Revista Brasileira de Meteorologia, Volume: 23, Issue: 4, Published: 2008
  • Estudo da energética modal para episódios de ZCAS. Parte I: análise observacional Artigos

    Mendonça, Renata Weissmann Borges; Bonatti, José Paulo

    Abstract in Portuguese:

    As trocas horizontais e verticais de energia para um composto de sete episódios de Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS), foram estudadas a partir da decomposição em modos normais, considerando-se a partição vertical de energia entre os modos externo e internos, e as interferências entre os modos horizontais de oscilação Rossby, Kelvin, Misto Rossby-Gravidade, Gravidade Oeste e Leste. Um máximo de porcentagem de energia total (aproximadamente 60%) é observado para os modos internos 4 a 7, com alturas equivalentes entre 100 e 600 metros, especialmente sobre grande parte da América do Sul central e próximo ao equador, incluindo a região da ZCAS. À medida que a latitude aumenta, a energia é distribuída para os modos mais externos (n=1 a 3). Para a partição horizontal de energia, as maiores contribuições foram obtidas para as auto-interações dos modos Rossby e Kelvin e interações cruzadas Rossby-Kelvin, em todas as categorias de modos verticais, sendo estas últimas responsáveis pelas interferências construtivas de energia na região da ZCAS. As interações entre modos verticais mostraram um aumento da porcentagem de energia dos Baixos Níveis para a Estratosfera, com máxima interferência positiva (negativa) de energia em Altos Níveis (Estratosfera), para os modos internos 4 a 7.

    Abstract in English:

    The horizontal and vertical energy exchanges for a composite of seven South Atlantic Convergence Zone (SACZ) episodes were studied by expansion into normal mode functions, with an emphasis on the vertical energy partition between external and internal modes and on the energy interactions within and among various horizontal oscillation modes: Rossby, Kelvin, Mixed Rossby-Gravity and West and East Gravity. A maximum share of the total energy (about 60%) was found in the 4th to 7th internal modes at equivalent highs between 100 and 600 meters, especially over large part of the central South America and near the equator including the SACZ region. As the latitude increases, the energy is distributed towards the lower order modes (n = 1 to 3). For the horizontal energy partition, the most expressive contributions were obtained for the self-interactions of the Rossby and Kelvin modes and for Rossby-Kelvin cross interactions in all vertical mode categories. The Rossby-Kelvin cross interactions constituted the main process for constructive energy interferences in the SACZ region. The vertical mode interactions indicated that the percentage of total energy increases from low levels to the stratosphere with maximum positive (negative) interferences in high levels (stratosphere), for the 4th to 7th internal modes.
  • Estudo da energética modal para episódios de ZCAS. Parte II: impacto da resolução do modelo e da parametrização de convecção Artigos

    Mendonça, Renata Weissmann Borges; Bonatti, José Paulo

    Abstract in Portuguese:

    O desempenho do Modelo Global do Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) em simular a energética modal para um composto de sete episódios de Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) é avaliado, enfatizando-se a influência da resolução espacial do modelo e de três diferentes parametrizações de convecção profunda: Kuo, Relaxed Arakawa-Schubert (RAS) e Grell na partição vertical de energia entre os modos externos e internos, e as trocas de energia entre os modos horizontais de oscilação Rossby, Kelvin, Misto Rossby-Gravidade, Gravidade Oeste e Leste. Os resultados mostraram que as previsões utilizando os esquemas de convecção profunda Kuo, RAS e Grell foram semelhantes entre si e apresentaram uma boa concordância em relação aos padrões obtidos na parte observacional (Parte I deste artigo). O emprego de diferentes esquemas de convecção profunda não apresentou impactos significativos na partição e interação de energia entre os modos verticais e horizontais. Um impacto maior foi obtido com o aumento da resolução vertical das análises e do modelo, de 28 para 42 níveis, em que um maior número de modos internos apresenta um papel relevante nas trocas horizontais e verticais de energia.

    Abstract in English:

    The performance of the CPTEC Global Model in simulating the modal energetics for a composite of seven South Atlantic Convergence Zone (SACZ) episodes was evaluated, emphasizing the influence of the model resolution and the three different deep convection parameterizations: Kuo, Relaxed Arakawa-Schubert (RAS) and Grell on the vertical energy partition between external and internal modes and on the energy interactions within and between various horizontal oscillation modes: Rossby, Kelvin, Mixed Rossby-Gravity and West and East Gravity. The results showed that the model predictions using the Kuo, RAS and Grell deep convection schemes were similar with each other, and had a good agreement with the patterns obtained in the observational part (Part I of this paper). The use of different deep convection schemes did not present significant impact in the partition and interaction of energy between vertical and horizontal modes. A greater impact was obtained when increasing the vertical resolution of the analyses and the model from 28 to 42 levels. A greater number of internal modes show a relevant role in the horizontal and vertical energy exchanges, in terms of representing the observed characteristics.
  • Regional circulation differences between a rainy episode and a nonrainy episode in eastern São Paulo State in March 2006

    Satyamurty, Prakki; Sousa Jr, Serafim Barbosa De; Teixeira, Mateus Da Silva; Silva, Lucia Eliane Maria Gularte Da

    Abstract in Portuguese:

    As diferenças nas características do escoamento atmosférico regional entre um episódio de chuva e outro de não-chuva sobre a parte leste do estado de São Paulo durante março de 2006 são discutidas. Os compostos dos campos de umidade e temperatura próximos à superfície durante os dois episódios distintos não mostram diferenças significativas. Os compostos de geopotencial em 500-hPa e ventos na baixa troposfera mostram um cavado de onda curta no Atlântico a leste da costa da Região Sul do Brasil durante o episódio chuvoso. O jato de baixos níveis tem uma orientação noroeste-sudeste sobre o norte da Bolívia durante o episódio chuvoso, indicando que o transporte de umidade é dirigido para a região Sudeste do Brasil. A convergência do fluxo de umidade na baixa troposfera sobre a região de chuva é moderada, enquanto que no episódio não chuvoso o fluxo é divergente. Na alta troposfera a Alta de Bolívia é mais intensa e os ventos fortes sobre a Região Sul do Brasil são de sudoeste, durante o episódio chuvoso, indicando que a troposfera é mais quente sobre a América do Sul durante o episódio chuvoso. A presença de uma região de baixa pressão no Atlântico, com uma inclinação na vertical para oeste, constitui uma forçante de escala sinótica para movimento ascendente necessário para atividade convectiva. Estas diferenças devem ajudar os meteorologistas para distinguir os episódios chuvosos e não chuvosos.

    Abstract in English:

    The differences between the regional flow characteristics of a rainy episode and a nonrainy episode in March 2006 in eastern São Paulo state are discussed. The surface humidity and temperature characteristics do not show significant differences between the two cases. The composites of the middle tropospheric geopotential field and the lower-tropospheric wind field show a short-wave trough in the Atlantic off southern Brazil during the rainy episode. In the upper troposphere, the Bolivian high is stronger during the rainy episode than during the nonrainy episode, indicating that the troposphere over tropical South America is warmer during the rainy episode. The low-level jet in the rainy case does not penetrate northern Argentina, and is more NW-SE oriented, indicating that the humidity transport is more toward the southeastern Brazil. The moisture flux convergence over the eastern São Paulo at the 850-hPa is fairly strong in the rainy case whereas it is divergent in the nonrainy case. The presence of a low pressure area in the South Atlantic with westward tilt in the vertical provides synoptic forcing for the rising motion over eastern São Paulo state. These differences seem to be useful indicators for distinguishing rainy and nonrainy episodes.
  • Avaliação do modelo BRAMS na formação de nevoeiro de radiação em ambiente com turbulência pouco desenvolvida Artigos

    Dal Piva, Everson; Anabor, Vagner

    Abstract in Portuguese:

    Nevoeiro de radiação é normalmente precedido por forte resfriamento noturno. Em determinados eventos, a magnitude deste resfriamento é tão intensa que os modelos operacionais de previsão de tempo não conseguem representa-lo adequadamente. Simulações foram realizadas com o objetivo de reproduzir a formação do nevoeiro de radiação, observado na madrugada do dia 18 de abril de 2007. Foram testados parâmetros e parametrizações relacionados a turbulência disponíveis no modelo BRAMS versão 3.2. Para o cálculo do coeficiente de difusão vertical foram testados os esquemas de Mellor-Yamada e Smagorinsky, e para a razão entre os coeficientes de difusão vertical para escalares e para o momentum foram testados os valores 1 e 3. Os melhores resultados foram obtidos com o esquema de Mellor-Yamada e a razão 1 entre os coeficientes. A máxima taxa de resfriamento foi de -5,7ºC/10h e a taxa de umedecimento foi de 27,1%/10h, mas os dados observados indicaram valores de -8,8ºC/10h e 29%/10h, respectivamente. Com relação aos erros e taxas de resfriamento e umedecimento em superfície, as opções testadas geraram apenas pequenas melhoras nos resultados, mas foram suficientes para desenvolver o nevoeiro em superfície.

    Abstract in English:

    The radiation fog usually is preceded by a strong nocturnal cooling rate. Some times the observed cooling is so high that weather forecast models are not able to reproduce it accurately. Simulations were used to reproduce the formation of radiation fog at dawn on 18 April, 2007. Parameters and parameterizations related to turbulence available in BRAMS version 3.2 were tested. To calculate the vertical diffusion coefficients the Mellor-Yamada and Smagorinsky schemes were tested; and for the ratio of vertical diffusion coefficients between scalars and momentum the values 1 and 3 were tested. The best results were provided by the Mellor-Yamada parameterization scheme and when the ratio of vertical diffusion coefficients equal to 1. The maximum cooling rate obtained was -5,7ºC/10h and the moistening rate was -27,1%/10h, but the observed data showed values of -8,8ºC/10h and 29%/10h, respectively. In terms of surface cooling and moistening rate errors, the tested schemes led to small improvements in the results, but were sufficient to develop the fog over the surface.
  • Determinação das previsões de temperaturas mínimas e máximas a partir do histórico das previsões de tempo por conjunto do CPTEC Artigos

    Silva, Maria Cristina Lemos da; Mendonça, Antônio Marcos; Bonatti, José Paulo

    Abstract in Portuguese:

    A técnica de previsão de tempo por conjunto representa uma tentativa de aumentar a previsibilidade dos modelos dinâmicos da atmosfera. Uma forma simples de produzir previsões de tempo por conjunto é adicionar pequenas perturbações às condições iniciais do modelo, e integrá-lo partindo de cada condição inicial perturbada para produzir um conjunto de previsões. O objetivo do presente estudo é apresentar uma metodologia desenvolvida para determinar as temperaturas mínimas e máximas à superfície, a partir de informações do histórico do ponto de grade das previsões por conjunto do Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) sobre o Brasil. Os resultados indicaram que o modelo de circulação geral da atmosfera do CPTEC apresenta temperaturas mínimas (máximas) sistematicamente mais altas (baixas) dos que as observadas. Um método de correção estatística, baseado no viés médio das 15 previsões mais recentes do modelo, foi aplicado para corrigir as previsões do conjunto. Tais correções aumentam o desempenho das previsões, como é indicado pelos índices estatísticos rms, bias e coeficiente de correlação de anomalia.

    Abstract in English:

    The ensemble weather forecast approach represents an attempt to extend the predictability of the dynamic atmospheric models. A simple away to produce ensemble weather prediction is to run the weather model starting from a set of slightly perturbed initial conditions. The objective of the present study is to present a methodology to determine the minimum and maximum surface temperatures using the grid history of the ensemble forecasts over Brazil available at the Center for Weather Forecasting and Climate Studies (CPTEC). The results indicated that forecasts of minimum (maximum) temperatures from the CPTEC general circulation model exhibit systematically higher (lower) temperatures than observed. A statistical correction based on the bias of the fifteenth earlier forecasts was used to improve the ensemble predictions. Such corrections enhance the performance of the forecasts as measured by statistical indexes as rms, bias and anomaly correlation coefficient.
  • Papel dos fluxos de calor latente e sensível em superfície associado a um caso de ciclogênese na Costa Leste da América do Sul Artigos

    Dal Piva, Everson; Moscati, Marley Cavalcante de Lima; Gan, Manoel Alonso

    Abstract in Portuguese:

    Neste estudo foram realizados experimentos numéricos com um modelo meteorológico regional a fim de verificar o impacto dos Fluxos de Calor Latente (FCL) e Calor Sensível (FCS) em superfície no desenvolvimento de um ciclone intenso ocorrido sobre a costa leste da região sudeste da América do Sul, entre os dias 24 e 26 de julho de 1998. A taxa de intensificação do ciclone foi reduzida em 6 hPa/24 h no experimento em que os FCL e FCS estavam ausentes. Verificou-se que a ausência do FCL apresentou maior impacto do que a ausência do FCS, fazendo com que a taxa de intensificação fosse reduzida em 6 hPa/24 h para o experimento sem FCL e permanecesse inalterada sem FCS, mas neste último a isóbara de menor valor no centro do ciclone ocupou uma área menor. A ausência dos FCL e FCS em superfície gerou uma camada mais seca e mais fria próxima à superfície oceânica, reduzindo a instabilidade potencial do ambiente e diminuindo a intensificação do ciclone. Concluiu-se, portanto que os FCL e FCS em superfície foram importantes antes da fase de mais rápido desenvolvimento do ciclone, agindo no sentido de preparar o ambiente para uma ciclogênese mais intensa, através do fornecimento de energia e umidade para a baixa troposfera. Na fase de mais rápido desenvolvimento, a energia e a umidade disponíveis nas camadas mais baixas da atmosfera (inseridos na fase anterior) também foram importantes, permitindo ao ciclone se desenvolver mais intensamente do que ocorreria em um ambiente mais seco e menos instável termicamente.

    Abstract in English:

    Numeric experiments were run with meteorological regional model with the purpose to verify the impact of both latent and sensible surface heat fluxes (FCL and FCS, respectively) during the development of an intense east cost cyclone over southeastern region of South America from 24 to 26 July, 1998. The intensification rate of the cyclone was reduced by 6 hPa/24 h in the experiment where the FCL and FCS were absents. It was also verified that the absence of FCL presented more impact than without FCS. The intensification rate was reduced by 6 hPa/24h in the experiment without FCL and became unaltered in the experiment without FCS, but in the later the isobar with minimum value around the cyclone center occupied a smaller area. The absence of the FCL and FCS generated a drier and colder layer near the oceanic surface, reducing the environmental potential instability and decreasing the cyclone intensification. With these results it is possible to conclude that the FCL and FCS were important before the phase of most rapid cyclone development, preparing the environment to a more intense cyclogenesis, supplying both energy and moisture to the lower troposphere. In the phase of the most rapid development, the available energy and moisture (inserted in the previous phase) in the lower levels were also important, allowing the cyclone to develop more intensely than it could be in a drier and less thermically unstable environment.
  • Modelagem numérica em alta resolução para previsão de geração de energia eólica no Ceará Artigos

    Maria, Paulo Henrique Santiago de; Costa, Alexandre Araújo; Sombra, Sérgio Sousa

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho, foi utilizado um modelo de atmosfera de mesoescala para previsão de ventos em curto prazo para aplicações em geração de energia eólica. Diferentes resoluções espaciais e parametrizações foram testadas, sendo a comparação entre as simulações feita com base em uma metodologia estatística, que se utiliza de um conjunto de índices e medidas de erro amplamente utilizados em estudos meteorológicos e avaliações de modelos atmosféricos. Tal metodologia foi aplicada para escolha das melhores opções de espaçamento de grade horizontal, parametrização de turbulência e peso do relaxamento newtoniano na representação dos campos de vento do litoral cearense em quatro dias do período de transição entre as estações seca e chuvosa. Os testes revelam que, dentre as opções testadas, a configuração que melhor reproduz as observações ao longo do litoral, conta com espaçamento de grade horizontal de 1 km, turbulência parametrizada com a versão anisotrópica do esquema proposto por Smagorinsky e escala de tempo do relaxamento newtoniano de 12 h.

    Abstract in English:

    In the present work, a mesoscale atmospheric model was used for short-term wind forecast for applications on wind energy generation. Different spatial resolutions and parameterizations were tested, and the comparison among the simulations was based on a methodology, which uses a set of statistical indices and error indicators widely accepted in the Meteorology community when evaluating atmospheric models. Such methodology was utilized in order to choose the best options for horizontal grid spacing, turbulence parameterizations and nudging timescale when representing the wind field over the coast of Ceará State, in Northeast Brazil, in four days during the transition period between the dry and wet seasons. The tests reveal that, among the different options, the model setup, which reproduces better the observations along the coast is the one with a 1km grid spacing, using an anisotropic Smagorinsky-type turbulence scheme and Newtonian relation timescale of 12 h.
  • Influence of boundary conditions on the Southern Hemisphere atmospheric circulation during the last glacial maximum

    Justino, F.; Souza, E.; Amorim, M. C.; Dias, P. L. Silva; Lemos, C. F.

    Abstract in Portuguese:

    Com base em simulações numéricas conduzidas com condições de fronteiras características dos períodos glaciais e atual, demonstra-se que embora as maiores anomalias da topografia da Terra no período glacial estejam no Hemisfério Norte, esta inclusão dos blocos de gelo leva a substanciais mudanças na circulação atmosférica austral para aquela época, indicando uma forte teleconexão inter-hemisférica. Em associação com a redução nos níveis de carbono atmosférico para 200 ppm, anomalias de temperatura de -6°C em torno da região antártica, e -4°C no continente sul-americano são simuladas para o último máximo glacial (UMG) em relação a condições atuais. Concomitantemente, o UMG é caracterizado por uma drástica redução na umidade específica, que por sua vez intensifica o esfriamento inicial devido à mais fraca capacidade de estufa da atmosfera mais seca.

    Abstract in English:

    Based upon coupled climate simulations driven by present day and glacial boundary conditions, we demonstrate that although the ice sheet topography modifications during the glacial period are primarily placed in the Northern Hemisphere (NH), a climate simulation that employs the ICE-5G glacial topography delivers significantly enhanced climate anomalies in the Southern Hemisphere (SH) as well. These conditions, in association with climate anomalies produced by the modification of the atmospheric CO² concentration characteristic of the Last Glacial Maximum (LGM) interval, are shown to be the primary forcing of the SH climate during this epoch. Climate anomalies up to -6°C over the Antarctic region and -4°C over South America are predicted to occur in respect to present day conditions. Accompanying the SH cooling in the LGM simulation there exists a remarkable reduction in the specific humidity, which in turn enforces the overall Southern Hemisphere cooling due to the weaker greenhouse capacity of the dry atmosphere.
  • Identificação de regiões pluviometricamente homogêneas no Estado do Rio de Janeiro, utilizando-se valores mensais Artigos

    André, Romisio Geraldo Bouhid; Marques, Valdo da Silva; Pinheiro, Francisca Maria Alves; Ferraudo, Antonio Sergio

    Abstract in Portuguese:

    O objetivo deste trabalho é dar uma contribuição ao estudo das condições climáticas do Estado do Rio de Janeiro, visando a uma melhor Classificação Climática por meio da identificação de regiões homogêneas em precipitação. Para isto foram utilizadas médias mensais da precipitação de 48 estações meteorológicas, em um período de 30 anos (1971-2000). A análise hierárquica de agrupamento, a orografia e a proximidade do mar, mostraram que o Estado do Rio de Janeiro pode ser dividido, quanto à precipitação, em seis regiões pluviometricamente homogêneas o que possibilitou classificar as estações meteorológicas pelo método de classificação não hierárquica k-means. A região norte do Estado, com precipitações anuais em torno de 870 mm é a mais seca, e a região da encosta sul da Serra do Mar, com 2020 mm, é a mais chuvosa. Mas, em ambas as regiões, os valores da precipitação da estação chuvosa representam em torno de 70% dos totais anuais.

    Abstract in English:

    The aim of this work is to give a contribution to the study of climatic conditions for Rio de Janeiro State towards a better Climatic Classification by identifying homogeneous precipitation regions. Monthly mean rainfall for a period of thirty years (1971-2000), from 48 meteorological stations, were used. Cluster hierarchical analysis, orography and proximity to the ocean showed that Rio de Janeiro State could be divided into six homogeneous regions according to its rainfall distribution, which allowed the classification of meteorological stations by nonhierarchical K-means method. The north region of the State is the driest one, with annual rainfall around 870 mm. The south hillside of Serra do Mar is the wettest. In both regions, the precipitation during the rainy season represents around 70% of the total annual rainfall.
  • Escoamento atmosférico no Centro de Lançamento de Alcântara (CLA): parte I - aspectos observacionais Artigos

    Roballo, Suelen Trindade; Fisch, Gilberto

    Abstract in Portuguese:

    O escoamento atmosférico no Centro de Lançamento de Alcântara (CLA) foi investigado através de análises de perfis de vento, sendo os dados coletados através de sensores de direção e velocidade do vento, instalados em uma torre anemométrica (TA) (com 6 níveis de medidas em 6, 10, 16,3, 28,5, 43 e 70 m), no período de 1995-1999. Esta TA situa-se a 200 m da costa litorânea, que se apresenta na forma de uma falésia e está posicionada próximo à rampa de lançamento de foguetes. Um conjunto de dados adicional (anos de 2004-2005) foi também utilizado para as análises de validação. Os resultados mostraram que a velocidade de fricção (u*) foi igual a 0,32 ± 0,13 m/s (0,46 ± 0,11) para os meses de chuva (seco), enquanto que o parâmetro de rugosidade (z0) foi igual a 0,19 ± 0,32 (0,06 ± 0,05 m) para os meses de chuva (seco), mostrando a sazonalidade destes parâmetros. O expoente ± da velocidade potencial variou de 0,19 (julho) a 0,27 (março), decrescendo este valor com a altura tanto no período de chuvas, quanto no período seco. A validação dos valores de α, com dados de vento dos anos de 2004 e 2005, mostraram que, para o mês representativo da estação chuvosa (março), os valores estimados foram superiores aos observados na TA, devido à fraca condição de neutralidade. Para o mês seco, as velocidades calculadas e observadas foram muito próximas, uma vez que a velocidade do vento é forte (valor médio superior a 10 m/s), produzindo muita mistura turbulenta na forma mecânica e implicando em uma atmosfera neutra.

    Abstract in English:

    The atmospheric flow at the Alcantara Launching Center (CLA) was studied through analysis of the wind profile data measured during the period from 1995 to 1999 (considered as a control) at six levels (6, 10, 16.3, 28.5, 43 and 70 m) on an anemometric tower (TA), which is placed 200 m from the sea coast (50 m height cliff), near the rocket launching platform. Two additional years (2004-2005) data set were used for validation analysis. The results showed that the friction velocity (u*) was equal to 0.32 ± 0.13 m/s (0.46 ± 0.11 m/s) during the rainy (dry) period, while the roughness length (z0) was equal to 0.19 ± 0.32 m (0.06 ± 0.05 m) for the rainy (dry) period, thus showing the seasonality of these turbulence parameters. The exponent ± of the wind velocity Power Law varied from 0.19 (July) to 0.27 (March), presenting a decrease on the coefficient (α) with altitude. Using the data set from 2004-2005, for a typical rainy month (March), it was showed that the estimated velocities are greater than the measured ones, which was due to the weaker atmospheric neutrality conditions. However, for a dry month, the estimated and computed velocities were about the same, as the mechanical turbulence (wind speed) is higher than 10 m/s and thus implying a neutral atmosphere condition.
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