O IMPACTO DA CONDIÇÃO DE CONTORNO NAS PREVISÕES DE PRECIPITAÇÃO
DO MODELO ETA DE ALTA RESOLUÇÃO
Rildo Gonçalves de Moura1
Valner da Silva Nogueira
José Roberto Rozante
RESUMO: O estudo tem como objetivo verificar o desempenho do modelo Eta de alta resolução
(20 km na horizontal e 38 níveis na vertical) na previsão de precipitação, usando condições de
contorno com diferentes resoluções horizontais. As condições iniciais foram obtidas a partir do
modelo Global do CPTEC/INPE nas resoluções T126L28 e T213L28. Ambos experimentos foram
inicializados com as condições iniciais provenientes do GFS. A influência das condições de
contorno foi avaliada utilizando dados observados de precipitação sobre a América do Sul, no
período de Abril a Maio de 2006, divididos em 5 regiões (Norte, Nordeste, Centro-Oeste, Sudeste e
Sul). Os resultados mostraram ambos experimentos aprsentaram tendência de superestimativa para
as primeiras 24 horas de previsão, principalmente para as Regiões Norte, Nordeste e Sudeste.
Houve também uma intensificação dos valores de superestimativa variando de 2,7% (Norte) a
15,9% (Sudeste), no experimento Eta20_T213 em relação ao Eta20_T216. O aumento da resolução
horizontal da condição de contorno não resultou em melhorias significativas para a previsão de
precipitação sobre o Brasil.
ABSTRACT: The purpose of this work is to evaluate high resolution Eta's model (20 km horizontal
resolution with 38 vertical levels) precipitation forecast performance by using boundary conditions
with different horizontal resolutions. Initial conditions were obtained from the Center for Weather
Forecasting and Climate Studies (CPTEC) global circulation model with 126 and 213 spectral
resolution both with 28 vertical levels. Both experiments were initialized using GFS initial
conditions. Boundary conditions influence were evaluated using observed data over South America
from April to May 2006, to five different regions: North, Northeast, Center-West, Southeast and
South. Results show both experiments are likely to overestimate 24-hour forecast for North,
Northeast and Southeast. The mean overestimated values intensificated, ranging from 2.7% (North)
to 15.9% (Southest) comparing Eta20_T213 to Eta20_T216 experiments. There were no
significative improvements for precipitation over Brazil by increasing boundary conditions
horizontal resolution.
Palavras-Chave: Condições de contorno, Avaliação de modelo, Modelo regional Eta20km
INTRODUÇÃO
O desempenho de modelos regionais de área limitada é fortemente influenciado pelas condições
iniciais, no entanto, as condições de contorno utilizadas nestes modelos, que normalmente são
fornecidas pelos modelos de circulação geral, são de grande importância principalmente nas regiões
próximo as bordas. Nesta situação, ocorre um impacto negativo devido as interpolações no interior
e nas laterais do domínio, um outro aspecto que pode contribuir para a diminuição no desempenho
desses modelos é a diferença existente nos processos físicos e de parametrizações entre os modelos
1
Centro de Previsão e Estudos Climáticos (CPTEC) – Instituto Nacional de Pesquisa Espacial (INPE) – Rodovia
Presidente Dutra, KM 40 – Telefone: (012) – 3186 8663 – FAX: (012) 3101- 2835 – [email protected] Cachoeira Paulista – São Paulo.
regionais e globais.
DADOS UTILIZADOS
O modelo regional Eta (Black, 1994) foi desenvolvido na Universidade de Belgrado. Esse
modelo usa a grade E de Arakawa (Arakawa e Lamb,1977) e coordenada vertical η (Mesinger,
1984). O modelo utiliza um esquema de Betts-Miller modificado para parametrizar a convecção
(Janjic, 1988). O esquema de superfície é representado pelo esquema OSU (Chen et al., 1997). No
Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos “CPTEC”, o modelo regional Eta é inicializado
operacionalmente as 00 e 12Z, com resolução horizontal de 20 km e 38 níveis na vertical que utiliza
como condição inicial as análises do Global Forecast System - GFS e condição de contorno as
previsões do modelo global T126 do CPTEC com resolução de 100 km na horizontal e 28 níveis na
vertical (Eta20_T126). Experimentalmente utilizou-se o mesmo modelo inicializado somente para
as 12Z, usando como condição de contorno as previsões do modelo global T213 do CPTEC com
resolução aproximada de 63 km na horizontal e 28 níveis na vertical (Eta20_T213), ambos
integrados para sete dias.
METODOLOGIA
Durante os meses de Abril e Maio de 2006, foram realizados experimentos, utilizando as
previsões dos modelos Eta20_T126 e o Eta20_T213. O desempenho de cada configuração do
modelo foi avaliada utilizando dados observados de precipitação acumulada a cada 24 horas,
extraídos das mensagens SYNOP. As diferenças entre os pontos extraídos de cada configuração do
modelo e os dados observados, são efetuadas somente para a inicialização das 12Z, para os sete
horários de integração.
RESULTADOS
A figura 1, mostra respectivamente, a evolução temporal do erro e o valor médio em
milímetros (mm) das previsões de precipitação do modelo Eta20_T126 (a) e do modelo
Eta20_T213 (b), para a Região Norte. Na figura 1a, observou-se que nas primeiras 24 horas de
integração o valor médio foi superior a 8 mm, portanto, apresentando uma tendência de
superestimativa. Para 48 horas de integração ainda persiste a tendência de superestimativa, no
entanto com um valor médio da ordem de 2 mm, ocorrendo comportamento semelhante para 72
horas de integração, porém com um valor médio da ordem de 0.01 mm, mostrando uma ligeira
tendência de superestimativa. Todos os horários seguintes de integração apresentaram tendência de
subestimativa com valores médios de aproximadamente 1 mm. Na figura 1b, notou-se que o
comportamento do modelo Eta20_T213, foi similar ao do modelo Eta20_T126, para todos os
horários de integração. Os erros máximos positivos obtidos por ambos os modelos, para esta
Região, foram superiores a 15 mm, ocorridos nos dias 13 e 27 de Abril para a previsão de 24 horas.
Os erros máximos negativos, ocorridos no dia 18 de Abril foi da ordem de 16 mm para o
Eta20_T126 e 13 mm para o Eta20_T213, ambos para a previsão de 168 horas.
(a)
(b)
Figura 1 – Evolução temporal do erro e o valor médio (mm) das previsões de precipitação dos modelos Eta20_T126 (a)
e Eta20_T213 (b) , para a Região Norte, no período de Abril a Maio de 2006.
A figura 2, mostra respectivamente, a evolução temporal do erro e o valor médio em mm das
previsões de precipitação do modelo Eta20_T126 (a) e do modelo Eta20_T213 (b), para a Região
Nordeste. O comportamento de ambos os modelos para esta Região foi semelhante, sendo que para
todos os horários de previsão a tendência foi de superestimativa da precipitação, uma vez que todos
os valores médios foram positivos, com exceção da integração de 96 horas do modelo Eta20_T126
que apresentou um valor negativo, porém próximo de zero. Erros máximos positivos, da ordem de
09 mm, ocorreram no dia 18 de Abril para a previsão de 24 horas e os erros máximos negativos
ocorreram no dia 02 de Maio e foram de aproximadamente 10 mm, para a previsão de 144 horas.
(a)
(b)
Figura 2 – Evolução temporal do erro e o valor médio (mm) das previsões de precipitação dos modelos Eta20_T126 (a)
e Eta20_T213 (b) , para a Região Nordeste, no período de Abril a Maio de 2006.
A figura 3, mostra respectivamente, a evolução temporal do erro e o valor médio em mm das
previsões de precipitação do modelo Eta20_T126 (a) e do modelo Eta20_T213 (b), para a
Região Centro-Oeste. Observou-se que do dia 7 ao dia 23 de Abril, houve uma grande variação no
erro da precipitação, o que pode está relacionado as intensas chuvas relatadas neste período pelo
CPTEC, atingindo valores de erro máximo positivo acima de 10 mm, no dia 08 de Abril. De
maneira geral, a tendência para todos os horários de previsão foi superestimar ligeiramente a
precipitação. No restante do período a magnitude dos erros apresentou uma pequena variação entre
as duas versões do modelo. O erro máximo negativo foi da ordem de 6 mm, no dia 23 de Maio.
(a)
(b)
Figura 3 – Evolução temporal do erro e o valor médio (mm) das previsões de precipitação dos modelos Eta20_T126 (a)
e Eta20_T213 (b) , para a Região Centro-Oeste, no período de Abril a Maio de 2006.
A figura 4, mostra respectivamente, a evolução temporal do erro e o valor médio em mm das
previsões de precipitação do modelo Eta20_T126 (a) e do modelo Eta20_T213 (b), para a Região
Sudeste. Os erros das duas versões do modelo mostraram uma tendência de superestimativa, pois,
todos os valores médios foram ligeiramente maiores que zero. No dia 11 de Abril os valores
máximos positivos atingiram 14 mm, na previsão de 168 horas no Eta20_T126 e 12 mm na previsão
de 72 horas para o Eta20_T213. Os valores mínimos para o dia 21 de Abril foi da ordem de 6 mm
para ambas condições de contorno.
(a)
(b)
Figura 4 – Evolução temporal do erro e o valor médio (mm) das previsões de precipitação dos modelos Eta20_T126 (a)
e Eta20_T213 (b) , para a Região Sudeste, no período de Abril a Maio de 2006.
A figura 5, mostra respectivamente, a evolução temporal do erro e o valor médio em mm das
previsões de precipitação do modelo Eta20_T126 (a) e do modelo Eta20_T213 (b), para a Região
Sul. O comportamento das duas versões do modelo para esta Região apresentou uma diferença
significativa no final do experimento, de qualquer forma para todos os horários de previsão a
tendência foi superestimar a precipitação, uma vez que todos os valores médios foram positivos,
com exceção da integração de 120 horas do modelo Eta20_T213 que apresentou valor negativo. Os
erros máximos positivos de precipitação, acima de 8 mm, no modelo Eta20_T126, ocorreram no dia
17 de Abril, 19 e 23 de Maio para a previsão de 168 horas. Por outro lado, para o mês de Maio os
erros máximos não excederam 5 mm. Os erros máximos negativos apresentaram comportamento
similar, e ocorreram nas mesmas datas em ambas versões.
(a)
(b)
Figura 5 – Evolução temporal do erro e o valor médio (mm) das previsões de precipitação dos modelos Eta20_T126 (a)
e Eta20_T213 (b) , para a Região Sul, no período de Abril a Maio de 2006.
CONCLUSÃO
A avaliação das previsões de precipitação indicou que as duas condições de contorno não
apresentaram diferenças significativas entre si, mostrando somente uma ligeira intensificação nos
resultados apresentados pelo modelo regional (Tóta et al., 2001) . No entanto, apresentou resultados
importantes que ratificam a supertimativa da precipitação para as primeiras 24 horas de integração
do modelo regional, da ordem de 0,2% (Centro-Oeste), 2,7% (Norte), 9,8% (Nordeste) e 15,9%
(Sudeste), e subestimativa de 8,6% do Eta20_T213 em relação ao Eta20_T213. Para 48 horas de
integração ainda persiste a superestimativa da ordem de 4% (Sul), 5,6% (Sudeste), 18,6%
(Nordeste), 36,2% (Centro-Oeste) e 38,5% (Norte). Para a integração de 72 horas a variação de
superestimativa ficou entre 12,7 (Sudeste) a 83,2 (Sul) pontos percentuais. O comportamento para
os demais horários de integração passou a ser caótico, ou seja, não apresentando um padrão
definido. Sendo assim, o aumento da resolução horizontal da condição de contorno não resultou em
melhorias significativas para a previsão de precipitação sobre o Brasil.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Tóta, J., Gomes, J., Moura, R. G., Calbete, N. 2001: Avaliação da Precipitação do Modelo Regional
Eta-OSU/SSib com dados do LBA na Amazônia. VIII congresso Argentino de Meteorologia e IX
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