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CENÁRIOS DE MUDANÇAS CLIMÁTICAS:REGIONALIZAÇÃO
(‘downscaling’)
Ministério da Ciência, Tecnologia e InovaçãoInstituto Nacional de Pesquisas Espaciais
Chou Sin Chanchou@cptec.inpe.br+55-12-3186-8424
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Special Report on Emission Scenarios (SRES,2000)
AR4
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NOVOS CENÁRIOS USADOS NO IPCC AR5
Integrated Assessment Models ( IA Models )Land use included
RCP - Representative Concentration Pathway
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PROJEÇÕES DO IPCC AR5
TEMP
CHUVA
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1. Em geral, foram introduzidas melhorias nos modelos globais que acrescentaram processos importantes para mudanças climáticas, como ciclos biogeoquímicos (“Earth System Model”);
2. A simulação da temperatura da superfície melhorou com correlaçãp espacial de 0.99; e a correlação da precipitação passou de 0.77 em AR4 para 0.82 em AR5.
PORQUE GERAR NOVAS SIMULAÇÕES DE MUDANÇAS CLIMÁTICAS?
J F M A M J J A S O N D0
2
4
6
8
10
12 TSA
J F M A M J J A S O N D0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
TSACMIP5 CMIP3CMIP5
CMIP3
RMSEPRECIP
Avaliação do ciclo anual da precipitação período 1980-1999 de 44 modelos do AR5.
Projeções para América do Sul a partir de 42 modelos globais, RCP 4.5 (IPCC, 2013)
DJFTemperatura
NEBAMZ
2016-2035
2046-2065
2081-2100
25% 50% 75%
6
ONDJFMPrecipitação
NEBAMZ
2016-2035
2046-2065
2081-2100
25% 50% 75%
Projeções para América do Sul a partir de 42 modelos globais, RCP 4.5 (IPCC, 2013)
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(IPCC, 2013)
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1961-1990 simulations using Eta Model forced by HadCM3 historical 4-member runs
(Chou et al 2012, CliDyn)
HadCM3 ~ 300 km
Eta – 40 km
Em estudos de impactos, vulnerabilidade e adaptação, é adequado empregar maior detalhamento que os modelos globais pois estes estudos têm caráter local.
Os modelos atmosféricos regionais provem o detalhamento do modelo global (‘downscaling’) para um determinado período de tempo e para uma determinada região.
High, mid, low, unperturbed
1010
Development of regional future climate change scenarios in South America using the Eta - HadCM3
climate change projections: Climatology and regional analyses
for the Amazon, São Francisco and and the Parana River Basins
(Marengo et al 2012, CliDyn)
DJF
JJA
DJF
JJA
2010-40 2041-70 2071-2100
H I
J K L
G
A B C
D E F
A-F: Precipitação P (%)G-L: Temperatura do ar (oC)
Cenário A1B, 4 membros
1111
Novos cenários &
Desenvolvimentos do Modelo Eta
Modelo Eta
características
•Convection: 1. Betts-Miller-Janjic scheme,
• Stratiform rain: 1. Zhao scheme
• Turbulence: Mellor Yamada 2.5, MO surface layer, Paulson functions• Radiation: GFDL package• Land surface scheme:
• NOAH scheme, 4 soil layers,• L.B.C.
• OAGCM, • Initial soil moisture :monthly climatology• Initial albedo: seasonal climatology•Changes in calculations of Ps, fluxes over ocean, 10-m winds.
• Domains • Most part of South America• Southeast Brazil• Northeast Brazil
• Resolution: 40 km/38 layers;
• 15km/50 layers;• 5km/50 layers NH
• Grid-point model • Arakawa E grid and Lorenz grid
• Refined Eta vertical coordi (Mesinger, 1984; Mesinger et al 2012)•Prognostic variables: T, q, u, v, ps, TKE, cloud water/ice, hydrometeors•Time integration: • 2 level, split-explicit• Adjustmet: forward-backward• Horiz.Advection: first forward and
then centered• Vert Advection: Piecewise Linear
Scheme > finite-volume Model
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NOVA ESTRATÉGIA DE DOWNSCALING
apoio do MCTI, SAE e PNUD
1. HadGEM2-ES2. BESM3. MIROC5 *
1. RCP 4.52. RCP 8.5
Eta – 20 km
Aumento da resolução dos modelos globais;
Aumento da resolução do modelo regional Eta
- 3 modelos globais- 2 cenários de emissão
Eta – 20 km
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NOVO DOWNSCALING
Eta/HadGEM2-ES
HadGEM2-ES: Hadley Centre, Grã Bretanha1.875°x1.250° , 38 níveis, 1/3 graus nos trópicos e 1 grau em latitudes maiores que 30N/S no oceano, 40 níveis; vegetação dinâmica TRIFFID (Collins et al 2008; Martin et al 2011)
OBS (CRU)
Eta/HadGEM
Precipitação média 1961-1990 (mm/dia)
DJF MAM JJA SON
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NOVO DOWNSCALING
Eta/BESM 2.3.1
BESM: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, BrasilT62 (aprox. 250 km x 250 km) , 28 níveis, ¼ grau no oceano MOM4, 50 níveisNobre et al., 2013
OBS (CRU)
Eta/BESM
Precipitação média 1961-1990 (mm/dia)
SON JJA MAM DJF
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NOVO DOWNSCALING
Eta/MIROC5
MIROC5: Univ. of Tokyo, National Institute for Environmental Studies, e Japan Agency for Marine-Earth Science and TechnologyT85 (aprox. 156 km) , 40 níveis, 1.4o lat x 0.5-1.4o lon no oceano COCO 4.5, 50 níveisWatanabe et al 2010
OBS (CRU)
Eta/MIROC5
Precipitação média 1961-1970 (mm/dia)
SON JJA MAM DJF
PROJEÇÕES FUTURAS de Eta-HadGEM2-ES, Eta-MIROC5 RCP 8.5, RCP 4.5
DIFERENÇA entre climas futuros e o clima presente 1961-1990
PROJEÇÕES FUTURAS de Eta-HadGEM2-ES, Eta-MIROC5 RCP 8.5, RCP 4.5
DIFERENÇA entre climas futuros e o clima presente 1961-1990
1919
PROJEÇÕES FUTURAS 2011-2040
Eta/HadGEM2-ES – RCP 8.5 : TENDÊNCIA DOS EXTREMOS
PRCPTOT CDD RX5DAY
TN10p TX90p WSDI
20
315 x 625 x 50 pontosEta-20km
Eta-5km
1961-21003h/3hRCP 8.5, BESM1 simulação Eta-5km
VERSÃO NÃO-HIDROSTÁTICA PARA ESTUDOS EM ALTA RESOLUÇÃO
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Change of land use:Urban vegetation> increase of convective precipitation
Caroline Mourão, 2010
VERSÃO NÃO-HIDROSTÁTICA PARA ESTUDOS EM ALTA RESOLUÇÃO
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VERSÃO Eta- 5km : SIMULAÇÃO de CHUVA JANEIRO, MÉDIA de 5 anos
OBS CRU
OBS CMORPH
Eta-5km
Precipitação simulada,média de JANEIRO, 5 anos
Variáveis pós-processadas do Modelo Eta (34)
USSL - Umidade do Solo Cont. 0.1 m 0-1
UZRS - Umidade do Solo Cont. 0.4 m 0-1
SMAV - Umidade do Solo Disponível 0-1RNOF - Runoff a Superfície 3h kg/m²/sRNSG - Runoff subterraneo 3h kg/m²/sEVPP - Evapotransp potencial a spf mLWNV - Fração de Nuvens Baixas 0-1MDNV - Fração de Nuvens Médias 0-1HINV - Fração de Nuvens Altas 0-1OCIS - Rad de onda curta inc a spf W/m²OLIS - Rad de onda longa inc a spf W/m²OCES - Rad de onda curta emerg a spf W/m²OLES - Rad de onda longa emerg a spf W/m²ROCE - Rad de onda curta emerg TOA W/m²ROLE - Rad de onda longa emerg TOA W/m²ALBE - Albedo de Superfície 0-1CAPE - CAPE J/kgAGPL - Água Precipitável mmZGEO 20 Altura Geopotencial mUVEL 20 Vento Zonal m/sVVEL 20 Vento Meridional m/sTEMP 20 Temperatura KUMRL 20 Umidade Relativa %OMEG 20 Omega hPa/sUMES 20 Umidade Específica kg/kg
Variável Descrição Unid.PSLM - Pressão no Nível Médio do Mar hPa
PSLC - Pressão a Superfície hPaTP2M - Temperatura do ar a 2m KMXTP - Temperatura Máxima das 3h KMNTP - Temperatura Mínima das 3h KDP2M
-Temperatura do ponto de orvalho a 2 m
K
U10M - U 10 m m/sV10M - V 10 m m/sU100 - U 100 m m/sV100 - V 100 m m/sPREC - Precipitação Total 3 h mPRCV - Precipitação Convectiva 3 h mPRGE - Precipitação de microfísica 3 h mNEVE - Neve acumulada em 3 h mCLSF - Fluxo de Calor Latente a spf W/m²
CSSF - Fluxo de Calor Sensível a spf W/m²
GHFL - Fluxo de Calor no solo W/m²
TSFC - Temperatura da Superfície K
TGSC - Temperatura do Solo 0.1 m KTGRZ - Temperatura do Solo 0.4 m K
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Arquivos de saída em binario simples
3h/3h: Eta_HG2ES_Hist_20km1960010100+YYYYMMDDHH_2D: 132481 arquivos binários 2.6 TB6h/6h: Eta_HG2ES_Hist_20km1960010100+YYYYMMDDHH_3D: 64241 arquivos binários 4.7 TB
TOTAL cada conjunto de 30 anos : 7.3 TB
Variável Arquivos Nº Arquivos Unidade
PRECEta_HG2ES_Hist_20km_Prec_1960010100_2D.bin
…Eta_HG2ES_Hist_20km_Prec_2005010100_2D.bin
13248169 GB mm/3 horas
PRECEta_HG2ES_Hist_20km_Prec_Diaria_19600101.bin
…Eta_HG2ES_Hist_20km_Prec_Diaria_20051230.bin
165608,6 GB mm/dia
TP2MMXTPMNTP
Eta_HG2ES_Hist_20km_Temp_1960010100_2D.bin…
Eta_HG2ES_Hist_20km_Temp_2005010100_2D.bin
132481205 GB K
TP2MMXTPMNTP
Eta_HG2ES_Hist_20km_Temp_Diaria_19600101.bin…
Eta_HG2ES_Hist_20km_Temp_Diaria_20051230.bin
1656026 GB K
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Arquivos de saída em TXT - precipitação
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CUIDADOS
1. 360 dias/ano; 365 dia/ano; 365-6 dias/ano
2. Não há calendário, integrações iniciadas em cerca de 1800
3. Tratar propriedades estatísticas
4. Necessidade de avaliação das simulações para cada aplicação
5. Valores dos modelos não são pontuais
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1. André Lyra Andrelyra1@gmail.com 2. Caroline Mourão carolmourao@gmail.com3. Claudine Dereczynski claudinedereczynski@gmail.com4. Isabel Pilotto isabelpilotto@gmail.com5. Jorge Gomes jorgeluisgomes@gmail.com6. Priscila Tavares priltavares@gmail.com
1. Adan Silva adan_jps@Hotmail.com2. Daniela Carneiro danic_Rodrigues@yahoo.com.br3. Diego Campos
diandradecampos@yahoo.com4. Diego Chagas diegodjc@gmail.com5. Gracielle Siqueira graciqueira@gmail.com6. Gustavo Sueiro
Gustavo.sueiro@cptec.inpe.br
Consultores: PNUD/MCTI PNUD/SAE
EQUIPE Força tarefa
Meteorologistas
Analistas/programadores