A qualidade do tratamento das bordas em modelos de área limitada é muito importante para que se obtenha resultados satisfatórios nas previsões, e uma boa parte dos erros encontrados em modelos regionais geralmente estão associados com condições de contorno. Devido a este fato, fez-se neste estudo, uma avaliação detalhada das condições de fronteira procurando com isso encontrar respostas para alguns tipos de erros encontrados nos resultados obtidos a partir do aninhamento.
Para avaliar a performance das versões para dois pontos próximos à borda, comparou-se as saídas horárias das versões com as análicomparou-ses do NCEP e dados obcomparou-servados. A figura 4.35a mostra a evolução temporal da PNMM para um ponto próximo a borda sul (Montevidéu). Pode-se observar que as pressões em Montevidéu estão em elevação até as primeiras 36 horas, e que a partir desse horário passa a se manter quase que constante em torno de 1020 hPa. Esse comportamento também é observado nas análises do NCEP, porém com valores relativamente superiores, principalmente no período em que ocorre a elevação na pressão. Observa-se também que nas primeiras 6 horas as versões dos modelos estão em fase de ajustamento. Nota-se superestimativas, principalmente das versões aninhadas e nas versões operacional. As configurações rodadas com as condições do modelo global apresentaram resultados bastante próximos aos das análises e observações. Já as versões aninhadas apresentaram comportamento muito semelhante ao modelo que lhe forneceu as condições de contorno, indicando a forte influência que a borda exerce sobre as previsões.
durante o período estudado, superestimativas por parte das versões aninhadas, no entanto a versão que fornece as condições de contorno indica valores inferiores de pressão, porém com resultados próximos aos das análises e observações. Nota-se também que as cinco versões conseguiram prever razoavelmente as fases das ondas, juntamente com suas tendências.
(a) (b)
Fig. 4.35 - Evolução temporal da PNMM próximo a borda sul (Montevidéu) (a), e borda borda norte (Goiânia) (b).
A análise de dois pontos próximos à borda indicou que embora as condições de contorno tenham os mesmos padrões de oscilações, os valores de pressão na fronteira dos modelos aninhados foram superestimados. Visto que dois pontos próximos à borda não sejam suficientes para a obtenção de uma conclusão clara a respeito do que pode estar afetando o interior do domínio, optou-se por um estudo mais minucioso procurando avaliar todos os pontos ao longo da borda.
A avaliação da fronteira dos modelos consistiu em retirar todos os pontos ao longo das bordas norte, sul, leste, oeste em todo o domínio, calculando médias espaciais sobre os pontos das bordas para cada intervalo de tempo de 6 horas.
A figura 4.36 mostra a evolução temporal da PNMM sobre as bordas das quatro direções, para as cinco versões em estudo. Nota-se que no geral a PNMM nos modelos aninhados apresenta valores ligeiramente superiores às outras versões, principalmente
nos últimos três horários de previsão. A contribuição dos erros em cada direção está discriminada na figura 4.37.
Fig. 4.36 - Evolução temporal das médias da PNMM ao longo de toda borda das versões reduzidas.
No caso da borda norte (figura 4.38a), os resultados são muito similares aos apresentados para um ponto próximo à borda norte, ou seja, superestimativas por parte dos modelos aninhados e subestimativas nos resultados das versões rodadas com as condições de contorno do modelo global.
A figura 4.38b mostra os resultados referentes à borda leste de cada experimento, neste caso a PNMM apresenta uma queda nas primeiras 42 horas de integração e em seguida a PNMM sofre um acentuado aumento, isso se deve a passagem do centro de baixa pressão seguido pela alta da retaguarda da frente que atravessam a região da borda leste do domínio. Observam-se padrões semelhantes entre as versões durante todo o período, exceto para a versão F40km_38Lo nos horários de 36, 42 e 48 horas. Nota-se também que os experimentos com alta resolução tendem a acompanhar o comportamento das
análises. Através deste gráfico pode-se verificar que a borda leste por estar em quase sua maioria sobre o Oceano Atlântico apresentou resultados satisfatórios.
Na borda oeste (figura 4.38c), apresenta um acentuado acréscimo na pressão nas primeiras 12 horas, cerca de 10 hPa, no restante do período a PNMM manteve-se constante com ligeiro declínio nas últimas horas. Nesta situação as versões aninhadas apresentaram resultados muito próximos aos das análises, enquanto que as versões rodadas a partir das previsões do global não tiveram menor performance.
A figura 4.38d mostra os resultados referentes a borda sul, observa-se que a PNMM apresenta um ligeiro declínio durante o período de integração, principalmente devido ao centro de baixa pressão do sistema frontal estar configurado sobre a borda em quase todo o período. Nota-se que nas primeiras 24 horas as cinco versões apresentaram resultados semelhantes às análises, no entanto no restante do período somente os experimentos rodados com o modelos global apresentaram resultados próximos aos das análises, sendo que as versões aninhadas e a configuração F40km_38Lo indicaram fortes superestimativas.
Avaliações mensais realizadas para o modelo Eta operacional (Figura 4.37) têm mostrado um erro sistemático que ocorre principalmente na porção sudeste do domínio, justamente a região onde se encontra a borda do domínio reduzido, esses erros tendem a amplificar à medida que aumenta o prazo de previsão. Nota-se que a tendência em superestimar a pressão nas avaliações mensais do modelo Eta operacional começa a se caracterizar a partir de 30 horas, chegando a atingir cerca de 5 hPa acima da análise. As versões aninhadas apresentam fortes tendências em superestimar os valores de pressão, chegando a valores de 7 hPa superior a análise. A grande divergência entre os modelos aninhados e as análises pode estar associado ao fato do modelo já apresentar um erro sistemático na forma de uma tendência em superestimar, e com isso os erros amplificam-se no aninhamento.
Eta2d (24h) (a) Eta2d (48h) (b) Eta2d (72h) (c) cptec(24h) (d) cptec(48h) (e) cptec(72h) (f)
Fig. 4.37 - Bias (sombreado) e RMS (linhas) de pressão ao nível médio do mar para o mês abril 1999, (a), (b) e (c) se referem às previsões do modelo Eta operacional de 24, 48 e 72 horas, respectivamente, enquanto que (d), (e) e (f) se referem às previsões do modelo global do CPTEC de 24, 48 e 72 horas.
(a) (b)
(c) (d)
Fig. 4.38 - Evolução temporal das médias da PNMM válidas para os pontos ao longo das bordas norte (a), leste (b), oeste (c) e sul (d).
Devido às diferenças entre as versões aninhadas e operacional, apresentadas na figura 4.38d, optou-se por uma avaliação mais detalhada da borda sul. Para realizar esta averiguação, foi necessário retirar somente o ponto mais externo do domínio sobre todos os pontos da borda em todos os tempos. Esse procedimento foi realizado para as versões com alta resolução, já os resultados referentes à configuração F40km_38Lo e análises foram obtidos retirando os pontos mais próximos aos da região onde está localizada a borda sul das versões reduzidas.
A figura 4.39a mostra o diagrama longitude x tempo de PNMM das análises para os pontos ao longo da borda sul do domínio reduzido. Observa-se a presença de um centro de alta pressão sobre o continente, que com o passar do tempo se desintensifica. Sobre o Oceano, no início da integração nota-se regiões de baixas pressões e à medida que aumenta o prazo de previsão ocorre uma intensificação no centro de baixa pressão. Os sistemas que atuaram durante as 60 horas sobre as regiões próximas à borda sul das configurações reduzidas apresentaram apenas um ligeiro deslocamento para leste.
A seção temporal dos pontos próximos à borda sul dos modelos reduzidos na configuração de F40km_38Lo (figura 4.39b) mostra que sobre o continente os resultados foram satisfatórios quando comparado com as análises, desintensificando a alta pressão e apresentando um ligeiro deslocamento para leste no sistema. Enquanto que sobre o oceano as pressões mostraram um considerável deslocamento dos sistemas para leste e desintensificação do centro de baixa pressão.
As figuras 4.39c e 4.39e mostram as pressões referentes às versões reduzidas de alta resolução rodada com previsões do modelo global. Os resultados entre as versões de domínio reduzido são extremamente semelhantes, pois as condições de contorno são as mesmas para as duas versões. Assim como nas análises, os sistemas que atuam sobre os pontos da borda são quase-estacionários, sendo que a alta sobre o continente se desintensifica enquanto que a baixa sobre oceano se intensifica. Os resultados desta avaliação confirmam as semelhanças que existem entre as análises e as previsões das versões rodadas a partir do global, já apresentadas na figura 4.38d.
Os resultados referentes aos modelos aninhados (figura 4.39d e 4.39g), comprovam a forte dependência do modelo que fornece as condições de contorno. Pode-se observar que nas primeiras 24 horas, sobre o continente, os resultados são razoáveis, tanto em posição quanto em intensidade. No restante do período apresenta tendência em superestimar e deslocar os sistemas para leste mais rapidamente. Sobre o oceano, embora não tenha topografia que eventualmente poderia acarretar erros, os resultados encontrados são diferentes dos apresentados nas análises mas bastantes semelhantes aos obtidos pelo F40km_38Lo, ou seja, a velocidade de deslocamento dos sistemas e desintensificação do centro de baixa pressão.
A avaliação das bordas mostrou que as condições de contorno foram bem tratadas, uma vez que os resultados apresentados pelos modelos de alta resolução rodados a partir do modelo global indicaram resultados bastante próximos aos valores das análises. As tendências em superestimar os valores de PNMM, principalmente na porção sudeste, ocorrem devido às condições de contorno, que estão sendo assimiladas pelos modelos aninhados, já estarem superestimadas.
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Fig. 4.39 - Diagrama de longitude por tempo da PNMM ao longo da borda sul, para (a) análises do NCEP, (b) F40km_38Lo, (c) F20km_38L, (d) 20km_38La, (e) F20km_50L e (f) 20km_38La.
Na tentativa de verificar como as condições de contorno na borda sul afetavam o interior do domínio, retirou-se 1 fileira de 10 pontos para o interior do domínio nas versões reduzidas e em regiões equivalente para as análises do NCEP e versão operacional do Eta (F40km_38Lo). As figuras 4.40 (a-b-c-d-e-f) mostram que as condições de contorno estão sendo assimiladas de maneira correta para o interior do domínio, ou seja, as versões rodadas a partir do modelo global mantêm o padrão estacionário dos centros de pressão e suas magnitudes, enquanto que as versões aninhadas deslocam os sistemas e superestimam os valores de pressão.
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Fig. 4.40 - Diagrama de longitude por tempo da PNMM 10 pontos para dentro do domínio, para (a) análises do NCEP, (b) F40km_38Lo, (c) F20km_38L, (d) 20km_38La, (e) F20km_50L e (f) 20km_38La.