1

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

2

Special Report on Emission Scenarios (SRES,2000)

AR4

3

NOVOS CENÁRIOS USADOS NO IPCC AR5

Integrated Assessment Models ( IA Models )Land use included

RCP - Representative Concentration Pathway

4

PROJEÇÕES DO IPCC AR5

TEMP

CHUVA

5

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)

7

(IPCC, 2013)

8

99

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

12

1313

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

25

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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Obrigada!

chou@cptec.inpe.br12-3186-8424

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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