Uma contribuição à modelagem de aerossol e componentes da radiação solar no modelo GL - Anthony Carlos Silva Porfirio (2017)
O modelo físico GL é utilizado no CPTEC/INPE para o monitoramento da radiação solar global à superfície no Brasil e na América do Sul com base em imagens do canal visível (VIS) de satélites geoestacionários. As informações geradas pelo modelo têm se mostrado úteis para uma variedade de aplicações, como estudos climáticos, validação de modelos atmosféricos regionais, modelagem da evapotranspiração e levantamento do potencial solar. Devido à sua relevância, esforços científicos com o intuito de investigar a qualidade das estimativas e identificar limitações são fundamentais para propor aperfeiçoamentos e assegurar bons níveis de acurácia. Nesse contexto, o presente estudo teve como objetivo realizar uma contribuição ao modelo GL através da análise do desempenho de suas estimativas, bem como com o aprimoramento de suas hipóteses físicas e com a inclusão de novas parametrizações. Primeiramente, avaliou-se o desempenho do modelo GL aplicado às imagens GOES (GL$_{G1.2}$) e MSG (GL$_{M1.2}$ e GL$_{M1.4}$) sobre o território brasileiro. As estimativas GL, na base mensal, apresentaram uma boa concordância com a verdade terrestre, sobretudo nas regiões nordeste, sudeste e sul, com erros médios entre $±$ 10 W m$^{-2}$. Maiores discrepâncias nas estimativas GL foram percebidas nas regiões norte e centro-oeste, principalmente na época de maior concentração de aerossóis atmosféricos (agosto-outubro), com desvios médios mensais de 36 e 18 W m$^{-2}$, respectivamente. As comparações entre GL$_{G}$ e GL$_{M}$ mostraram que para a região nordeste as estimativas são bastante semelhantes, o que pode ser creditado ao fato que essa região é observada pelos satélites com ângulo de visada similar. Análise complementar para estações radiométricas localizadas na Espanha, mostraram um excelente desempenho do GL$_{M1.4}$, com um MBE de apenas -0,2 W m$^{-2}$ e RMSE de 13,8 W m$^{-2}$. O modelo GL negligencia a presença de aerossóis. Assim, em seguida, investigou-se o impacto dos aerossóis atmosféricos nas estimativas do modelo GL. Ciclos diários medidos e estimados foram comparados para dias de céu claro na época do pico de queimadas na região sul da Amazônia. Tal análise evidenciou a tendência do modelo em superestimar a medida para dias com concentração de aerossóis relevantes. Análises teóricas utilizando o código de transferência radiativa SBDART permitiram o desenvolvimento de parametrizações para os aerossóis no modelo GL. Adotaram-se propriedades ópticas de aerossóis referentes a dois tipos (rural e queimadas). As primeiras validações do novo esquema, denominado de GL$_{2.0}$, mostraram um aperfeiçoamento na estimativa dos ciclos diários e da irradiação solar em relação a versão GL$_{1.2}$. O impacto na irradiância solar global média diária variou entre -50 e -15 W m$^{-2}$ para profundidades ópticas de 1,0 e 0,3, para um dia com evidente presença da pluma regional de aerossóis de queimada. Por fim, o procedimento aplicado para a estimativa particionada das componentes da radiação solar global, direta e difusa, a partir do GL$_{2.0}$ e de um modelo de radiação direta por satélite se mostrou promissor. As estimativas de irradiação global, direta e difusa por satélite mostraram boa concordância com as medidas de superfície, com valores médios para o MBE de -0,2, 1,0 e -1,0 MJ m$^{-2}$ e para o RMSE de 1,6, 2,0 e 2,0 MJ m$^{-2}$, respectivamente. Em geral, os resultados obtidos foram consistentes, e conceberam de maneira natural, duas novas versões com grande potencial para aplicações em pesquisa e para fins operacionais.