A análise do acoplamento de processos de superfície continental e atmosfera e o impacto da assimilação de dados no modelo global do CPTEC-INPE - João Gerd Zell de Mattos (2016)
Na última década, um conjunto crescente de estudos numéricos de sensibilidade sugere que a variabilidade atmosférica é fortemente influenciada pelo acoplamento superfície-atmosfera, em especial à anomalias na umidade do solo. Neste sentido, esta tese tem por propósito mostrar que por meio da melhor representação da umidade do solo nas condições iniciais do MCGA-CPTEC são produzidas melhores simulações de precipitação. Para isto, foi efetuada inicialmente uma série de experimentos numéricos para estimar a sensibilidade do MCGA-CPTEC às anomalias de umidade do solo e verificar a habilidade deste modelo em simular as principais características atmosféricas, como por exemplo a variabilidade da precipitação. Estes passos foram necessários pois a literatura indica que existem diferentes áreas no globo que são sensíveis às anomalias de umidade do solo e que, no entanto a grande maioria dos modelos numéricos mostra uma intensidade do acoplamento superfície atmosfera bastante variável. Enquanto alguns apresentam um forte acoplamento, outros parecem insensíveis às anomalias de umidade do solo. Além disso, não existem trabalhos até o momento que indiquem a intensidade do acoplamento superfície-atmosfera no MCGA-CPTEC. Assim, por meio de uma série de simulações, verificou-se que o MCGA-CPTEC apresenta um acoplamento superfície-atmosfera considerado entre fraco à moderado e dependente da escolha do esquema de superfície e da parametrização convectiva. Por outro lado, as áreas de forte acoplamento são compatíveis com as reportadas pela maioria dos modelos já analisados. O acoplamento superfície-atmosfera não é uma medida da destreza do modelo, principalmente porque não existem dados observacionais a respeito deste acoplamento. Ainda assim, foi essencial verificar a habilidade do MCGA-CPTEC em simular as principais características atmosféricas. Uma simulação de 17 anos mostrou que o modelo é capaz de reproduzir os principais padrões atmosféricos sazonais, no entanto a simulação com uso do esquema de superfície IBIS caracterizou-se por grandes discrepâncias na variação latitudinal da temperatura do ar e da pressão ao nível médio do mar sobre a região polar. O perfil vertical da temperatura do ar também foi caracterizado por erros significativos que foram refletidos no perfil vertical de vento. Estas diferenças, que sugerem algum problema na implementação do esquema de superfície IBIS, levaram à escolha da configuração do modelo que dispõe do esquema de superfície SSiB e da parametrização convectiva Kuo para realizar o processo de assimilação de dados de umidade do solo no MCGA-CPTEC. A análise das diferenças entre as simulações com e sem assimilação de dados mostrou que em geral houve uma adição constante de água no solo, sugerindo a existência de erros sistemáticos no modelo. Estes erros podem estar relacionados à simplificações e deficiências do esquema superfície, ao invés de erros aleatórios provenientes das forçantes atmosféricas. Contudo, as mudanças consecutivas no conteúdo de água no solo impactaram na sua distribuição horizontal e, por consequência, nos fluxos de calor latente e sensível, levando à melhorias nas previsões das variáveis atmosféricas em baixos níveis, principalmente nos campos de umidade relativa. Tais modificações contribuíram para a melhor representação do ciclo anual médio da precipitação em diferentes regiões do globo, refletindo-se nos totais trimestrais. Em vista disso, é possível afirmar que a melhor representação da umidade do solo no MCGA-CPTEC resultou em uma melhoria da simulação da precipitação. Além disto, a partir da análise das simulações é possível afirmar que os resultados são dependentes tanto da escolha do esquema de superfície quanto da parametrização convectiva.