Previsão Climática
O Modelo CAM 3.1
Modelos de Circulação Geral da Atmosfera (MCGA) simulam com a maior fidelidade possível os processos físicos e dinâmicos que ocorrem na atmosfera. Estes modelos - chamados climáticos – possuem, normalmente, baixa resolução espacial; devido ao grande número de equações que precisam ser resolvidas em todos os pontos de grade, que deve cobrir todo o globo (conforme a figura abaixo). Sendo assim, de uma maneira geral, os processos de menor escala não são bem resolvidos (PEIXOTO ; OORT, 1992). Contudo, estes modelos possuem um grande potencial em simular os fluxos e o escoamento atmosférico em grande escala.
Os primeiros modelos da linhagem CAM foram inicialmente chamados de Community Climate Model (CCM) e eram baseados no modelo espectral Australiano e numa versão adiabática do modelo espectral do European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF). Para amenizar os problemas referentes à resolução dos processos sub-grade, o CAM, em sua versão 3.0, incorporou significativas melhorias no pacote físico, em relação às versões anteriores, como a sobreposição de nuvem generalizada para o cálculo de radiação, a incorporação da termodinâmica do gelo marinho e outras melhorias, como por exemplo, uma clara separação entre a física e a dinâmica. Diferente das versões anteriores, a versão 3.1 do CAM foi concebida através da colaboração de usuários e desenvolvedores do Atmosfpheric Model Working Group (AMWG). O AMWG inclui cientistas do National Center for Atmospheric Research (NCAR), comunidade científica e laboratórios governamentais.
Por ser de domínio público e código fonte aberto, o CAM 3.1, a versão mais moderna à época, foi escolhido pelo grupo de pesquisa do LAMMOC/UFF como ferramenta para o desenvolvimento de uma estrutura operacional cujas simulações pudessem ser utilizadas nas previsões sazonais e intrasazonais. A estrutura operacional levou algum tempo para ser implementada e foram necessários mais alguns anos para realizar a validação dos resultados. Atualmente, através da estrutura operacional, a cada mês é gerada a previsão para os próximos 7 meses (conforme figura abaixo). As simulações operacionais utilizam grade horizontal de aproximadamente 1.4° x 1.4° de resolução espacial; correspondendo ao nível de truncamento T85 no espaço espectral (128 pontos de longitude e 256 pontos de latitudes); e 26 níveis na vertical. Os resultados das simulações do CAM 3.1 operacional são apresentados e analisados em nossos vídeos semanais. As anomalias de precipitação apresentam as irregularidades previstas em torno da média climatológica esperada e são a forma mais indicada para as análises desses resultados dos modelos climáticos, que possuem restrições para a resolução dos processos sub-grade.
Previsão da anomalia de precipitação para os meses de março, abril, maio, junho, julho, agosto e setembro de 2020 geradas a partir das condições iniciais de fevereiro de 2020.
Previsão por Conjunto (ou Ensemble)
As incertezas nos processos de modelagem climática estão associadas com as mais diferentes origens, que podem variar desde uma má representação das condições iniciais, devido a rede global de monitoramento ser extremamente heterogênea e limitada, até dificuldades na representação do tipo e uso do solo, concentração de gelo no cume de grandes maciços, aproximações numéricas, não linearidade atmosférica, representação das mudanças de fase da água etc. As ferramentas de sensoriamento remoto vêm, ao longo dos anos, contribuindo de forma significativa para reduzir essas incertezas. No entanto, devido à natureza do problema, acredita-se que estas incertezas sempre existirão, mesmo com os avanços tecnológicos esperados para a humanidade nos próximos séculos.
Uma forma de lidar com essas incertezas é a aplicação da técnica de previsão por conjuntos, ou Ensembles, que consiste na geração de um número variado de previsões que devem ser capazes de contemplar, de forma aproximada, toda ou a maior parte das incertezas contidas neste processo. Os Ensembles podem ser oriundos de diferentes condições iniciais, parametrizações físicas e/ou ligados a previsão de vários modelos. A técnica de previsão por Ensembles vem sendo utilizada de forma sistemática em todos os grandes centros operacionais de meteorologia e climatologia do globo, podendo retratar não só a solução mais provável para o problema como também uma distribuição das soluções viáveis, do ponto de vista da modelagem, sendo utilizada, portanto, para melhorar a previsibilidade de eventos extremos (JAHR HEGDAHL et al., 2017).
Um ponto importante na utilização de previsão por conjuntos com diferentes condições iniciais é determinar a quantidade de membros que deve ser utilizada no sistema de modelagem, entendendo como membro cada inicialização. O Ensemble do CAM 3.1 operacional no LAMMOC/UFF utiliza 6 membros, cada um com uma inicialização diferente. O número de membros foi determinado considerando os resultados observados por Bou et al. (2015) e pelas limitações de processamento do laboratório. No processo operacional, a cada mês, a simulação é repetida seis vezes, a fim de se obter os seis membros do Ensemble, sendo realizadas sempre com as condições iniciais dos dias 4 a 9. A previsão por conjunto para o mês é dada pela média dos membros, aumentando a confiabilidade da previsão resultante. Na figura abaixo temos um exemplo de visualização da previsão de cada um dos membros e do Ensemble, normalmente apresentadas em nossos vídeos semanais de previsão.
Previsão de anomalia de precipitação dos 6 membros e do ensemble - média dos membros (no centro da figura).
Para uma melhor percepção da eficiência das previsões do modelo CAM 3.1 operacional no LAMMOC/UFF, cada previsão de anomalia de precipitação é comparada com as previsões geradas pelos modelos de centros internacionais (na figura, NASA e CFSv2 à direita) e com a anomalia de precipitação observada pelo Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC), ao centro.
Previsão da anomalia de precipitação (figura à esquerda), anomalia de precipitação observada pelo CPTEC (ao centro) e previsões da anomalia de precipitação do CFSv2 (à direita em cima) e NASA (à direita embaixo).
Caso tenha interesse em adquirir as previsões do modelo CAM 3.1 geradas pelo LAMMOC/UFF em parceria com a AMBMET, tanto no formato de figuras quanto valores de precipitação média por bacia, entre em contato.