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MODELAGEM ATMOSFÉRICA

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MODELAGEM ATMOSFÉRICA

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Simulação do transporte de aerossóis devido à erupção do vulcão Pinatubo,

Filipinas, 15 de julho de 1991

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Processos Físicos na Modelagem do Tempo/Clima

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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

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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)

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MODELAGEM NUMÉRICAequação do movimento

FP=G+FGPV+FGPH+FCO+FATR= FRESLT

∆∆

==tuaa

mF rr

( ) ( )[ ]( ) ( ) ×+=

×=−×=

=

==

u) de temporal(variação

rr

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Conservação de EnergiaConservação de Movimento e Massa

• equação do movimento

• equação da termodinâmica

• equação da continuidade de massa

• equação da hidrostática

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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

=

×++×+×=

++++=

aaa

xaxaxaxay nn

L

L

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REGRESSÃO LINEAR MÚLTIPLA:

Método clássicodados observados

Perfect Progsaída de modelos e dados observados

MOSsaída de modelo numérico

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Previsão Numérica do Tempo

• Previsão subjetivamodelos conceituais de latitudes médias

• Modelos 1D• Modelos 2D• Modelos 3D

- 1camada- mais de 1 camada

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Previsão de TempoPrevisão de Tempo

Condição FinalCondição Inicial

Modelo Numérico deModelo Numérico de

Previsão de TempoPrevisão de Tempo

Observações Meteorológica

Previsão

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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.

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ENIAC em Princeton

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200320021994 1998

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DESENVOLVIMENTO DOS MODELOS CLIMÁTICOS

1970 1980 1990(i) 1990(f) 2000 +2000

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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

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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.

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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

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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

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Evolução da Resolução do Modelo Global do CPTEC

200

km200 km

1994-SX3

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Evolução da Resolução do Modelo Global do CPTEC

100 km

100

km

1998-SX4

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Evolução da Resolução do Modelo Global do CPTEC

75 km

75 k

m

2002-SX6

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Evolução da Resolução do Modelo Global do CPTEC

2003-SX6

50 km

50 k

m

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Previsão de chuva - Período 18 a 25/12/02Modelo Global - 75 kmModelo Global - 100 km

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

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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.

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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

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Performance das previsões do Modelo Global do CPTEC

CPTEC apresenta índices de acerto comparáveis aos

maiores Centros de Previsão do Mundo

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Correlações de Anomalia de geopotencial em 500hPaAm Sul

South America

%

ECMWF - forecasts

Ops 1980

Ops 2002/3

Ops 2001ERA 2001

DIAS

%

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Adrian Simmons

Correlação da Anomalia de Altura em 500 hPa

ANOS

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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

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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

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Evolução da Resolução do Modelo Regional do CPTEC

40 k

m40 km

1996-SX3 e SX4

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Evolução da Resolução do Modelo Regional do CPTEC

20 km

20 k

m

2003-SX6

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Previsão de chuva - Período 18 a 21/12/02Modelo Regional - 20- km

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Previsão de Altíssima Resolução EspacialAngra dos Reis - Dezembro de 2002

Eta-10 km – Previsão de 24h

www.cptec.inpe.br

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Previsão Climática SazonalPrevisão Climática Sazonal

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Previsão Climática SazonalPrevisão Climática Sazonal

Condição FinalCondição FinalCondição InicialCondição Inicial

TempoTempomesesmeses

Alta PrevisibilidadeAlta Previsibilidade Baixa PrevisibilidadeBaixa Previsibilidade

Condição InicialCondição Inicial Condição FinalCondição Finalmesesmeses

TempoTempo

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Previsibilidade Climática

ALTA PREVISIBILIDADE

ALTA - MÉDIAPREVISIBILIDADE

MÉDIA PREVISIBILIDADE

ALTA - MÉDIAPREVISIBILIDADE

MÉDIA PREVISIBILIDADE

BAIXA PREVISIBILIDADE

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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

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El Niño

Fonte: IRIAdaptação: LMRS-PB

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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.

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Erro padrão das previsões de vazão1995 - 1998

Previsões de vazão mensal

Usando a precipitação climatológica

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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.

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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

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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.

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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.

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FIM