Reinaldo HaasReinaldo Haas

Doutoramento em MeteorologiaDoutoramento em MeteorologiaDCA/IAG/USPDCA/IAG/USP

16/12/200216/12/2002

SIMULAÇÃO DE CHUVA OROGRÁFICA SIMULAÇÃO DE CHUVA OROGRÁFICA ASSOCIADA A UM CICLONE ASSOCIADA A UM CICLONE

EXTRATROPICAL, NO LITORAL SUL DO EXTRATROPICAL, NO LITORAL SUL DO BRASILBRASIL

RoteiroRoteiro Motivação;Motivação; Objetivos;Objetivos; Materiais e Métodos;Materiais e Métodos;

– VPI- Vorticidade potencial Isentrópica;VPI- Vorticidade potencial Isentrópica;– ARPS;ARPS;

Resultados;Resultados;– Análise do Ciclone Extratropical;Análise do Ciclone Extratropical;– Simulação da chuva orográfica prolongada;Simulação da chuva orográfica prolongada;– Simulação de três eventos de chuva forte;Simulação de três eventos de chuva forte;

Conclusões;Conclusões; Trabalhos Futuros.Trabalhos Futuros.

Motivação (chuva forte)Motivação (chuva forte) Três eventos de chuva forte em

Florianópolis-SC (411.3 mm/dia), Jacinto Machado-SC (sem registro) e Camaquã-RS (283

mm/dia) em 23 e 24/12/1995; Evento de chuva orográfica prolongada nas

Serras Geral e do Mar entre 22 a 31/12/1995, onde a chuva acumulado excedeu a metade da média anual em várias estações;

Característica de mesoescala, onde áreas com muita e com nenhuma chuva se intercalavam.

Motivação (Ciclone Extratropical - CE)Motivação (Ciclone Extratropical - CE)

Forte Ciclogênese à sotavento dos Andes (queda de 19 hPa em 30 horas), em 20/12/1995;

Re-intensificação quando o CE chega ao Uruguai, em 21/12/1995;

Longa duração do CE (14 a 31/12/1995);Trajetória para norte do CE chegando até

ao Estado de Minas Gerais.

Evento de Evento de Jacinto Machado - SCJacinto Machado - SC

Evento de Evento de Florianópolis - SCFlorianópolis - SCChuva, vel. e dir. do vento

(x10).

•UFSC

Chuva acumulada e relevoChuva acumulada e relevo

Relevo da Serra Geral e do MarRelevo da Serra Geral e do Mar

Trajetória do CETrajetória do CE

Trajetória do CE de 14 a 31/12/1995

Formação e re-intensificação do Formação e re-intensificação do CECE

Ciclogênese a sotavento dos Andes. Re-intensificação do Ciclone em superfície.

Pressão reduzida ao nível do mar (reanálises NCEP)Pressão reduzida ao nível do mar (reanálises NCEP)

Torre de VPITorre de VPI

Vista tridimensional do nível de –1.5 UVP sobre a América do Sul

ObjetivosObjetivos Investigar a influência da presença da Cordilheira

dos Andes e da presença de um distúrbio de temperatura sobre o Uruguai, na formação e intensificação do centro de baixa pressão em superfície.

Testar a eficiência de diferentes metodologias de estimativa da precipitação na escala da grade e da subgrade, bem como de diferentes resoluções horizontais, na previsão do evento de precipitação orográfica prolongada na Serra Geral e do Mar.

Verificar a capacidade de previsão das circulações locais e da precipitação nos três eventos de chuva muito forte, com um modelo numérico com alta resolução horizontal (3 km).

Literatura - CELiteratura - CE Charney 1947, Eady 1949 - Teoria de Instabilidade

baroclínica; Rossby e colaboradores ( década de 1930) - Análise

isentrópica e vorticidade potencial ();

Ertel (1942) - Vorticidade potencial – VP; Kleinschmidt 1951 – Associação entre anomalias de

VP na alta troposfera e CE; Hoskins et al (1985) – ““IPV ThinkingIPV Thinking”;”; Davis e Emanuel (1991) – Estudo diagnóstico usando

a técnica proposta de Davis (1990);

CE (continuação)CE (continuação) Uccellinni (1990) – Estudo diagnóstico “Ciclone do Dia do

Presidente”; Hirschberg e Fritsch (1990) - Estudo diagnostico do

aquecimento e modelo conceitual do desenvolvimento de CE;

Reed et al 1991, Kuo, et al, 1991, Zimmerman et al, 1989 – Papel da Liberação de Calor Latente;

América do Sul: Orlanski et al (1991 ) – Simulação de CE no Pacifico e

América do Sul - Papel da superfície; Seluchi e Saulo (1997) – Simulação de CE Costeiras; Sinclair (1995) – Área favorável a ciclogêneses no Uruguai e

Golfo de San Matias; Gan e Rao, 1996 – Ciclogêneses; Funatsu (1999) – Estudo CE com a técnica de Davis;

Smith (1979) e Doswell et al (1996) – Mecanismos de formação da precipitação orográficas - PO;

Maddox et al (1983) e Spencer e Stensrud (1998) - Inundações Repentinas;

Hill (1993), Akaeda et at (1995) e Peterson et al (1991) - Mecanismos Físicos de Intensificação da PO;

Maddox et al, (1978) Doswell et al, (1996) e Lang Lin, et al, (2000) – Ingredientes essenciais de PO forte;

Sénési et al (1996), Katzfey (1995) e Romero et al (1997) – Simulação de um CE com PO, na França, na Nova Zelândia e Espanha, respectivamente;

Colle e Mass (1997) - Simulação de evento de PO no estado de Washington com o uso de dados de redes especiais;

Precipitação Orográfica - POPrecipitação Orográfica - PO

Técnicas de estimativa precipitaçãoTécnicas de estimativa precipitação

Emanuel (1994) – Análise crítica dos esquemas de Subgrade;

Kuo et al (1995) – Workshop de esquemas de Subgrade; Wang e Seaman (1997) – Mostrou que o esquema de KF

dá resultados mais adequados que os demais; da Rocha (1999) - Análise dos aquecimentos dos

diferentes esquemas de subgrade; Spencer e Stensrud (1998) - Deficiências do esquema

KF; Kim e Soong (1996) – Uso de esquemas de microfísica;

Materiais e Métodos Materiais e Métodos

VPI – Vorticidade Potencial Isentrópica Hoskins et al (1985);

p

fgPVI

onde g é a aceleração da gravidade, f é o parâmetro de Coriolis, S= é a estabilidade estática e é a vorticidade relativa em coordenada isentrópica.

p

A VPI se conserva na ausência de atrito e processos diabáticos;

• Se o fluxo de calor for nulo -> cte. -> PVI se conserva.

• O cilindro de ar (a) -> (b), então diminuir, pois a pressão p aumentou. => deve aumentar. f

p

• UVP - Unidade de Vorticidade Potencial (10-6 m2 s-1 K kg-1) -> mudança de 10K para um deslocamento vertical 100 hPa;

• VPI menores que -1.5 UVP indicam massas de ar de origem de troposférica;

• VPI maiores do que -1.5 UVP são chamados de anomalias anticiclônica;

• VPI menores do que -1.5 UVP são chamados de anomalias ciclônica.

• VPI = - 2.0 UVP é definida como a tropopausa dinâmica;

Definições de VPI para o Hemisfério Sul:

VantagensVantagens::• Abordagem conservativa;• Equivalente ao sistema QG;• Necessita de uma só variável;• Mais simples e objetivo que o QG;• Princípio de inversibilidade - estudo isolado dos

componentes de um sistema;• Permite análises dos processos diabáticos e do atrito.

Análise de VPIAnálise de VPI

Desvantagens:• Difícil de ser calculada próxima a superfície;• Não leva em conta a umidade;• Visualização efetiva requer secções retas arbitrárias.

Anomalia ciclônica de VPI Anomalia ciclônica de VPI (Hoskins - Thorpe )(Hoskins - Thorpe )

p

g

x

T

f

R

z

v

)(ln)(

pdt

T

g

R

t

p vptps

s

VPI < 0 no HS e > 0 no HN (exceção, próximo ao equador em altos

níveis); VPI -> inferir toda a estrutura atmosférica; Estrutura atmosférica anomalia em separado; Em cada anomalia z x , x ; A velocidade do vento x; Pequenas perturbações de VPI -> vento de menor

intensidade -> região mais rasa e vise-versa; A destruição da VPI está associado ao atrito e aos

processos diabáticos (chuva).

Considerações sobre a VPIConsiderações sobre a VPI

estáticadeestabilida _estáticadeestabilida _

1

ARPS – “ARPS – “Advanced Regional Prediction System”Advanced Regional Prediction System” O ARPS está sendo desenvolvido pelo Centro de Análise e

Previsão de Tempestades (CAPS) da Universidade de Oklahoma-EUA;

O ARPS é indicado para a simulação de fenômenos desde a microescala até fenômenos típicos da escala meso- e , como tempestades e tornados alé fenômenos da escala meso-, como frentes frias e vórtices;

O ARPS possui pacotes de controle de qualidade e assimilação de dados em tempo real (ADAS), sistema 3DVAR e 4DVAR, ARPS Adjoint, sistema de correção de fase, sistema de recuperação da velocidade radial do vento e da termodinâmica de radares Doppler, além de pacotes de diagnóstico, verificação e pós-processamento;

Versão paralela robusta e possui uma abrangente documentação no seu código fonte, além de guias e manuais.

É livremente distribuído pelo CAPS/UO.

1. Equações: n-hidrostática e comp. compreensível (opção Boussinesq );

2. Coordenadas: Generalizadas seguindo o terreno (espaço computacional);

3. Discretização no espaço - diferenças finitas de 2a ordem (opção de 4a-ordem, FCT de Zalesak para a advecção);

4. Projeções - Polar estereográfica, Lambert Conformal e Mercator;

5. Discretização temporal - dtbig: leapfrog de 2a ordem com filtro Asselin, dtsml: “forward-backward” explícita de 1a ordem e 2a ordem centrada implícita na vertical;

6. Condição lateral - periódica, rígida, gradiente zero, radiativa, e “nudging”;

7. Condição do topo e de fundo - periódica, rígidas e gradiente zero;

8. Controle de ondas acústicas–Div. de amortecimento e mist. computacional;

9. Aninhamento – ‘one way’ e “two way” – AGRI- Interfase de malha adaptável;

•ARPS - DescriçãoARPS - Descrição

11. Turbulência - fechamento de 1a ordem, ordem 1.5 de ECT, opção isotrópica e anisotrópica;

12. Esquema de Grade: microfísica de chuva quente de Kessler, e de gelo de Lin-Tao;

13. Esquema de Subgrade: Kuo e Kain-Fritsch;

14. Fluxos de superfície: calor, umidade e momento baseado nas leis de arraste aerodinâmico e dependentes da estabilidade;

15. Modelo de solo: modelo difusivo de duas camadas;

16. Radiação: onda longa e curta, com interação entre nuvens, sobra de nuvens e gradientes de terreno;

17. Tipos de vegetação e rugosidade da superfície: 30”x 30”;

18. Modelo Numérico de Terreno – 30’’x 30’’ ;

19. Tipos de Solo - 2’x 2’ min;

•ARPS – Descrição (continuação)ARPS – Descrição (continuação)

Conjuntos de experimentosConjuntos de experimentos

Simulação da Ciclogênese a leste dos Andes; Simulação da Re-intensificação do Ciclone em

Superfície Sobre o Uruguai; Simulação dos Eventos de Precipitação

Prolongada sobre ao Longo da Serra Geral e Serra do Mar;

Simulações dos Três Eventos de Precipitação Forte.

Malhas dos ExperimentosMalhas dos Experimentos

Identificação dos ExperimentosIdentificação dos ExperimentosPara identificação dos experimentos serão usados nomes

com seis campos conforme o modelo abaixo: 1_2_ 3_3_5 _ _6

1. Esquema da subgrade (u=Kuo f=Kain_Fritsch, s= sem);

2. Retro-alimentação da chuva da subgrade na grade;3. Eficiência da precipitação da subgrade;4. Liga ou desliga a corrente descendente da subgrade;5. Metodologia de estimativa da chuva na grade (g=Lin-

Tao, w=Kassler, o= saturação no ponto de grade; s=sem);

6. Resolução horizontal usada em km.

Tabela dos ExperimentosTabela dos ExperimentosGrade Experimentos Características especiais Início da simulação

(dezembro de 1995)

G0* f000g80 Com e sem relevo (ou os Andes) (72 horas de simulação, testes de sensibilidade para determinar o início da simulação), aninhamento nas reanálises do NCEP.

20 e 21

D1* f000g40 Com e sem relevo (72 horas de simulação com início às 00 UTC), aninhamento em G0.

20

G1* seco umido f000g40

(72 horas de simulação com início às 00 UTC), aninhamento em G0.

21

G1 f000g40 f000w40 u000w40 u000o40

(36 horas de simulação com início às 00 UTC), aninhamento nas reanálises do NCEP.

22, 23, 24, 25, 26, 27 e 28.

G2 f000g10 (30 horas de simulação com início às 06 UTC), aninhamento em G1.

22, 23, 24, 25, 26, 27 e 28.

G3 s000g3 f000g3 fa00g3 f0a0g3 f001g3 f0a1g3 faa1g3

(28 horas de simulação com início às 10 UTC) aninhamento em G2.

23

G4 s000g5 f000g5

(34 horas de simulação com início às 02 UTC) aninhamento em G2.

23

1. (*) grades usadas na simulação da intensificação do ciclone em superfície.

Conjuntos de DadosConjuntos de Dados Vento, geopotencial, umidade, temperatura do ar,

umidade do ar e temperatura e umidade do solo e pressão, correspondem aos 17 níveis de pressão e 2,5x2,5 da reanálises do NCEP;

Dados diários de precipitação (ANA e CLIMERH); Imagens de satélite GOES, no IR e vapor d’água

(IPMET/UNESP, CPTEC/INPE e NCDC/NOAA); Dados sinópticos de superfície e ar superior

(IPMET/UNESP, NCDC/NOAA e CLIMERH/EPAGRI) Os dados horários de vento, chuva, temperatura do

ar, UR, radiação, pressão, temperatura e umidade do solo, em Florianópolis-SC (CLIMERH/EPAGRI).

Metodologia de verificação dos resultados Metodologia de verificação dos resultados (Objetiva). (Objetiva).

• Para as 382 estação nas classes: 1.0-10, 10-25, 25-50 e 50 máximo observado serão calculados: Chuva média na área prevista <-> observada ; Índice de sucesso S =P/O; O viés quantitativo V= PC/(P+O-PC); Erro quadrático médio.P= previsto, O=Observado e PC=P. Corretamente.

• Índice de correlação espacial.

Metodologia de verificação dos resultadosMetodologia de verificação dos resultados (Subjetiva) (Subjetiva)

Imagens de Satélite;Dados de Superfície;VPI derivada das reanálises do NCEP;Modelo conceitual de desenvolvimento

de CE de Hinsberg e Fritsch; Análise de VPI;

Análise da Evolução do Ciclone Extratropical Análise da Evolução do Ciclone Extratropical Capitulo - 4Capitulo - 4

Objetivos:Documentar e analisar os processos

determinantes da trajetória seguida pelo VCAN, a partir da análise da sobreposição de anomalias da VPI e de simulações com o modelo numérico ARPS.

Investigar a influência da presença da cordilheira dos Andes e da presença de um distúrbio de temperatura sobre o Uruguai, na formação e intensificação do centro de baixa pressão em superfície.

Resultados: Evolução do C.E.Resultados: Evolução do C.E.

A evolução do CE pode ser dividida nas seguintes fases:

1- Fase de início do CE;

2- Fase de rápida intensificação, associada instabilidade baroclínica;

3- Fase de decaimento/intensificação, associado à passagem pela Cordilheira dos Andes, onde foi observada uma forte ciclogênese no norte da Argentina.

4- Fase madura; onde foram observadas uma re-intensificação do ciclone em superfície e a chuva forte já mencionada.

5- Fase de descaimento.

Fases da evolução do C.EFases da evolução do C.E

2- Fase de rápida intensificação, associada 2- Fase de rápida intensificação, associada instabilidade baroclínicainstabilidade baroclínica

3- Passagem nos Andes e forte 3- Passagem nos Andes e forte ciclogênese a sotaventociclogênese a sotavento

4-Fase madura re-intensificação do ciclone em 4-Fase madura re-intensificação do ciclone em superfície no Uruguaisuperfície no Uruguai

4-Distúrbio de temperatura em superfície4-Distúrbio de temperatura em superfície

5 - Etapa de Desintensificação5 - Etapa de Desintensificação

Simulação da ciclogênese a leste dos Simulação da ciclogênese a leste dos AndesAndes

Ciclogênese foi modestamente simulada mais 18 horas de antecedência;

As simulações com e sem os Andes não apresentaram diferenças significativas;

A simulação foram altamente dependente das condições iniciais e de fronteiras;

Antecedência maior talvez seria possível com o uso de técnica de inversão de VP de Davis (1991) para reconstruir uma fase coerente entre as anomalias ciclônicas da VPI em altos e baixos níveis.

Simulação da re-intensificação do cicloneSimulação da re-intensificação do ciclone no no UruguaiUruguai

Conclusões ParciaisConclusões Parciais A ciclogênese a sotavento -> a intensificação baroclínica

de um VCAN no PS; Intensificação -> sobreposição favorável ¼ (entre

anomalias ciclônicas da VPI, altos níveis e próxima a superfície);

A origem da anomalia ciclônica próxima à superfície não foi determinada. Ligada ao gradiente de TSM existente a oeste dos Andes;

Outras anomalias ciclônica -> amplificar outros sistema; A ciclogênese a sotavento -> sobreposição do ar

aquecido do VCAN em altos níveis, com o ar quente existente sobre o Continente;

Simulações numéricas -> umidade -> re-intensificação do CE sobre o Uruguai,

Conclusões Parciais (continua)Conclusões Parciais (continua) A chuva -> desintensificou o centro de baixa pressão em

superfície; A trajetória para nordeste seguida pelo VCAN foi pouco

influenciada pela a chuva e atrito; A permanência do CE na região foi influenciada pela

concentração / diluição da VPI; A chuva e o atrito destruíram a VPI ajudando a conduzir

a tropopausa a sua posição normal; A predominância do aquecimento em altos níveis na

formação da baixa em superfície verificada, concorda com o modelo de Hirschberg e Fritsch (1991) .

Simulação do evento de chuva orográfica Simulação do evento de chuva orográfica prolongada – Capitulo 5 prolongada – Capitulo 5

Objetivos:Testar a eficiência de diferentes

metodologias de estimativa da chuva na da grade e da subgrade e diferentes resoluções horizontais;

Verificar como as metodologias de estimativa da chuva afetam a distribuição de VPI.

Análise da chuva acumulada em 24 horas observada no período de 22 a 30/12/1995.

Análise de Chuva ObservadaAnálise de Chuva Observada

Média na área observada e prevista e Média na área observada e prevista e correlação espacialcorrelação espacial na malha G1 na malha G1

f000g40f000w40

u000o40 u000w40

Índice de sucesso, viés qualitativo e EQM Índice de sucesso, viés qualitativo e EQM na na Malha G1Malha G1

f000g40 f000w40

Limiar O P PC V S EQM Limiar O P PC V S EQM > 1. 217 281 190 1.30 0.62 9.57 > 1. 217 291 199 1.34 0.65 9.38 > 10. 128 155 70 1.21 0.33 10.88 > 10. 128 161 73 1.25 0.34 10.28 > 25. 62 49 15 0.79 0.15 22.89 > 25. 62 46 14 0.75 0.15 22.64 > 50. 25 9 2 0.37 0.07 61.50 > 50. 25 11 2 0.43 0.07 60.88

u000w40 u000o40

Limiar O P PC V S EQM Limiar O P PC V S EQM > 1. 217 109 83 0.50 0.34 5.33 > 1. 217 162 124 0.75 0.49 19.76 > 10. 128 29 12 0.22 0.08 14.07 > 10. 128 53 24 0.41 0.16 32.87 > 25. 62 9 2 0.14 0.03 31.76 > 25. 62 25 5 0.40 0.06 42.54 > 50. 25 1 0 0.04 0.00 79.65 > 50. 25 15 1 0.61 0.01 77.19

Tabela 5.1 – São mostrados, da esquerda para a direita, de cima para baixo, a média no período de 22 e 28/12/1995 do viés quantitativo, do índice de sucesso e do erro quadrático médio, para os experimentos f00g40, f000w40, u000w40 e u000o40, respectivamente. A metodologia de avaliação foi definida no capítulo 3. Os limiares usados são mostrados à esquerda, assim como o número total de observações (O), de previsões (P), de previsões corretas (PC) usados nos cálculos do viés quantitativo e do índice de sucesso. À direita, em azul, é mostrado o erro quadrático médio entre a precipitação observada e prevista para cada classe entre dois limiares sucessivos.

Evolução da VPI nos experimentos na Evolução da VPI nos experimentos na malha G1malha G1

f000g40

Média na área observada e prevista e Média na área observada e prevista e correlação espacialcorrelação espacial na Malha G2 na Malha G2

Índice de sucesso, viés qualitativo e EQM Índice de sucesso, viés qualitativo e EQM na na Malha G2Malha G2

22 23

Limiar O P PC V S EQM Limiar O P PC V S EQM

> 1, 286 259 222 0.91 0.69 4.73 > 1, 339 306 290 0.90 0.82 17.65 > 10, 120 32 3 0.27 0.02 13.32 > 10, 200 205 111 1.03 0.38 18.31 > 25, 48 0 0 0 0 30.76 > 25, 99 76 31 0.77 0.22 30.91 > 50, 8 0 0 0 0 66.63 > 50, 50 14 2 0.28 0.03 66.40 24 25

Limiar O P PC V S EQM Limiar O P PC V S EQM

> 1, 300 337 289 1.12 0.83 13.35 > 1, 317 315 286 0.99 0.83 25.39 > 10, 147 208 88 1.42 0.33 12.84 > 10, 168 178 88 1.06 0.34 23.51 > 25, 52 78 32 1.50 0.33 21.75 > 25, 54 86 24 1.59 0.21 25.59 > 50, 17 12 3 0.71 0.12 30.29 > 50, 5 39 0 7.80 0.00 54.08 26 27

Limiar O P PC V S EQM Limiar O P PC V S EQM

> 1, 300 322 290 1.07 0.87 11.14 > 1, 236 215 189 0.91 0.72 15.38 > 10, 173 209 130 1.21 0.52 20.40 > 10, 125 145 80 1.16 0.42 20.43 > 25, 61 92 37 1.51 0.32 19.68 > 25, 41 75 22 1.83 0.23 21.95 > 50, 2 30 0 15.00 0.00 23.48 > 50, 5 20 1 4.00 0.04 43.14 28 Média no Período

Limiar O P PC V S EQM Limiar O P PC V S EQM

> 1, 193 177 167 0.92 0.82 9.07 > 1, 282 276 248 0.98 0.80 13.82 > 10, 103 77 36 0.75 0.25 12.53 > 10, 148 151 77 1.02 0.34 17.33 > 25, 72 5 4 0.07 0.05 33.57 > 25, 61 59 21 0.96 0.22 26.32 > 50, 41 0 0 0.00 0.00 64.02 > 50, 18 16 1 0.90 0.03 49.72

Tabela 5.2 – Da esquerda para a direita de cima para baixo são mostradas várias estatísticas entre a quantidade de precipitação observada e simulada para os dias 22 a 28/12/1995, respectivamente. O experimento usado é o f000g10 (KF + microfísica de Lin-Tao na malha G2 de 10 km). É mostrado o número total de observações, de previsões, de previsões corretas, o viés quantitativo e o índice de sucesso, nos limiares definidos à esquerda. À direita em azul é mostrado o erro quadrático médio entre a precipitação observada e prevista.

Média na área observada e prevista e Média na área observada e prevista e correlação espacialcorrelação espacial na Malha G2 na Malha G2

Conclusões ParciaisConclusões Parciais O uso esquema de KF apresentaram resultados mais favoráveis

que os demais; O aumento de resolução permitiu maior detalhamento do evento de

chuva orográfica, aumentando a intensidade dos máximos de chuva, bem como as áreas sem chuva. Este fatos foram mostrados nos índices de sucesso e viés quantitativo e não no índice de correlação espacial, talvez devido ao pequeno número de estações disponíveis.

O esquema Kuo com a saturação no ponto de grade apresentou problemas de CISK de ponto de grade. Este foi completamente solucionado com o uso microfísica de Kassler.

As duas microfísicas apresentaram resultados muito semelhantes. Como microfísica de Lin-Tao possui a mesma formulação a de Kassler mais a parte de gelo, conclui-se que a maior parte da precipitação simulada foi de natureza quente;

Conclusões Parciais (continua)Conclusões Parciais (continua) A destruição da VPI (ou aquecimento) foi proporcional a

quantidade de chuva simulada. O nível de destruição máximo foi em 340 K no esquema de KF e próximo a superfície com o esquema Kuo com a saturação no ponto de grade. No caso esquema Kuo com a microfísica de Kassler a destruição foi pequena.

Com o uso da microfísica de gelo de Lin-Tao o modelo ARPS apresentou descontinuidades em relação a reanálises nas fronteiras norte e oeste, nos níveis mais altos. Com integrações maiores que cinco dias estas resultaram em chuva anômalas e contaminaram a integração.

Com o esquema de KF evento de chuva orográfica foi adequadamente indicado;

De um modo geral, a simulação adequada dos outros eventos de chuvas observados dependeram da condição inicial, como o caso da chuva forte no Litoral do Estado de RS, que apresentou problema de localização espacial.

Simulação dos três eventos de chuva Simulação dos três eventos de chuva forte - Capítulo - 6forte - Capítulo - 6

Objetivos:Verificar a capacidade de previsão das

circulações locais e da precipitação observada, nos três eventos de precipitação forte, com ênfase no uso das metodologias de estimativa da precipitação na escala da grade e da subgrade, com um modelo numérico de alta resolução horizontal.

Descrição do eventoDescrição do evento de chuva de chuva associada a brisaassociada a brisa

01:09 UTC 02:09 UTC

03:39 UTC 04:09 UTC

Descrição dos três eventos de chuvaDescrição dos três eventos de chuva forte forte Instabilidade condicional com sobreposição de um núcleo

de ar frio e seco centro do VCAN sobre o ar quente e úmido na superfície, com subsidência na grande escala, principalmente no oeste e no centro do vórtice;

Condições de fortes aquecimento durante o dia com perda radiativa a noite, com fortes gradientes térmicos favorecendo a circulação local;

Formação de CB’s individuais no interior do Continente; Formação bandas de nebulosidade típicas de instabilidade

condicional simétrica no Litoral; Vento de quadrante leste transportando umidade do

Oceano Atlântico para o Litoral; O Oceano Atlântico apresentava-se anomalamente quente

nesta semana (até +2 C no Litoral do RS); Identificação de padrões típicos de brisa nos campos de

theta_e e nos dados de superfície, durante a noite do dia 23/24/12/1995.

Resultados dos experimentos nas Resultados dos experimentos nas malhas G3 e G4malhas G3 e G4

Os resultados dos experimentos s000g3 e s000g5 mostraram que a microfísica de gelo de Lin-Tao sozinha não foi nem um pouco apta a simular a precipitação observada sobre o Litoral de SC e RS.

Bandas de nebulosidade ~ 40 a 80 km; Não há a inicialização da convecção as

células iniciais menores que a grade usada; A presença de aerossol marinho pode ser

importante neste tipo de simulação;

Resultados dos experimentos f000g5 e f000g3Resultados dos experimentos f000g5 e f000g3

Subgrade Grade Total

f000g3

f000g5

Simulação da célula de brisa – Simulação da célula de brisa – f000g3f000g3

Theta_e Água de chuva Vento

Testes de sensibilidade no KFTestes de sensibilidade no KF

Evento de chuva em Fpolis - SCEvento de chuva em Fpolis - SC

0

0,050,1

0,15

0,20,25

0,30,35

0,4

Ch

uva

em

(m

m/h

ora

)

13:00 16:00 19:00 22:00 01:00 04:00 07:00 10:00

Hora (local)

Média Horária da Chuva de 08/1995 a 03/2001 em Florianópolis-SC

Chuva em Florianópolis

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Horas (UTC)

Chuva

Direção do Vento

Velocidade do Ventomm/hora

m/s

graus*10

f0a0g3

Conclusões Parciais Conclusões Parciais A circulações locais exerceram forte modulação nos

padrões de chuva observados; Mesmo com alta resolução, o uso de esquema de KF

foi essencial; Inicializou a formação da brisa terrestre e chuva

sobre o litoral mais rapidamente se dispersou. A imposição da eficiência da precipitação controlou

fortemente a sistema de brisa produzindo resultados mais coerentes com as observações;

Conclusões FinaisConclusões Finais Pré-existência de um ciclônica de VPI próxima a

superfície a oeste dos Andes; Após sua formação a sua trajetória do VCAN/CE

dependeu pouco dos processos próximos à superfície;

A ciclogênese a sotavento -> aquecimento diurno;

A re-intensificação do ciclone -> umidade; A precipitação e o atrito -> tropopausa a sua

posição normal -> desintesificar ciclone em superfície;

A predominância do aquecimento em altos níveis na formação do ciclone em superfície -> Hirshberg e Fritsch;

A umidade -> diminuição da estabilidade estática efetiva -> ajuste geostrófico mais efetivo.

Com maior concentração da VPI em níveis médios -> maior aquecimento da coluna de ar, reduzindo a pressão em superfície;

A chuva destrói a VPI -> menor aquecimento em níveis mais médios -> aumentando a pressão em superfície;

A diminuição da estabilidade estática efetiva -> aumento de vorticidade em coordenadas isentrópicas;

O sistema na região -> concentração / diluição VPI.

Conclusões Finais (continua)Conclusões Finais (continua)

O evento de chuva orográfica prolongada -> a um forte jato de baixos níveis -> esteira transportadora úmida -> umidade do Oceano Atlântico para o Litoral da Região Sul;

Os experimentos KF -> resultados mais favoráveis que os demais.

KF -> máximo de aquecimento em 340 K Kuo + saturação no ponto de grade -> máx. de

aquecimento níveis mais baixos (até 320 K). Kuo + microfísica de Kassler -> o aquecimento foi

pequeno. O uso da microfísica de Lin-Tao ->

descontinuidades nas fronteiras norte e leste.

Conclusões Finais (continua)Conclusões Finais (continua)

A microfísica de gelo de Lin-Tao sozinha não foi apta a simular a precipitação forte observada sobre o Litoral.

Com o KF, o modelo simulou a posição e a cronologia da chuva.

A imposição de eficiência máxima no KF -> aumentou a chuva máxima, sem alterar os núcleos com menor. Neste caso, a célula de brisa simulada teve várias características semelhantes às observadas, contudo ela ocorreu três horas após as observações;

A conservação da VPI útil à modelagem numérica de mesoescala, permitindo avaliar a consistência dos esquemas numéricos na fronteira e dos processos diabáticos associados aos esquemas de parametrização de grade e subgrade;

Conclusões Finais (continua)Conclusões Finais (continua)

Trabalhos FuturosTrabalhos Futuros O uso da técnica da análise da VPI para outros fenômenos,

com as frentes frias e os complexos convectivos de mesoescala;

Do ponto de vista de simulações numéricas, evidencia-se a necessidade de estudos com a utilização de um arcabouço de dados mais completos. Neste sentido, a utilização de dados de radar meteorológico é uma ferramenta fundamental;

Sugere-se a realização de estudos e de medidas micrometeorológicas, baseadas em aviões, nos eventos de chuva quente observado sobre o litoral brasileiro;

Para o modelo ARPS, a implementação de uma metodologia de assimilação de dados da fronteira em coordenadas isentrópicas e a utilização de esquemas de microfísicas que incorporem o tipo de aerossol presente, bem como, estudos para aprimorar a microfísica quente. Por fim, sugere-se a realização de estudos das técnicas de subgrade em alta resolução horizontal.

Obrigado!Obrigado!