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Previsão de Curto Prazo

Claudine Pereira Dereczynski

Avaliação das Previsões de Tempo do Modelo Eta para UHE Três Marias (MG)

Claudine Pereira Dereczynski

Raphael Moreira Gomes Vieira

Ricardo Henrique dos Santos Souza (IGEO/UFRJ)

Chou Sin Chan

(CPTEC/INPE)

Avaliação das Previsões de Tempo do Modelo Eta para UHE Três Marias (MG)

1. Introdução

• Objetivo

• Motivação

2. Climatologia da Precipitação

3. Metodologia e Dados

• Seleção dos Casos de Chuvas Intensas

• Descrição das Integrações realizadas

• Avaliação Objetiva das Previsões

4. Avaliação das Previsões do Modelo Eta

5. Conclusões

6. Etapas Futuras

1. Introdução

• Objetivo: • Avaliar comparativamente a performance do Modelo Eta-8km em

relação ao Eta-40km, para prever a precipitação na Bacia do Rio São Francisco à Montante da UHE Três Marias (MG).

Rio São Francisco Nascente real: Município de Medeiros (MG) Nascente histórica: Serra da Canastra (São Roque de Minas) Foz: Oceano Atlântico, entre SE e AL

Volume do reservatório (lago da represa):

21 bilhões de m3 de água (7 x Baía da Guanabara - RJ)

Potência instalada: 596.000 kW

População no entorno da UHE: 334.737 (23 municípios)

UHE Três Marias

• Motivação: • Previsões de tempo para as UHEs precisam ser aprimoradas:

muito importantes tanto para sua operação diária, através do controle de afluência e defluência (incluindo a geração e o vertimento), como para o controle de cheias.

• Eventos que ocorrem no período chuvoso: alterações no regime hidrológico e as decisões tomadas pela empresa, retendo ou liberando água nos reservatórios, visam minimizar os impactos sobre a população que mora no entorno da represa.

2. Climatologia da Precipitação na Área em Estudo

• Período chuvoso: de outubro a março, quando concentra-se quase 90% do total pluviométrico anual (que varia aproximadamente entre 1300 e 1700 mm).

• Maior total pluviométrico mensal climatológico ocorre em dezembro/janeiro.

• Na estação Ibirité, de maior altitude (localizada a 1073 m, na Serra do Rola-Moça), os totais pluviométricos mensais são mais elevados do que nas demais localidades.

• Com relação aos maiores totais pluviométricos diários a cada ano (RX1day), a estação de Ibirité também apresenta os maiores valores, com máximo de 206,1 mm ocorrido em 16/01/2003. Nota-se também uma tendência de aumento de 0,46 mm/ano (estatisticamente significativo ao nível de 99%) e aumento da variabilidade nos últimos anos.

Ibirité

351,4

221,6

180,9

73,9

35,921,3 21,8 15,7

48,8

151,2

263,0

374,2

0

50

100

150

200

250

300

350

400

jan

fev

mar ab

rm

aiju

n jul

ago

set

out

nov dez

1961-1990 RX1day

53,0

206,1

0,0

40,0

80,0

120,0

160,0

200,0

240,0

1945

1947

1949

1951

1953

1955

1957

1959

1961

1963

1965

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

2007

2009

2011

UHE Três Marias

Silva Campos

Florestal

Ibirité Bambui

189,1157,0

81,0

40,718,2 18,1 17,7

54,8

140,9

214,4

278,3296,5

0

50

100

150

200

250

300

350

400

jan

fev

mar ab

rm

aiju

n jul

ago

set

out

nov dez

286,2

166,1145,8

55,6

18,3 14,5 16,2 11,738,0

117,4

230,0

327,6

0

50

100

150

200

250

300

350

400

jan

fev

mar ab

rm

aiju

n jul

ago

set

out

nov dez

195,9

7,2 5,9

198,7

311,4

12,6

61,8 62,5

251,0

25,821,3

180,1

0

50

100

150

200

250

300

350

400

jan

fev

mar ab

rm

aiju

n jul

ago

set

out

nov dez

351,4

221,6

180,9

73,9

35,921,3 21,8 15,7

48,8

151,2

263,0

374,2

0

50

100

150

200

250

300

350

400

jan

fev

mar ab

rm

aiju

n jul

ago

set

out

nov dez

3. Metodologia e Dados Seleção de Casos de Chuvas Intensas

• Período chuvoso: outubro a março (mar/2005 a jan/ 2012) – 8 anos

• Critério Liebmann et al. (2001)

– Evento de chuvas intensas • Total pluviométrico diário > 3% do total do período chuvoso

(outubro à março).

– Ex.: Total (out a mar) = 1500 mm – chuva 1 dia > 45 mm

• Dados: Totais pluviométricos diários e as normais climatológicas das estações da ANA com dados no período de 1961 a 1990: Bambuí, Fazenda Escola Florestal e Ibirité.

• Critério Liebmann et al. (2001) : 49 casos • Análise dos totais pluviométricos diários 2 dias antes e 2 dias após as

datas de maior precipitação: 25 casos de chuvas intensas mais relevantes considerando-se as consequências na região em estudo.

38,2

46,3

38,3

Caso Período Causa Data Máximo de Precipitação

(mm/dia)

1 01 a 05/03/2005 ZCAS 03/03/2005 69,0

2 17 a 21/11/2005 ZCAS e Frente Fria 20/11/2005 61,0


4 07 e 08/12/2005 Frente Fria e Intensa Instabilidade Atmosférica 08/12/2005 69,7

5 11 a 15/12/2005 Frente Fria e ZCAS 15/12/2005 65,0

6 03 a 08/01/2006 ZCAS 05/01/2006 101,2

7 07 e 08/03/2006 ZCAS 07/03/2006 76,2

8 11 e 12/03/2206 Frente Fria 11/03/2006 54,1

9 27 e 28/12/2006 Intensa Instabilidade Atmosférica 28/12/2006 75,2

10 05/01/2007 Intensa Instabilidade Atmosférica 05/01/2007 41,2


12 18 a 20/10/2007 Intensa Instabilidade Atmosférica 19/10/2007 60,5

13 04 a 07/11/2007 Frente Fria e ZCAS 04/11/2007 59,3

14 19 a 24/12/2007 Cavado em Médios e Altos Níveis e ZCAS 20/12/2007 69,8

15 20 a 25/01/2008 ZCAS, Frente Fria e Intensa Instabilidade Atmosférica 25/01/2008 85,2

16 03 e 04/02/2008 ZCAS Estabelecida e Posterior Chegada de Frente Fria 04/02/2008 118,4

17 12 e 13/03/2008 Frente Fria 13/03/2008 76,5

18 15 e 16/03/2008 ZCAS 16/03/2008 61,4

19 13 e 14/02/2009 Chegada de Frente Fria e Estabelecimento da ZCAS 13/02/2009 68,8



22 25 e 26/01/2010 Intensa Instabilidade Atmosférica 25/01/2010 132,3

23 03 e 04/03/2010 ZCAS 04/03/2010 108,4

24 15 a 19/12/2011 ZCAS 17/12/2011 164,0

25 31/12/2011 a 06/01/2012 ZCAS 02/01/2012 136,5

Tabela – Casos de Chuvas Intensas em Minas Gerais entre 2005 e 2012

Descrição das Integrações Realizadas

Modelo Global do CPTEC (T126L28):

Resolução horizontal: 100 km x 100 km

CI: Análise do NCEP no horário de 12 Z

Previsões a cada 6 Z para todo o globo

Modelo Eta-40km:


CC: Previsões do Modelo Global do CPTEC (T126L28) atualizadas a cada 6 Z.

Previsões com saídas horárias

Modelo Eta-8km:


CC: Previsões do Eta-40km atualizadas a cada 6 Z.

Avaliação Objetiva das Previsões dos Eventos de Chuvas Intensas

O

FBIAS

Limiares Classificação da

Chuva

≥ 0,3 Chuva/não chuva

≥ 10,0 Chuva fraca

≥ 20,0 ≥ 30,0 ≥ 40,0

Chuva moderada

≥ 50,0 ≥ 60,0 ≥ 70,0

Chuva forte

≥ 80,0 Chuva extremamente

forte

CHHOF

CHHETS

Anthes et al. (1989)

Mesinger e Black (1992)

N

OFCH

HOF

HTS

TS varia entre 0 a 1

Acertos aleatórios

Ideal BIAS=1

EM REQM CORR

14 estações x 25 eventos = 350 dados

BIAS ETS

O

FBIAS

CHHOF

CHHETS

N

OFCH

Eta-40km Eta-8km

EM (mm/dia) 1,0 1,9

REQM (mm/dia)

30,3 29,0

CORR (%) 6,9 20,6

Avaliação das Previsões do Modelo Eta

H nulo

ETS<0

Previsões (72 h) do Modelo Global do CPTEC:

• Localização do Sistema Meteorológico é prevista corretamente pelo Modelo Global do CPTEC?

1) Não - 7 casos – sistemas meteorológicos deslocados para norte

2) Sim – 18 casos

• Em quantos casos a previsão do Eta-40km foi melhor do que o Eta-8km?

- R: 10 casos, contudo a diferença não é relevante

‘, Observação Eta-40km Eta-8km

Caso 18

16/03/08

Exemplo de Caso em que a Localização do Sistema Meteorológico É Previsto Corretamente

Observação Eta-40km Eta-8km

Figura – Precipitação acumulada (mm) em 24 horas

(entre 12 Z do dia 01/01/2012 e 12 Z do dia 02/01/2012).

Caso 25

ZCAS: 31/12/2011 até 06/01/2012

Data: 02/01/2012

Ponte Nova – 04/01/12

Guaraciaba– 04/01/12

Jeceaba– 03/01/12

Muriaé– 02/01/12

01/01

18 Z 02/01

00 Z

02/01

06 Z

02/01

12 Z

Reanálise ERA-Interim Previsão Global CPTEC Previsão Eta-40km 02/01/2012 - 12Z

PNMM (hPa), Divergência (x10-6 s-1) e Ventos (m/s) a 10m

Fluxo de umidade verticalmente integrado entre 1000 e 300 hPa (kg.m-1.s-1)

Reanálise ERA-Interim Previsão Global CPTEC Previsão Eta-40km 02/01/2012 - 12Z

Linha de Corrente em 850hPa

Linha de Corrente em 200hPa

Comparação: Eta-40km x Eta-8km

Eta-40km Eta-8km

EM (mm/dia) 3,4 3,7

REQM (mm/dia)

29,9 28,5

CORR (%) 11,5 26,3

Todos 25 casos Apenas 18 casos

Eta-40km Eta-8km

EM (mm/dia) 1,0 1,9

REQM (mm/dia)

30,3 29,0

CORR (%) 6,9 20,6

Conclusões • Neste trabalho foi feita uma avaliação da precipitação prevista pelo modelo

Eta-8km (em comparação ao Eta-40km) com 72 horas de antecedência para a área da Bacia do Rio São Francisco, à montante da Usina Hidrelétrica Três Marias (MG).

• Avaliação objetiva da previsão da chuva para os 25 casos de chuvas intensas:

– Superestimativa (subestimativa) de eventos de chuva fraca a moderada (forte), tanto para o Eta-8km quanto para o Eta-40km.

– O Eta-8km apresenta melhor desempenho do que o modelo Eta-40km para prever chuvas fortes e extremamente fortes, que é o foco deste trabalho. No entanto o Eta-8km nunca prevê eventos de chuvas extremamente fortes como nas observações. – Máximo observado: 164,0 mm (caso 24)

– Máximo previsto Eta-8km: 121,4 mm (caso 25)

– Máximo previsto Eta-40km: 103,3 mm (caso 25)

– Para os limiares de chuvas fracas, o desempenho do Eta-40km é ligeiramente superior ao modelo Eta-8km.

•A avaliação subjetiva dos casos mostrou que quando o modelo global do CPTEC não prevê corretamente a posição da instabilidade associada ao sistema meteorológico atuante, a previsão de chuva de ambas as versões do modelo Eta (Eta-40km e Eta-8km) é fortemente afetada, resultando em previsões errôneas da localização e intensidade da chuva.

• Nos casos em que ocorrem erros na posição dos sistemas meteorológicos, estes são previstos pelo Global do CPTEC e pelo Eta-40km ao norte da observação.

• Nota-se que quando o sistema meteorológico atuante é intenso (frentes frias, vórtices , cavados) aumenta a previsibilidade dos modelos e em sistemas fracos a previsibilidade é reduzida.

•Quando a previsão do modelo Global, acerta a localização dos sistemas meteorológicos, aumenta a previsibilidade do Eta-40km e principalmente do Eta-8km.

•Uma vez que o modelo global do CPTEC consiga prever adequadamente a localização dos sistemas meteorológicos, as previsões elaboradas com 72 horas de antecedência com Eta-8km são eficientes e de melhor qualidade do que as previsões geradas com Eta-40km.

Etapas Futuras • Análise da perfomance do modelo Eta-8km nos demais prazos de

previsão (24 e 48 h).

• Integração do modelo Eta-8km para o período chuvoso de 2 meses, de forma contínua, com previsões de até 72 horas de antecedência.

IV WorkEta – 03 a 08/03/2013

Processo Descrição Referências: Dinâmica Coordenada vertical Eta, grade E, energy

conserved in transformations potential to kinetic. Split-explicit. Integração temporal em esquema dois níveis; esquema de ajuste: forward-backward; esquema de advecção horizontal: forward-and then centered; esquema de advecção vertical: piecewise linear scheme (VOLUME FINITO). Variáveis prognósticas: Temperatura, vento, pressão a superfície, umidade específica, energia cinética turbulenta, água ou gelo da nuvem

Mesinger 1984; Janjic 1984; Janjic 1979; Mesinger et al 2012.

Esquema do contorno lateral

Esquema Mesinger uma linha, sem esquema de relaxação e sem “nudging” interno.

(Mesinger 1977)

Tipo de grade vertical Lorenz, primeiro nível aproximadamente 20m de espessura

Radiação Esquema GFDL ondas curtas e ondas longas Fels and Schwarzkopf (1975) (Onda Longa) Lacis and Hansen (1974) (Onda Curta)

Turbulência Esquema Mellor-Yamada nível 2.5; Monin-Obukhov na camada superficial utilizando as funções de estabilidade de Paulson (1971), Charnock sobre oceano.

Mellor and Yamada (1974); Paulson (1971)

Microfísica de nuvens Esquema de Ferrier Ferrier (2000) Convecção cumulus Esquema Betts-Miller-Janjic Janjic (1994) Biosfera/hidrologia Esquema NOAH Ek et al (2003)

Características Gerais do Modelo Eta

Domínio Região Sudeste do Brasil Grade do modelo (im x jm x lm) 139x249x50

Grade pós-processada (lat x lon x níveis de pressão)

196x156x39

Níveis pós-processados (hPa) 1000 975 950 925 900 875 850 825 800 775 750 725 700 675 650 625 600 575 550 525 500 475 450 425 400 375 350 325 300 275 250 225 200 175 150 125 100 75 50

Ponto central 45,5W;19,5S

Resolução horizontal 8 km

Passo de tempo do modelo 15 segundos

Condições Iniciais (CI) Análise do NCEP interpolada para a grade do Eta-Ensemble de 40km

Condições de Contorno Lateral (CCL) Previsões pós-processadas do modelo Eta-40km Ensemble, 11 dias

Frequência da atualização das CCL A cada 6 horas Condições de Contorno Inferiores - Temperatura da Superfície do Mar (TSM) atualizada diariamente, 0.25o x 0.25o

lat x lon, anomalia observada da TSM persistida durante toda a integração;

-Climatologia sazonal da umidade do solo. Prazo de previsão 72 horas

Número de processadores 32

Tempo de integração 45 minutos para previsão 3 dias

Parâmetros convectivos Valores dos parâmetros convectivos dos perfis de referência de temperatura e umidade, sobre continente e oceano, tempo de relaxação convectivo.

DSPBFL=-4500; DSP0FL=-5500; DSPTFL=-2000; FSL=0.85 DSPBFS=-3875; DSP0FS=-5875; DSPTFS=-1875; FSS=0.85 TREL=3250; UNIS=UNIL=FALSE

Mapa de solo 9 tipos

Land cover original map PROVEG-INPE, 1km, Sestini et al 2002. Topografia original USGS 1km

Ozônio Média zonal climatológica

Configuração do Modelo Eta-8km

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