletin of American Meteorological Society. Soc., 88, ROPELEWSKI, C. H., and HALPERT., S. Global and regional scale precipitation patterns associated with the El Niño/Southern Oscillation. Monthly. Weather. Review., 115, p , Figura: Distribuição da precipitação observada e simulada pelo RegCM3 (1 esquerda) no inverno de 1982 El Niño e (2 direita) na primavera de 1982 El Niño. Figura: Distribuição da precipitação observada e simulada pelo RegCM3 (3 esquerda) no inverno de 1988 La Niña, (4 direita) na primavera de 1982 La Niña.