Nas previsões numéricas foram considerados pontos de observações somente onde existiam observações de superfície, em seguida, diferenças entre os pontos extraídos do modelo e dados observados foram efetuadas para os horários sinóticos (00Z, 06Z, 12Z e 18Z) e dividos em 3 classes: diferenças entre -1 e 1 no campo de temperatura e pressão são consideradas como acertos, diferenças maiores que 1 são considerados como superestimativas e diferenças menores que -1 são consideradas como subestimativas.
Os resultados obtidos a partir desse procedimento são apresentados na figura 4.5, que mostra a evolução temporal da percentagem de acertos (diferenças entre -1 e 1) da
pressão ao nível médio do mar, nas quatro diferentes configurações. Nesta figura observa-se que nas primeiras 24 horas de integração todas as configurações apresentam comportamento bastante semelhante, com percentagens de acertos em torno de 35 a 45%, aproximadamente. Esta semelhança pode ser explicada pela influência que a condição inicial exerce nas primeiras horas de simulação. Nos horários posteriores as configurações com 20 quilômetros na horizontal, em geral, apresentam melhores resultados, principalmente a configuração de 20km_38L, chegando a atingir índices de acertos em torno de 60%. A configuração 40km_38Lo foi a que apresentou resultados com menores índices de acertos, isso se deve ao fato da região onde foram efetuados os cálculos estar relativamente distante das fronteiras do domínio estendido. A configuração 20km_50L, embora tenha maior detalhamento na vertical, neste caso, não apresentou resultados esperados, pois somente em 42 horas de simulação os índices de acertos foram superiores a da configuração de 20km_38L.
Fig. 4.5 - Percentagem de acertos (diferenças entre -1 e 1 hPa) para pressão ao nível médio do mar sobre o domínio reduzido.
De acordo com a figura 4.6 (a e b), que indicam os valores de subestimativas e superestimativas, a configuração que apresentou as maiores percentagens de subestimativas foi a 20km_50L, enquanto que as configurações de 40 quilômetros e 38 níveis apresentaram as maiores percentagens de superestimativas.
(a) (b)
Fig. 4.6 - (a) Percentagem de subestimativas (diferenças menores que -1 hPa); (b) Percentagem de superestimativas (diferenças maiores que 1 hPa); para pressão ao nível médio do mar sobre o domínio reduzido.
Utilizando o prazo de 60 horas de simulação, foi obtida uma distribuição espacial dos acertos (vermelho), subestimativa (verde) e superestimativas (azul) para as quatro diferentes resoluções apresentadas nas figuras 4.7 (a, b, c, d). Através destas figuras pode-se observar a tendência maior de superestimar os valores de pressão na configuração 40km_38Lo, principalmente sobre o Uruguai, Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Paraná, enquanto que 40km_38Lr melhora consideravelmente (cerca de 10%), apesar de ainda manter superestimativas na parte sul do domínio. A configuração 20km_38L apresenta os melhores índices de acertos (cerca de 60%), sendo que as melhorias ocorreram, principalmente, na parte sul do domínio, onde a topografia não é muito acentuada. A configuração de 20km_50L embora tenha maior resolução vertical apresentou resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pela 20km_38L.
As melhorias apresentadas na versão 40km_38Lr estão associadas ao fato das condições de contorno alimentadas pela análise estarem próximas a região do estudo, já na versão 40km_38Lo as bordas encontram-se bastante afastadas da região de interesse.
O melhor desempenho da versão 20km_38L em relação à 20km_50L, pode estar associado aos erros introduzidos durante a interpolação na vertical, uma vez que na versão 20km_50L necessita-se gerar 50 níveis a partir de 28 fornecidos pelo modelo global. Já no caso da 20km_38L, o número de interpolações é reduzido.
(a) (b)
(c) (d)
Fig.4.7 - Distribuição espacial das percentagens de acertos (vermelho), subestimativas (verde) e superestimativas (azul) da pressão ao nível do mar em 60 horas de simulação.
Devido a escassez de alguns tipos de dados meteorológicos, optou-se neste estudo em fazer uso das análises do NCEP para avaliar a performance das versões utilizadas. O procedimento aplicado nesta validação foi primeiramente degradar-se a resolução das configurações, de tal forma que ficassem na mesma resolução das análise, ou seja, 200 km. Tendo as análises e as simulações na mesma resolução, diferenças entre as simulações e análises foram calculadas para os horários sinóticos durante o período estudado, juntamente com seus respectivos erros quadráticos médios.
As diferenças entre as simulações e análises e o RMS foram calculados para todos os horários sinóticos, com isso foi obtida uma evolução temporal dos erros. Esta estatística é válida para todo o domínio.
A evolução temporal do RMS da pressão ao nível do mar (figura 4.8) indica comportamentos semelhantes nas primeiras 24 horas para todas configurações, no entanto no restante da integração as configurações com 40 km apresentam consideráveis discordâncias com as análise, enquanto que as de 20 km apresentam uma evolução temporal com poucas variações, entre 1 a 1.5 hPa, em quase todo o período de integração, sendo que os melhores resultados, foram obtidos principalmente pela versão 20km_38L. Uma avaliação da distribuição espacial das diferenças (mostrada apenas para 48 horas de integração) mostrou que todas as versões enfraqueceram os sistemas que atuavam sobre o domínio nas primeiras 24 horas de simulação. No restante do período as versões com 20 km melhoraram significativamente as regiões sobre o continente e minimizaram os erros sobre a porção sudoeste do domínio dos modelos reduzidos.
Fig. 4.8 - Evolução temporal do RMS da pressão ao nível médio do mar calculado sobre todo o domínio reduzido
A figura 4.9a, referente a 40km_38Lo, indica erros da PNMM em torno de 4 hPa sobre o litoral Sul, já na parte sudeste do domínio os erros cometidos pela simulação foram muito elevados, chegando a atingir cerca de 14 hPa, coincidindo com o local da ciclogênese. A configuração de 40km_38Lr (figura 4.9b) aparentemente mantém resultados muito similares a versão operacional. Já as versões de 20 km (figuras 4.9c e 4.9d) apresentaram erros de pequena magnitude sobre o continente, exceto sobre a divisa de Minas Gerais com Espírito Santo e Rio de Janeiro, onde os valores de topografia foram elevados nesta configuração, e os erros chegaram a atingir -3 hPa. Os erros que ocorrem na porção sudeste do domínio, sobre o oceano Atlântico, foram minimizados consideravelmente na versão de 20 km, provavelmente devido a maior resolução horizontal.
(a) (b)
(c) (d)
Fig. 4.9 - Distribuição espacial das diferenças entre simulações de 48 horas do eta e análises do NCEP, para as quatro diferentes configurações.
A análise da evolução temporal do geopotencial em 500 hPa ( figura 4.10) mostra que nas primeiras 30 horas de simulação, as versões com domínio reduzido apresentam comportamentos semelhantes e RMS quase constante em torno de 6 mgp. No restante do período o padrão se manteve, porém a versão de 20km_38L foi a que apresentou RMS com valores menores. Nota-se também que a configuração 40km_38Lo apresentou os maiores valores de RMS durante todo o período estudado.
Fig. 4.10 - Evolução temporal do RMS de Geopotencial em 500 hPa calculado sobre todo o domínio reduzido.
A seguir será apresentada uma avaliação pontual dos resultados obtidos pelas quatro diferentes configurações. Esta avaliação consiste em comparar as simulações das versões do Eta, em “grid history”, com séries temporais de estações meteorológicas e com as análises do NCEP em pontos de grade. O procedimento usado neste tópico foi obter diferenças entre as simulações dos modelos com dados observados e análises, durante todo o período de integração em intervalos a cada 6 horas, juntamente com os seus respectivos desvios quadráticos médios (RMS). Os pontos escolhidos para a avaliação foram em localidades onde as estações meteorológicas apresentassem uma maior quantidade de observações no decorrer do período de integração.
As figuras 4.11 a, b,c, d mostram a evolução temporal de pressão ao nível do mar, obtidos a partir de observações e análises, para as localidades de Buenos Aires, Montevideu, Porto Alegre e Florianópolis, respectivamente. Esta comparação é mostrada para que se conheça o comportamento das observações e das análises antes de se avaliar os erros de simulações, tem-se portanto a magnitude do erro das análises e dos erros das simulações.
Para Buenos Aires, pode-se observar que o comportamento dos dados observados concorda com as análises, indicando com isso que as análises foram construídas corretamente para essa região. Nota-se também que em vários horários os valores são bastante próximos, sendo que em todo período apresentado as diferenças entre as observações e as análises não chegaram a atingir 1 hPa. No caso de Montevideu nota-se que as análises foram construídas superestimando os valores observados, principalmente nas primeiras 36 horas do período estudado, onde as diferenças chegaram a atingir 3 hPa. No restante do período essas diferenças diminuíram consideravelmente. Em Porto Alegre a evolução temporal indica um considerável aumento da pressão durante o período estudado, chegando a atingir quase 13 hPa num intervalo de tempo de 60 horas, isto indica o estabelecimento da alta pós frontal da região. Nota-se que neste caso as análises foram construídas subestimado os valores de pressão em quase todo o período, sendo que na análise das 18 UTC o valor máximo do erro da análise chegou a 4 hPa. Em Florianópolis os valores de observações são inferiores às análises em todo período estudado, sendo que o horário em que se verifica as maiores diferenças é o do dia 17 às 18 UTC, com diferenças chegando a atingir 3 hPa.
(a) (b)
(c) (d)
Fig. 4.11 - Evolução temporal da pressão ao nível médio do mar, obtidos a partir de análises(vermelho) e observações (azul) para as localidades de Buenos Aires(a), Montevideo(b), Porto Alegre(c) e Florianópolis(d).
As figuras 4.12(a) e 4.12(b) mostram a evolução temporal dos erros de simulação para a cidade de Buenos Aires, obtidos a partir de diferenças entre simulações e os dados observados e as análises, respectivamente. Pode-se observar que todas as configurações apresentam comportamentos semelhantes nas primeiras 30 horas de integração, com tendências em superestimar os valores de pressão. No restante do período de integração observa-se que as configurações com 20 km apresentam evolução temporal semelhante, o mesmo acontece com as resoluções de 40 km, sendo que, os de 20 km tendem a diminuir os erros, enquanto que os de 40 km mantêm ligeiramente constante, porém com erros sempre maiores. Em geral as configurações, exceto em 54 horas,
apresentaram tendências em superestimar os valores de pressão. Nota-se também que os melhores resultados apresentados estão associados as configurações de 20 km, principalmente a de 20km_50L que obteve os menores valores de RMS (0.93 hPa usado análise e 1.07 hPa usando dados observados). Essas considerações são válidas tanto para as diferenças utilizando dados observados, quanto para aquelas usando as análises, isso se deve a semelhanças que existem entre as observações e análises. Ainda nestas figuras podemos observar que as avaliações realizadas com as análises do NCEP apresentam RMS ligeiramente menores para a configuração de 20km, enquanto que os de 40 km os menores RMS são obtidos usando dados observados.
(a) (b)
Fig. 4.12 - Evolução temporal dos erros de simulação da pressão ao nível médio do mar e RMS calculado para todo o período, valido para Buenos Aires, Agentina. A evolução temporal dos erros de previsão obtidos a partir de dados observados e análise, figuras 4.13(a) e 4.13(b) respectivamente, válida para Montevideo indicam comportamentos similares para as quatro configurações nas primeiras 24 horas de integração. A tendência preponderante no período de integração foi a superestimativa por parte das versões de 40 km, principalmente a partir de 24 horas de integração. Após as primeiras 24 horas de integração, as configurações com 20 km apresentaram tendência a diminuir os erros com o avanço do prazo de previsão, exceto em 42 horas de integração. Essas características relatadas acima são atribuídas tanto para avaliação com dados, quanto usando análise. Observa-se na figura 4.13(a) uma certa constância nos
erros com os observados para as configurações de 40 km, o mesmo não acontece quando as diferenças foram obtidas com análises, quando se nota uma maior variabilidade. As configurações com 20 km foram as que melhor representaram a evolução temporal para esta localidade, principalmente a de 20km_50L, que apresentou RMS de 0.81 hPa(análise) e 1.85 hPa (dados observados). Os menores valores de RMS foram encontrados nas verificações realizadas com as análises.
(a) (b)
Fig. 4.13 - Evolução temporal dos erros de simulação da pressão ao nível médio do mar e RMS calculado para todo o período, valido para Montevideo , Uruguai. No caso de Porto Alegre nota-se que quando se avalia com relação às observações (figura 4.14a), as quatro configurações nas primeiras 24 horas de integração apresentam comportamentos semelhantes, oscilando entre superestimativas e subestimativas. No restante do prazo de integração as configurações com domínio reduzido tiveram evoluções relativamente similares, enquanto que a versão operacional distanciou-se bastante e por conseqüência tendo erros em torno de 2.5 hPa. A configuração que apresentou a melhor performance foi a de 20km_38L com RMS de 1.3 hPa. Analisando as diferenças em relação às análises (figura 4.14b) observa-se superestimativas por parte das configurações, principalmente as de 40 km na horizontal. Observa-se também, em 36 horas, uma acentuada queda na performance dos modelos, ocasionando diferenças que chegaram a atingir cerca de quase 8 hPa na versão 40km_38Lo. A versão de
20km_50L apresentou bons resultados, execto nos horários de 12 e 36 horas, sendo que o RMS não chegou ultrapassar 1.5 hPa.
(a) (b)
Fig. 4.14 - Evolução temporal dos erros de simulação da pressão ao nível médio do mar e RMS calculado para todo o período, valido para Porto Alegre, Brasil A avaliação para Florianópolis, levando em conta as observações (figura 4.15a) mostra que existe tendência em superestimar os valores de pressão nas versões de 40 km na maior parte do período de integração, enquanto que as de 20km tendem a subestimar. As resoluções com 20 km apresentaram os melhores resultados no decorrer da integração, com RMS em torno de 1.3 hPa. Avaliando os resultados obtidos a partir das análises (figura 4.15b), nota-se tendências em subestimar os resultados nas primeiras 24 horas em todas as versões, no restante do período as versões com 20 km mantêm as características de subestimativa, porém enquanto que as de 40km tendem a superestimar.
(a) (b)
Fig. 4.15 - Evolução temporal dos erros de simulação da pressão ao nível médio do mar e RMS calculado para todo o período, valido para Florianópolis, Brasil.
No geral, os resultados apresentados mostram melhorias significativas nas previsões dos modelos configurados com 20 km na horizontal, principalmente após as primeiras 24 horas de integração. Nas localidades de Buenos Aires e Montevideo, regiões situadas próximas à borda sul do domínio reduzido, as magnitudes dos erros para as versões com 20 km foram menores quando verificadas com as análises, enquanto que Porto Alegre e Florianópolis, localizadas no interior do domínio, os menores erros foram verificados nas avaliações com observações. Este fato demonstra a forte dependência que as condições de contorno exercem sobre as simulações, principalmente nas versões com resolução de 20 km. A análise das figuras 4.11 (a) e (b), juntamente com a performance das quatro diferentes configurações (figuras 4.12 e 4.13 (a) e (b)) mostram que os erros de simulação podem ser decorrentes dos erros já inseridos nas análises, ou seja, as menores magnitudes de erros e os valores mais baixos de RMS estão associados a localidade de Buenos Aires, que apresentou boa concordância entre as observações e as análises. Já Montevideo que apresentou diferenças consideráveis entre observação e análises, chegando a atingir aproximadamente 3.5 hPa, obteve os maiores erros de previsão e RMS.