MODELAGEM ATMOSFÉRICA
Simulação do transporte de aerossóis devido à erupção do vulcão Pinatubo,
Filipinas, 15 de julho de 1991
Processos Físicos na Modelagem do Tempo/Clima
Modelo Conceitual do Sistema Terra
Ciclos Biogeoquimicos
Química Troposférica
Poluentes
CO2
Solo CO2
Energia/Umidade Terrestre
Ecossistemas Terrestres
Biogeoquímica Marinha
Umidade Global
Dinâmica do Oceano
Forç
ante
sE
xter
nos
Vul
cões
Física/Dinâmica Atmosférica
Sistema Físico-Climático
Quí
mic
a/D
inâm
ica
Est
rato
sfér
ica
Sol
Usos da
Terra
MudançasClimáticas
Atividades Humanas
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)
MODELAGEM NUMÉRICAequação do movimento
FP=G+FGPV+FGPH+FCO+FATR= FRESLT
∆∆
==tuaa
mF rr
( ) ( )[ ]( ) ( ) ×+=
×=−×=
=
==
u) de temporal(variação
rr
Conservação de EnergiaConservação de Movimento e Massa
• equação do movimento
• equação da termodinâmica
• equação da continuidade de massa
• equação da hidrostática
PREVISÃO ESTATÍSTICA
REGRESSÃO LINEAR MÚLTIPLA:
preditorN preditor2 preditor1 preditando 321
332211
×++×+×=
+++=
aaa
xaxaxaxay nn
L
L
)meridional vento,ar do adivergênci(TSM, funçãomensal chuva
preditorN preditor2 preditor1 preditando 321
332211
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×++×+×=
++++=
aaa
xaxaxaxay nn
L
L
REGRESSÃO LINEAR MÚLTIPLA:
Método clássicodados observados
Perfect Progsaída de modelos e dados observados
MOSsaída de modelo numérico
Previsão Numérica do Tempo
• Previsão subjetivamodelos conceituais de latitudes médias
• Modelos 1D• Modelos 2D• Modelos 3D
- 1camada- mais de 1 camada
Previsão de TempoPrevisão de Tempo
Condição FinalCondição Inicial
Modelo Numérico deModelo Numérico de
Previsão de TempoPrevisão de Tempo
Observações Meteorológica
Previsão
Previsão de TempoPrevisão de Tempo
Condição FinalCondição Inicial
Observações Meteorológicas
~ 2 semanas~ 2 semanas
TempoPrevisão
Atmosfera é Atmosfera é caótica.caótica.O que torna baixa a previsibilidade para prazos superiores a 1 O que torna baixa a previsibilidade para prazos superiores a 1 semana.semana.
ENIAC em Princeton
200320021994 1998
DESENVOLVIMENTO DOS MODELOS CLIMÁTICOS
1970 1980 1990(i) 1990(f) 2000 +2000
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
PNT é um problema de valor inicial + CC Observations24 hour summary of observations received at ECMWF, 18 March 2000
Geo-stationarysatellites
ERS-2415,511
Polar-orbiting satellites
CloudmotionvectorSATOB412,455
ATOVS� 3,828,846SSMI� 52,680
TEMP —Land� 1135Ship� 17
Pilot� 878Profiler
390Buoys —drifting 8,495moored 287
SYNOP — Ship 5064
AIREP� 21,872AMDAR�45,814ACAR� 15,145
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.
Observations used in ARPEGE
radiosondagens - P,T,UR,vento Radiâncias ATOVS NOAA
Satélites Geostacionário - ventosBóias na superfície - P,T,UR,vento
SYNOP e navios - superfície P,T,UR,vento avião - T,vento
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
1ºlat 1º
long
100 km
Interações laterais
Interações com a superfície
Interações entre camadas
Número de elementos:400 x 200 x 28= 2,24 milhõesE-W N-S Vertical
Calcula-se para cada um destes volumes:Temperatura, umidade, direção e velocidade do vento, altura geopotencial.
Número de elementos:400 x 200 x 28= 2,24 milhõesE-W N-S Vertical
Calcula-se para cada um destes volumes:Temperatura, umidade, direção e velocidade do vento, altura geopotencial.
Domínio Geográfico
100 km
Evolução da Resolução do Modelo Global do CPTEC
200
km200 km
1994-SX3
Evolução da Resolução do Modelo Global do CPTEC
100 km
100
km
1998-SX4
Evolução da Resolução do Modelo Global do CPTEC
75 km
75 k
m
2002-SX6
Evolução da Resolução do Modelo Global do CPTEC
2003-SX6
50 km
50 k
m
Previsão de chuva - Período 18 a 25/12/02Modelo Global - 75 kmModelo Global - 100 km
Previsão de chuva - Período 18 a 25/12/02Modelo Global - 50 km
Plumas deProbabilidade
Previsão de Probabilidades
Produtos
Previsão Probabilística Modelagem Global
Através de um conjunto de integrações do Modelo Global,
obtém-se a probabilidade de uma previsão ocorrer, indicando o grau de
confiabilidade desta.
Previsão Probabilística de chuva acima de 20 mm em 24 horassemana de 10 a 17 de dezembro de 2002
Chuvas intensas em MG
12/12/02 - 21hprev 96 h
14/12/02 - 00Zprev 144 h
15/12/02 - 21hprev 168 h
11/12/02 - 21hprev 72 h
95653510
95653510
Performance das previsões do Modelo Global do CPTEC
CPTEC apresenta índices de acerto comparáveis aos
maiores Centros de Previsão do Mundo
Correlações de Anomalia de geopotencial em 500hPaAm Sul
South America
%
ECMWF - forecasts
Ops 1980
Ops 2002/3
Ops 2001ERA 2001
DIAS
%
Adrian Simmons
Correlação da Anomalia de Altura em 500 hPa
ANOS
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
1ºlat 1º
long
20 km
Interações laterais
Interações com a superfície
Interações entre camadas
Número de elementos:330 x 330 x 46= 5 milhõesE-W N-S Vertical
Calcula-se para cada um destes volumes:Temperatura, umidade, direção e velocidade do vento, altura geopotencial.
Número de elementos:330 x 330 x 46= 5 milhõesE-W N-S Vertical
Calcula-se para cada um destes volumes:Temperatura, umidade, direção e velocidade do vento, altura geopotencial.
globo
Domínio Geográfico
20 km
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
1ºlat 1º
long
20 km
Interações laterais
Interações com a superfície
Interações entre camadas
Número de elementos:330 x 330 x 46= 5 milhõesE-W N-S Vertical
Calcula-se para cada um destes volumes:Temperatura, umidade, direção e velocidade do vento, altura geopotencial.
Número de elementos:330 x 330 x 46= 5 milhõesE-W N-S Vertical
Calcula-se para cada um destes volumes:Temperatura, umidade, direção e velocidade do vento, altura geopotencial.
globo
Domínio Geográfico
20 km
Evolução da Resolução do Modelo Regional do CPTEC
40 k
m40 km
1996-SX3 e SX4
Evolução da Resolução do Modelo Regional do CPTEC
20 km
20 k
m
2003-SX6
Previsão de chuva - Período 18 a 21/12/02Modelo Regional - 20- km
Previsão de Altíssima Resolução EspacialAngra dos Reis - Dezembro de 2002
Eta-10 km – Previsão de 24h
www.cptec.inpe.br
Previsão Climática SazonalPrevisão Climática Sazonal
Previsão Climática SazonalPrevisão Climática Sazonal
Condição FinalCondição FinalCondição InicialCondição Inicial
TempoTempomesesmeses
Alta PrevisibilidadeAlta Previsibilidade Baixa PrevisibilidadeBaixa Previsibilidade
Condição InicialCondição Inicial Condição FinalCondição Finalmesesmeses
TempoTempo
Previsibilidade Climática
ALTA PREVISIBILIDADE
ALTA - MÉDIAPREVISIBILIDADE
MÉDIA PREVISIBILIDADE
ALTA - MÉDIAPREVISIBILIDADE
MÉDIA PREVISIBILIDADE
BAIXA PREVISIBILIDADE
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.
28 níveis verticais
20 níveis verticais
1,8lat 1,8
long
125 km
-5km de profundidade
200 km
Oceano
200 km Número de elementos:200 x 100 x 28= 0,56 milhõesE-W N-S Vertical
Calcula-se para cada um dos volumes atmosféricos:Temperatura, umidade, direção e velocidade do vento, altura geopotencial.Calcula-se para cada um dos volumes atmosféricos:Temperatura, salinidade, direção e velocidade da corrente, pressão.
Número de elementos:200 x 100 x 28= 0,56 milhõesE-W N-S Vertical
Calcula-se para cada um dos volumes atmosféricos:Temperatura, umidade, direção e velocidade do vento, altura geopotencial.Calcula-se para cada um dos volumes atmosféricos:Temperatura, salinidade, direção e velocidade da corrente, pressão.
Atmosfera
El Niño
El Niño
Fonte: IRIAdaptação: LMRS-PB
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.
Erro padrão das previsões de vazão1995 - 1998
Previsões de vazão mensal
Usando a precipitação climatológica
ENFRENTAMENTO DA ENFRENTAMENTO DA CRISE ENERGÉTICACRISE ENERGÉTICA
Monitoramento Monitoramento hidrometeorológicohidrometeorológico e e
elaboração de previsões elaboração de previsões de tempo e clima para de tempo e clima para as principais bacias as principais bacias
hidrográficas do País.hidrográficas do País.
Estudos prévios ( ex. Desmatamento)Paleoclimas
Tendências e variabilidade de clima
Modelos globais do IPCC
Downscaling usando o modelo regional Eta/CPTEC 2d’ aninhado no modeloglobal acoplado do Hadley Centre (HadCM3H)
Modelagem de clima
CenáriosSRES- IPCC
Clima-hidrologiado presente
Mudança climática global e regional?Observações de clima-hidrologia
(nível global e regional)
Cenários climáticos regionalizados
(Século XXI)
Aplicações:- Recursos Hídricos no século XXI
- Ecossistemas Naturais, etc…
Banco De dados
Benefícios da Meteorologia Moderna para o PaísBenefícios da Meteorologia Moderna para o País
•• Avanço científico nos conhecimentos de processosAvanço científico nos conhecimentos de processosatmosféricos e oceânicos regionais e globais.atmosféricos e oceânicos regionais e globais.
•• Aumento de confiabilidade em previsões de tempo e Aumento de confiabilidade em previsões de tempo e clima de curto, médio e longo prazos no Brasil e nos clima de curto, médio e longo prazos no Brasil e nos países vizinhos.países vizinhos.
•• Redução de perdas relacionadas com as variações de Redução de perdas relacionadas com as variações de tempo e clima na agricultura, transporte, turismo, geração tempo e clima na agricultura, transporte, turismo, geração de energia, etc.de energia, etc.
•• Mitigação dos desastres ambientais, através do uso de Mitigação dos desastres ambientais, através do uso de previsões de tempo e clima.previsões de tempo e clima.
•• Apoio a ações governamentais e da sociedade em geral Apoio a ações governamentais e da sociedade em geral para a redução da pobreza e de desequilíbrios regionais.para a redução da pobreza e de desequilíbrios regionais.
MENSAGEM
• Previsão de Tempo e Clima com modelos atmosféricosPrevisão de Tempo e Clima com modelos atmosféricos
•• Estudo da variabilidade climática e de tempo comEstudo da variabilidade climática e de tempo commodelos (acoplados)modelos (acoplados)
•• Cenários climáticos regionais e globaisCenários climáticos regionais e globais
•• Redução de perdas relacionadas com as variações deRedução de perdas relacionadas com as variações deTempo e Clima na agricultura, transporte, turismo, Tempo e Clima na agricultura, transporte, turismo, organização social, geração de energia, etc.organização social, geração de energia, etc.
FIM
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