Dados de Entrada do PAFOG

Os dados de entrada do modelo PAFOG estão divididos em quatro partes:

PARTE 1: Dados geográficos, tipo e textura do solo, de vegetação e meteorológicos de superfície;

PARTE 2: Dados de nebulosidade baixa, média e alta em oitavos das últimas 24 horas para cálculos de radiação;

PARTE 3: Dados de radiossondagem (pressão atmosférica, temperatura do ar e ponto de orvalho) e o vento geostrófico acima da camada limite e

PARTE 4: Dados de temperatura (ºC) e conteúdo de umidade volumétrica (kg/m2) do solo em função da profundidade.

No geral, para as inicializações do modelo PAFOG foram usadas duas fontes, os perfis de radiossondagem observados e os perfis do modelo CFSR com resolução espacial de 0,5° x 0,5°. O modelo CFSR fornece dados de reanálise e de previsão com seis horas de antecedência. Os dados de reanálise do modelo CFSR não contêm informações de superfície (necessárias para as previsões com o modelo PAFOG), sendo necessário utilizar os dados de previsão do modelo CFSR para as inicializações das previsões de nevoeiro, pois esses dispõem de informações de superfície. Os dados de reanálise do modelo CFSR foram utilizados unicamente para suprir algumas informações necessárias para a execução das previsões com os dados de perfil observado, como detalhado mais adiante.

Na PARTE 1, os dados de vegetação não foram alterados devido a dificuldade em adquirir essas informações referentes às coberturas das regiões 1, 2 e 3 de nosso estudo. A influência da vegetação sobre a previsão de baixa visibilidade com o modelo PAFOG, na costa norte do Brasil, não responde bem ao tipo de vegetação, pois o principal mecanismo de formação de nevoeiros na costa Nordeste do Brasil resulta de vários processos dinâmico na atmosfera (Fedorova, 2015).

A inicialização do modelo requer algumas variáveis específicas que durante o levantamento de dados para a elaboração do trabalho não foram encontrados, e assim, os valores originais foram mantidos. A seguir são apresentadas as variáveis alteradas usadas como dados de entrada para o modelo PAFOG neste estudo:

3.5.1 Tipo de Solo

Os dados de solo usados foram dados climatológicos mensais do ano de 1987, que depois foram comparados com os de Pielke (1984). Para o aeroporto de Porto Alegre o tipo de solo foi o Argiloso, para o aeroporto de Confins foi o Solo Arenoso Argiloso, para o aeroporto de Salvador foi Solo Arenoso e para o de Recife Solo Siltoso Arenoso.

3.5.2 Velocidade vertical inicial acima da camada limite (m/s)

A altura da camada limite (ACL) é obtida usando as previsões (6 horas de antecedência) do modelo CFSR e é usada como referência para os testes do modelo PAFOG com dados de perfis observados e de perfis previstos pelo modelo CFSR. A velocidade vertical para o nível logo acima da ACL foi obtida a partir das previsões geradas pelo modelo CFSR. Para as inicializações com dados de perfis observados foram usados os dados de reanálise do modelo CFSR de 0,5° x 0,5° de resolução espacial para a obtenção da velocidade vertical, pois essa variável não é observada na rede observacional sinótica. Para as inicializações com os dados de previsão do modelo CFSR a velocidade vertical veio da mesma fonte. A dimensão física da velocidade vertical na previsão e na reanalise é Pascal por segundo (Pa/s) que deve ser transformada em metros por segundo (m/s) de acordo com a equação: 𝑤 = 1 𝑔[ 𝜕∅ 𝜕𝑡 + 𝑢 ( 𝜕∅ 𝜕𝑥)_𝑝+ 𝑣 ( 𝜕∅ 𝜕𝑦)_𝑝] − 𝜌𝑔𝜔 ₍₉₎

em que ∅ é o geopotencial, 𝜔 é a velocidade vertical isobárica, w a velocidade vertical e 𝜌 é a densidade do ar no topo da camada limite. Supondo-se que o vento seja aproximadamente geostrófico e o primeiro termo dentro do colchete seja suficientemente pequeno, a equação acima pode ser aproximada por:

𝑤 ≈ −𝜌𝑔𝜔 (10)

3.5.3 Tipo de aerossol

O modelo PAFOG permite a configuração de 4 tipos de aerossóis, sendo eles o rural, urbano, marítimo e troposférico; para todos os aeroportos, usou-se o tipo urbano, como mostradas na Figura 10.

Figura 11- Vistas aereas dos aeroportos de (a) Porto Alegre, (b) Confins, (c) Salvador e (d) Recife com os pontos mais altos aos seus arredores indicados pelos círculos vermelhos.

Fonte: Google earth, 2015.

3.5.4 Altura do ponto mais alto observado

Os pontos mais altos aos arredores dos aeroportos estão marcados com círculos vermelhos nas Figuras 11 (a), (b), (c) e (d). No aeroporto Salgado Filho (Porto Alegre) o ponto mais alto é de 49 metros, no aeroporto Tancredo Neves (Confins) é de 36 metros, no aeroporto Luís Eduardo Magalhães (Salvador) é de 2 metros e no aeroporto Gilberto Freyre (Recife) é de 71 metros.

3.5.5 Vento geostrófico acima da camada limite (m/s)

A altura da camada limite foi a mesma usada para a especificação do movimento vertical. O vento geostrófico foi calculado na camada logo acima da ACL, através da equação contida em Vianello e Alves (2012), mostrada a seguir:

(𝑢_𝑔, 𝑣_𝑔) =1 𝑓(− 𝜕∅ 𝜕𝑦, 𝜕∅ 𝜕𝑥) (11)

em que 𝑓 é o parâmetro de Corilis referente à latitude dos aeroportos em questão.

(a) (b)

3.5.6 Temperatura na superfície (°C), Temperatura a 2m (°C) e Ponto de Orvalho na superfície (°C)

Para as inicializações com os dados de perfis observados, a temperatura e o ponto de orvalho ambos na superfície foram utilizados. Como os perfis observados não contém a temperatura a 2 metros de altura, essa foi feita igual à temperatura da superfície, criando-se assim uma rasa camada isotérmica Vianello e Alves (2012).

Nas inicializações com as previsões do modelo CFSR, foi feita a extrapolação do ponto de orvalho a dois metros para a superfície (pois o modelo não fornece ponto de orvalho na superfície). No caso em que o ponto de orvalho a dois metros foi maior que a temperatura na superfície, esse é feito igual a temperatura na superfície (atmosfera saturada com umidade relativa igual a 100%).

3.5.7 Pressão na superfície (hPa)

Para as previsões com o modelo PAFOG com os dados observados, foi usada a pressão do perfil em detrimento daquela fornecida pela mensagem METAR. Para as previsões com os dados do modelo CFSR foi usada a pressão da mesma fonte (modelo CFSR).

3.5.8 Umidade Relativa (%) e Visibilidade Observada (m)

No caso de previsões feitas com perfis observados, foi usada a umidade relativa na superfície do próprio perfil, enquanto que para as previsões utilizando perfis do modelo CFSR (depois da extrapolação do ponto de orvalho de dois metros para a superfície), a umidade relativa nesse nível foi calculada de acordo a equação do Vianello e Alves (2012):

𝑈𝑟 ≅𝑒 𝑒𝑠

× 100 [%] (12)

em que, 𝑒 e 𝑒_𝑠 são a pressão de vapor real e a pressão de vapor de saturação, calculadas através da formulação de Tetens, com os parâmetros ajustados por Alduchov e Eskridge, isto é:

𝑒, 𝑒_𝑠 = 6,1121 × 𝑒𝑥𝑝 ( 22,587 𝑡 273,86 + 𝑡 )

(13)

em que t é a temperatura do ar (para o cálculo de e) e t é o do ponto de orvalho (para o calculo de es), ambas expressas em graus Celsius; e e es são dados em hPa.

O valor da visibilidade observada no modelo PAFOG é definido por default igual a - 9999. Apenas é colocado o valor da visibilidade observada na EMS dos aeroportos (contido no METAR) quando no momento da inicialização esta ocorrendo nevoeiro, ou seja, valor de visibilidade inferior a 1 km Varejão-Silva (2000), Tubelis-Nascimento (1983) e INMET (1999).

3.5.9 Cobertura das nuvens baixas, médias, altas (oitavos) e altura da base (m)

Os dados de cobertura de nuvens foram obtidos através das informações METAR, que inclui a altura da nuvem (em pés) e a cobertura do céu (em oitavos). Foram utilizadas as informações das alturas das nuvens contidas em Fedorova (2001), mostradas no Quadro 4. O dado de cobertura de nuvem utilizado no modelo PAFOG refere-se ao instante da inicialização e a 24 horas antes.

Quadro 5- Altura das camadas superior, média e inferior de nuvem.

Camadas Regiões Polares Regiões Temperadas Regiões Tropicais Superior de 3 a 8 Km de 5 a 13 Km de 6 a 18 Km Média de 2 a 4 Km de 2 a 7 Km de 2 a 8 Km Inferior Da superficie da terra a 2 Km da superfície da terra a 2 Km da superfície da terra a 2 Km Fonte: Fedorova (2001)

3.5.10 Nível mais alto do nevoeiro (m) e nível mais alto do estratos (m)

Aparentemente não existe nenhum estudo no Brasil, onde são apresentados os níveis mais altos atingidos por nevoeiros e nuvens estratiformes; sendo assim, esses níveis são mantidos em 400 metros (nível mais alto para nevoeiros) e 1.500 metros (nível mais alto para nuvens estratus).

3.5.11 Perfis verticais

Para a inicialização do modelo PAFOG são necessários os níveis de pressão (hPa), altura geopotencial (m) correspondente a cada nível de pressão, temperatura (°C) e ponto de orvalho (°C) para cada nível isobárico, como na mensagem TEMP. Nesse caso os perfis observados são usados diretamente na inicialização, sem nenhum cálculo adicional. No

entanto, no caso de perfis gerados pelo modelo CFSR, torna-se necessário calcular o ponto de orvalho em cada nível isobárico, através da equação contida em Vianello e Alves (2012):

Para 𝑡 ≥ 0°C, 𝑇_𝑑 = 237,3 ( 𝑙𝑜𝑔10𝑈𝑟+_{237,3 + 𝑡 )}7,5 𝑡 7,5 − 𝑙𝑜𝑔₁₀𝑈_𝑟−_{237,3 + 𝑡}7,5 𝑡 (14) Para 𝑡 ≤ 0°C, 𝑇𝑑 = 243,33 ( 𝑙𝑜𝑔₁₀𝑈_𝑟+_{243,33 + 𝑡 )}7,665 𝑡 7,665 − 𝑙𝑜𝑔₁₀𝑈_𝑟−_{243,33 + 𝑡}7,665 𝑡 (15)

em que Td é a temperatura do ponto de orvalho (°C), Ur é a umidade relativa (não em percentagem) e t é a temperatura do ar (°C).