Simulação do clima Tropical 1981-2009 usando MCGA-CPTEC
experimental
Silvio. N. Figueroa1, H. M. J. Barbosa2 , P. L. Silva Dias2, E. P. Souza3 J. P. Bonatti1, R. P.
Santos 1
1
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Cachoeira Paulista, SP
2
Universidade de São Paulo, São Paulo, SP
3
Universidade Federal de Paraiba- Campina Grande. PB
[email protected]
ABSTRACT
The first source of confidence in any modeled projection of climate change comes from the
ability of the model to simulate important aspects of the current climate. The most of GCMs
represents many important mean climate features well, such as the large-scale distributions of
atmospheric temperature, precipitation, radiation and wind, the most of these models still
show significant errors (Randall, et al. 2007). For example, deficiencies remain in the
simulation of tropical precipitation, the El Niño- Southern Oscillation and the Madden-Julian
Oscillation. The present operational climate global CPTEC model (CPTEC-AGCM1) also
represents the main atmosphere large-scale features well but fails to simulate the tropical
convection. In particular the South Pacific Convergence Zone (SPCZ) and Amazon
Convection are poorly simulated. The poor simulation of these major centers of convection
and heat latent source over Southern Hemisphere are one of the serious limitations not only
for future climate prediction, but also for simulations to understand the present and past
climate over South America. These errors in part are associated with wrong representation of
different kind of clouds and their interactions with boundary layer and radiation which affect
directly to heating profile. Recently, the representation of the tropical heating profile has been
improved in the CPTEC global model (CPTEC-AGCM2). The objective of this work is show
the performance of the CPTEC-AGCM2 to simulate the present tropical climate focusing on
the Amazon convection.
Key words: Climate change, Amazon, Tropical Climate, AGCM, CPTEC
1. INTRODUÇÃO
Segundo o relatório do IPPC-2007 (Randall, et al. 2007) referente à confiabilidade dos
modelos nas projeções do clima futuro menciona-se que embora a maioria dos GCMs
conseguem reproduzir bem as principais características do clima presente, como temperatura,
radiação, vento, etc., ainda existem deficiências significativas em simular bem a precipitação
tropical, El Niño-Oscilação Sul (ENSO) e a Oscilação de Madden-Julian (MJO). Estas
deficiências também foram encontradas sobre a América do Sul (Vera et al 2006, Grimm et
al. 2006). O modelo operacional do CPTEC (AGCM1) tem as mesmas deficiências que os
outros AGCMs. Alguns avanços para melhorar a precipitação tropical no AGCM1 foram
feitos através da implementação de novos esquemas de convecção rasa, profunda e radiação
(Figueroa, et. al., 2006). Estas novas parametrizações têm mostrado uma melhoria na
representação da convecção na Amazônia, entretanto para corridas longas, encontraram-se
novos erros sistemáticos em comparação ao modelo original AGCM1 (Cavalcante et al.
2002), o que nos motivou a pesquisar a origem destes erros.
A circulação tropical esta associada principalmente à liberação de calor latente da convecção
tropical (Gandu e Silva Dias, 1998). Por outro lado, o perfil de aquecimento é muito
1
importante para produzir a circulação tropical e em especial a Alta da Bolívia (Silva Dias et.
al, 1983) e a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) (Figueroa, et. al, 1995). Assim,
nosso primeiro objetivo foi desenvolver e melhorar as parametrizações da convecção visando
em reproduzir realisticamente a intensidade e o perfil de aquecimento tropical. Figueroa et al.
(1995) tem mostrado que para a existência da ZCAS é necessária a variação diurna da
convecção na Amazônia. Seguindo este raciocínio, foi necessário ajustar os novos esquemas
de convecção de forma que a variação diurna e a intensidade da liberação de calor latente na
região tropical sejam mais realistas em comparação com as observações. Este modelo com os
novos ajustes das parametrizações chamaremos CPTEC-AGCM2. Este foi testado para
diferentes eventos, incluindo eventos extremos como El Niño, La Niña, e recentemente para
uma corrida longa de 1981-2009. O objetivo deste trabalho é mostrar que com a melhor
representação do aquecimento tropical foi possível melhorar a representação do clima
tropical, em especial a variabilidade interanual da precipitação na Amazônia.
2. METODOLOGIA
Os dados utilizados para este trabalho são provenientes de um conjunto (de 5 membros) de
corridas longas de 1981 a 2009 usando o modelo AGCM1 e AGCM2 com saídas diárias.
Para comparação da circulação na alta troposfera são usados os dados de reanálise do
NCEP/NCAR (REAN) e para analisar a variabilidade da precipitação sobre a Amazônia são
usados os dados de precipitação de Global Precipitation Climatology Project ( GPCP).
3. RESULTADOS
Os erros na circulação na alta troposfera estão associados a erros na intensidade e distribuição
da precipitação convectiva, porque esta circulação esta associada à convecção tropical e,
portanto ao perfil de aquecimento vertical devido à liberação de calor latente durante a
precipitação. Comparando as saídas do AGCM2 com a REAN na Fig1 para verão do
Hemisfério Sul, pode-se notar que o modelo reproduz realisticamente a circulação em 200
hPa. As circulações anticlônicas sobre a África, sobre a Indonésia (um par de anticiclones
associados à dispersão das Ondas de Rossby, sendo do Hemisfério Sul mais alongado oesteleste) e sobre a America do Sul (chamado de Alta da Bolivia), assim como seus respectivos
cavados ao leste destas altas (sobre a America do Sul chamado de Cavado do Nordeste) são
bem simulados.
A circulação em altos níveis com AGCM1 (figura não mostrada, porém é similar à Fig.7 de
Cavalcanti et al 2002 ), mostra uma intensa circulação anticiclônica sobre a Indonésia e não
mostra um alongamento zonal, devido ao excesso de precipitação sobre a ZCPS. Da mesma
forma, a Alta sobre a America do Sul simulado pelo AGCM1 estende-se para a região da
ZCAS devido ao excesso de precipitação nesta região e do déficit de precipitação convectiva
sobre a Amazônia. Outro erro encontrado no AGCM1 é uma falsa circulação na América
Central associado com excesso de precipitação nesta região. Estes erros não aparecem mais
no AGCM2. Porém, ainda AGCM2 simula o jato subtropical mais intenso que observado em
ambos os hemisférios. Na Fig.2 é mostrada a variabilidade internanual da precipitação de
verão sobre a Amazônia. Pode-se notar que AGCM1 tem pouca variabilidade e, raramente
acompanha os dados do GPCP, entretanto, os resultados do AGCM2 em geral simulam bem a
variabilidade interanual da precipitação na Amazônia.
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Figura 1 – Circulação media 1981-2009 em 200 hPa para o verão do Hemisfério Sul para
reanálise (esquerdo) e AGCM2-CPTEC (direito).
Figura 2 – Anomalia da precipitação dos verões sobre a Amazônia de 1981-2009, observado
(cor preto), simulados AGCM1 (cor azul) e AGCM2 (cor vermelho).
4. CONCLUSÃO
Em linhas gerais, o modelo AGCM2 foi capaz de simular a circulação da alta troposfera sobre
a região tropical para o período 1981-2009. As circulações anticiclônicas sobre a África,
Indonésia e America do Sul são bem simuladas, entretanto, os jatos subtropicais são intensos.
O resultado mais interessante foi a simulação da variabilidade internanual da precipitação de
verão sobre a Amazônia. Deste modo, mostra-se que este modelo pode ser uma ferramenta
muito útil para os estudos do clima nesta região.
5. REFERÊNCIAS
CAVALCANTI ET AL., 2002. Global Climatological Features in a Simulation Using the
CPTEC-COLA AGCM. Journal of Climate. Vol.15, p.2965-2988.
FIGUEROA, S.N. ET. AL., 2006: The impact of cumulus and radiation parameterization
schemes on southern hemisphere summer climate simulated by CPTEC atmospheric general
circulation model. In: Proc of 8 ICSHMO, Foz do Iguaçu, p. 1037-1040.
FIGUEROA, S.N. SATYAMURTY,P; SILVA DIAS P.L., 1995. Simulation of the summer
circulation over the South American region with an Eta coordinate model. Journal of the
Atmospheric Science., v52, p1573-1584.
3
GANDU, A.W.; SILVA DIAS, P.L., 1998. Of tropical heat sources on the South American
troposphere upper circulation and subsidence. Journal of Geophysical Research. V103.
P6001-6015
GRIMM, A. M. and A. NATORI., 2006. Climate change and Interanual Variability of
precipitation in South America. Geophysical Research Letters, v. 33, L19706,
doi10.1029/2006GL026821.
RANDALL, D.A., et al., 2007. “Climate Models and their Evaluation.” In Climate Change
2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth
Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, edited by S.
Solomon, et al. Cambridge and New York: Cambridge University Press.
SILVA DIAS, P.; SCHUBERT, W. e DeMARIA, M.,1983. Large-Scale response of the
tropical atmosphere to transient convection. Journal of the Atmospheric Science V.40,p2689-2707.
VERA, C.; SILVESTRI G.; LIEBMAN, B.; GONZÁLEZ, P. 2006. Climate Change
scenarios for seasonal precipitation in South America from IPCC AR4 models. Geophysical
Research Letters, v. 33, L13707, doi10.1029/2006GL025759.
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