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Estudo da previsibilidade de eventos extremos sobre a Serra do Mar utilizando ensemble de curto prazo.
Josiane F. Bustamante e Chou Sin Chan
INPE/CPTEC
I Workshop Projeto Serra do Mar
Ubatuba
Agosto/2006
•Previsibilidade dos fenômenos de mesoescala.
•Limite da previsibilidade.
•Duas fontes de limitações:
•CONDIÇÕES INICIAIS•Os dados observacionais não podem ser medidos com infinito grau de precisão.
•DEFICIÊNCIAS DOS MODELOS.•Equações utilizadas pelos modelos não capturam todos os processos na atmosfera.
• Resolução dos modelos não é suficiente para capturar todas as características da atmosfera.
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃO
•Previsão por conjunto (ensemble).
•Objetivo principal: prever a probabilidade de ocorrência de um evento futuro tão completamente quanto possível e com maior confiabilidade do que uma previsão determinística.
•ENS CI: Sensibilidade as condições iniciais, i. e., pequenas diferenças nos estados iniciais da atmosfera podem resultar em grandes diferenças nas previsões.
•ENS Física: Exploram as incertezas devido às representações imperfeitas dos processos atmosféricos nos modelos.
INTRODUÇÃO
•Sistema de Previsão por Ensemble de Curto Prazo (SECP)
�Pequena escala das variáveis de interesse de um SECP são menos previsíveis e seus erros saturam mais rapidamente.�Erros dos modelos tem um maior impacto nas variáveis de superfície (Stensrud, 2000).�Metodologia dos ensembles de CI foram desenvolvidos para previsões de médio prazo.�Uso de modelos de área limitada pode inibir a dispersão do ensemble (Nuter, 2003).�Variabilidade da pequena escala pode ser capturada usando altas
resoluções.
•Objetivo deste trabalho: gerar informações para desenvolver um SECP de condição inicial e de física.
•Caso de precipitação intensa sobre o litoral norte paulista
Caso Caraguatatuba
Precipitação acima de 170 mm em 6 horas
METODOLOGIA• Mesinger et al., 1988; Black, 1994.
• Resolução horizontal 5 km, vertical 50 níveis.
• Coordenada vertical η. Topografia em forma de degraus.
•Distribuição de dióxido de carbono, ozônio e albedo: climatologia.
• Quatro camadas no solo e mapa de vegetação com 12 tipos de cobertura vegetal.
•Parametrizações:
•Trocas turbulentas na vertical: Mellor-Yamada, 1982;
•Fluxos radiativos de onda longa: Lacis e Hansen, 1974;
•Fluxos radiativos de onda curta: Fels e Schwarztkopf, 1975;
•Convecção: Betts-Miller-Janjic, 1994; Kain-Fritsch, 2003
•Esquema de superfície: Chen et al., 1977;
•Microfísica: Ferrier, 2002.
METODOLOGIAModelo Regional Eta
MetodologiaSPE modelo global CPTEC
15 membros
Análise de cluster4 agrupamentos
Escolha 4 membros
membro 1
membro 2
membro 3
membro 4
SECP modelo Eta4 membros + controle
Ensemble Condição Inicial
SPE modelo Global
1- + pert. Análise
2- integração 36 horas c/ saídas 3h
3- prev. de controle -prev. pert. (série temporal)
4- análise EOF (pert. ótimas)
5- reescalonar pert. ótimas
6- + e - pert. ótimas a análise de controle >> conj. estados iniciais
Região da pert.:
45S a 30N e 0E a 360E
Variáveis pert.: vento e temperatura
MetodologiaMetodologia: Ensemble Física
Controle ouMembro Eta40km
KF
CZIL
WWST
CZIL_WWST
SECP modelo Eta5 membros
TREL
Metodologia: Ensemble Física
KF - esquema de parametrização convectiva Kain-Fritsch
CZIL - alteração de parâmetros dos processos de superfície
WWST - alteração de parâmetros dos processos de superfície
CZIL_WWST -combinação dos experimentos CZIL e WWST
BMJ - esquema de parametrização convectiva Betts-Muller-Janjic
TREL - esquema de parametrização convectiva BMJ, alteração do tempo de relaxação
Relação entre o erro do e o : um SPE perfeito mostra o espalhamento da previsão por ensemble com comportamento similar ao erro no ensemble médio.
em sp
Ensemble Médio Espalhamento
∑= fN
em1 ( )∑ −=
2
0
1ff
Nsp
Espalhamento : variabilidade entre os membros. Áreas com altos valores são áreas com menor confiabilidade.
Ensemble médio melhor resultado que a previsão determinística.
0f Ensemble Médio
Metodologia
Resultados
T+72h
T+48h
T+24h
Eta40 Eta5
Ensemble Condição Inicial
Previsões de Precipitação Acumulada em 24 horas
Válidas para 09/abril/2006
a) b) c)
d) e) f)
ResultadosT+24h
controle membro1 membro2
membro3 membro4 média
Ensemble Condição Inicial
Previsões de Precipitação Acumulada em 24 horas Válidas para 09/abril/2006
Resultados
Ensemble Física
Previsões de Precipitação Acumulada em 24 horas
BMJ T+72hT+24h
KF
CZIL
TREL
WWST_CZIL
WWST
T+72hT+24h
Resultados
Ensemble Física - Previsões de Precipitação Válidas para
09/abril/2006 12 UTC
0
5
10
15
20
24h 72h
(mm
/dia
)
bmj czil w w st w w st_czil kf trel Eta40
Ensemble CI - Previsões de Precipitação Válidas para
09/abril/2006 12 UTC
0
5
10
15
20
24h 72h
(mm
/dia
)
cntr membro1 membro2 membro3 membro4 Eta40
T+72hT+24h
ResultadosEnsemble MédioPrevisões de Precipitação Acumulada em 24 horas
T+72hT+24h
ResultadosEspalhamento Análise Ens. Condição Inicial vs Ens. Física
CAPE
Ens CI Ens Física
2006040812
2006040612
ResultadosEspalhamento AnáliseEns. Condição Inicial vs Ens. Física
PSLM
Ens CI Ens Física
2006040812
2006040612
ResultadosEspalhamento AnáliseEns. Condição Inicial vs Ens. Física
U10M
Ens CI Ens Física
2006040812
2006040612
Resultados
Desvio Padrão PSLM
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
12h 24h 36h 48h 60h 72h
(hP
a)
ens_ci ens_fisica
Espalhamento U10MEspalhamento CAPE
Espalhamento PSLMDesvio Padrão PSLM
Espalhamento u10m 2006040612
0
0.5
1
1.5
2
24h 48h 72h
dominio_ci dominio_fis caragua_ci caragua_f is
Espalhamento CAPE 2006040612
0
50
100
150
200
250
300
350
24h 48h 72h
dominio_ci dominio_fis caragua_ci caragua_fis
Espalhamento PSLM 2006040612
0
0.5
1
1.5
2
24h 48h 72h
dominio_ci dominio_fis caragua_ci caragua_f is
1- Dificuldade de previsão da precipitação ocorrida.
2- Aumento da resolução Eta40 para Eta5 conduz a valores maiores de precipitação.
3- ENS FI maior número de membros com precipitação acima de 10 mm do que o ENS CI.
4- Espalhamento das análises do ENS FI é maior que do ENS CI.
5- Espalhamento das previsões do ENS FI é maior para a variável CAPE do que o ENS CI.
6- ENS FI ligeiramente superior ao ENS CI para este evento meteorológico.
7- Necessidade de estudar outros casos.
8- Inserir mais membros ao ENS FI.
Conclusões
ResultadosEspalhamento Ens. Condição Inicial
T+48hT+24h T+72h
CAPE
PSLM
U10M
Resultados
Espalhamento para 09/abril/2006
U10M
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
24h 48h 72h
dominio caragua
Espalhamento para 09/abril/2006 12 UTC
CAPE
0
100
200
300
400
24h 48h 72h
dominio caragua
Espalhamento para 09/abril/2006
PSLM
0
0.5
1
1.5
24h 48h 72h
dominio caragua
Espalhamento U10MEspalhamento CAPE
Espalhamento PSLMEspalhamento
( )∑ −=2
0
1ff
Nsp
0f Ensemble Médio
Resultados
Desvio Padrão PSLM
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
12h 24h 36h 48h 60h 72h
(hP
a)
ens_ci ens_fisica
Espalhamento U10MEspalhamento CAPE
Espalhamento PSLMDesvio Padrão PSLM
Espalhamento Ens. Física CAPE 2006040612
0
50
100
150
200
250
300
350
24h 48h 72h
dominio caragua
Espalhamento Ens. Física PSLM 2006040612
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
24h 48h 72h
dominio caragua
Espalhamento Ens. Física U10M 2006040612
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
24h 48h 72h
dominio caragua