Calibração e avaliação de um sistema regional de previsão climática sazonal para a América do Sul durante o período março-maio

• Ano de defesa: 2014
• Autor(a) principal: Julliana Larise Mendonça Freire
• Orientador(a): Saulo Ribeiro de Freitas, Caio Augusto dos Santos Coelho
• Banca de defesa: Silvio Nilo Figueroa Rivero, Enio Pereira de Souza
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Meteorologia
• País: BR
• Resumo em Inglês: Seasonal climate predictions have effectively contributed to activities planning in various societal sectors, such as energy, agriculture and health. The need for more detailed forecasts by increasing climate information spatial resolution has focused research efforts in various regions of the globe in recent years. The application of the downscaling technique through regional dynamic modeling, known as dynamical downscaling, has been used for this purpose. This study aims to calibrate and evaluate the skill of the regional model Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System (BRAMS) nested unidirectionally with the Atmospheric General Circulation Model (AGCM) of the Center for Weather Forecast and Climate Studies (CPTEC), in predicting climate variability of the dominant climate patterns over South America (SA). The study was performed for the March-April-May (MAM) period, which represents the peak of the rainy season in Northeast Brazil (NEB) during the period from 1979 to 2010.The predictions with the BRAMS were produced using a set of 10 members with spatial resolution of 30 km by 30 km in latitude and longitude, having the persisted sea surface temperatures and climatological soil moisture as boundary conditions. This work is a pioneering initiative performing a systematic comparative evaluation of a global model and a regional model for South America. Both models were configured in ensembles (10 members) seasonal climate forecast mode and integrated during a long period (32 years, 1979-2010), thus reproducing the same conditions found in the climate prediction operational environment. After the calibration process BRAMS was able to capture rainfall patterns associated to extreme climate events, such as the decrease (increase) in precipitation over the eastern portion of North region and over the Northeast region of Brazil, and increase (decrease) in precipitation over the Southern region of Brazil during the 1983 El Niño (1989 La Niña) event. The results showed that BRAMS was able to reproduce the spatial using the technique of downscaling the patterns precipitation and temperature and the main circulation features over South America, during the peak of NEB rainy season. El Niño and La Niña composite analyses showed that the regional model represented reasonably well the anomalous patterns of the studied variables when compared to the observed. The use of the regional model BRAMS resulted in improvements in precipitation anomaly forecast signal over of western and northern coast of SA (Bolivia, Peru, Colombia and Venezuela), over east-central Argentina and the over State of Acre over the Northeast region of Brazil both models (BRAMS and AGCM) showed similar performance when forecasting precipitation anomalies. As for temperature anomaly forecast BRAMS showed higher performance, given by the correlation coefficient between forecast and observed anomalies over the period 1979-2010, than the AGCM, particularly over northern Brazil and Peru. Systematic forecast errors were found in some regions associated to the physical parameterizations and initial and boundary conditions used in this study suggesting the need for adjustments in the model configuration and parameterization in future model version with the aim of improving the quality of forecasts.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m18/2014/04.16.14.05

As previsões climáticas sazonais têm contribuído efetivamente para o planejamento de atividades de diversos setores da sociedade, tais como, energia, agricultura e saúde. A necessidade de um maior detalhamento das previsões, através da diminuição da escala (ou aumento da resolução) espacial da informação climática, tem concentrado nos últimos anos esforços científicos em várias regiões do globo. A aplicação da técnica de redução de escala através da modelagem dinâmica regional, conhecida como \emph{downscaling} dinâmico, vem sendo utilizada com esse objetivo. Desta forma, o presente trabalho tem como objetivo calibrar e avaliar a destreza do modelo regional atmosférico \emph{Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System} (BRAMS) aninhado unidirecionalmente ao Modelo de Circulação Geral Atmosférico (MCGA) do Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) em prever a variabilidade climática dos padrões atmosféricos dominantes sobre a América do Sul (AS), para o trimestre março-abril-maio (MAM), que representa o pico da estação chuvosa da região Nordeste do Brasil (NEB) durante o período de 1979 a 2010. As previsões com o BRAMS foram produzidas utilizando um conjunto de 10 membros na resolução espacial de aproximadamente 30 km de latitude por 30 km de longitude, tendo como condições de contorno a temperatura da superfície do mar persistida e a umidade do solo climatológica. Este trabalho trata-se de uma iniciativa pioneira de avaliação sistemática e comparativa de um modelo global e um modelo regional para a América do Sul, ambos os modelos configurados em modo de previsão climática sazonal por conjunto (10 membros) rodados por um longo período (32 anos, 1979-2010), reproduzindo assim as mesmas condições encontradas no ambiente operacional de previsão climática. Após o processo de calibração, o modelo BRAMS conseguiu capturar o padrão de precipitação associada aos eventos climáticos extremos, como a redução (aumento) da precipitação principalmente no leste da região Norte e NEB e o aumento (redução) de precipitação na região Sul durante o evento de El Niño de 1983 (La Niña de 1989). Os resultados mostraram que através da técnica de \emph{downscaling} o modelo regional BRAMS conseguiu reproduzir o padrão espacial da precipitação e temperatura e as principais características de circulação, durante o pico da estação chuvosa do NEB. As análises das composições de El Niño e La Niña mostraram que o modelo regional representou razoavelmente bem o padrão anômalo das variáveis estudadas quando comparado aos padrões observados. O uso do modelo regional BRAMS resultou em melhorias na previsão do sinal das anomalias de precipitação sobre os países da costa Oeste e Norte da AS (Bolívia, Peru, Colômbia e Venezuela), centro-leste da Argentina e sobre o Estado do Acre. Sobre a região Nordeste do Brasil ambos os modelos (BRAMS e MCGA) apresentaram desempenho semelhante nas previsões de anomalias de precipitação. As correlações de anomalia de temperatura utilizando o conjunto de previsões do BRAMS possuem valores mais expressivos do que as correlações resultantes do MCGA, principalmente sobre a região Norte do Brasil e sobre o Peru. Erros sistemáticos foram verificados em algumas regiões da AS, associados as parametrizações físicas e condições inicias e de contorno aqui utilizados, sugerindo a necessidade de realizar ajustes nas configurações e parametrizações do modelo em futuras versões para a melhoria da qualidade das previsões.