Modelo de PNT CPTEC/INPE

Devido ao fato dos modelos empíricos de correção troposférica utilizarem em sua modelagem dados de estações concentradas no hemisfério Norte, não sendo ideais para regiões localizadas no hemisfério Sul, as previsões dos valores do ZTD, geradas por modelos de Previsão Numérica de Tempo (PNT), estão sendo

cada vez mais investigadas e avaliadas pela comunidade científica (SAPUCCI et al.,

2006; GOUVEIA, 2013; ALVES et al., 2015; GOUVEIA, 2019).

Um modelo de PNT é uma malha que contém informações sobre previsões de dados meteorológicos como: temperatura, pressão e umidade (ponto de orvalho), para diversos níveis verticais, desse modo, considera as variações climáticas regionais e temporais. Essas informações podem ser utilizadas para estimar a distribuição espacial de ZTD, nos mesmos intervalos de tempo em que o modelo numérico gera as previsões. Podem ser estimados valores de ZTD para todos os pontos de uma grade, obtendo-se assim uma malha, que pode ser interpolada para gerar previsões de ZTD em qualquer outro ponto dentro dessa grade (CPTEC, 2017). A PNT utiliza o princípio de que, conhecendo-se as leis de evolução do estado da atmosfera, pode-se calcular o seu estado futuro no instante ݐ, contanto

que seja conhecido o seu estado inicial no instante ݐ_଴ (RICHARDSON, 1922 apud

Os valores previstos de ZWD podem ser obtidos ao aplicar os perfis de temperatura e razão de mistura, fornecidos pelo modelo de PNT. As previsões do ZHD são obtidas utilizando os valores de pressão atmosférica na superfície, também previstos pelo modelo, e as coordenadas do ponto. Somando os valores de ZWD e ZHD obtêm-se as previsões do ZTD para esse ponto. Fazendo-se isso para todos os pontos da grade do modelo, obtém-se uma malha de informações que contém a distribuição espacial dessa variável. Interpolando essa malha, é possível obter estimativas do ZTD para qualquer outro ponto na abrangência da grade e, a partir desses valores, analisar a variabilidade sazonal dessa quantidade na América do Sul (SAPUCCI, 2006; GOUVEIA, 2019).

A precisão com que a atmosfera é modelada e definida no instante ݐ_଴ está

intrinsicamente relacionada à qualidade das previsões futuras. As leis da mecânica e da termodinâmica são empregadas para a água e o ar presentes na atmosfera. Desse modo, também são considerados a influência do sistema climático, a esfericidade da Terra, os raios solares, o relevo, os oceanos, a vegetação, etc (DE OLIVEIRA, 2013).

Entretanto, a complexidade dos modelos para a obtenção das previsões é elevada e exige alta capacidade computacional (SAPUCCI, 2006). À vista disso, o CPTEC adquiriu um novo supercomputador (CRAY XT6), através do qual será possível melhorar a resolução espacial dos modelos de previsão de tempo, de clima sazonal, ambiental (qualidade do ar) e de projeções de cenários de mudanças climáticas (CPTEC, 2017).

Em 2012, o Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), disponibilizou uma versão da modelagem de PNT denominada Eta15km, com resolução horizontal de 15 km e 22 níveis verticais. Esse modelo fornecia previsões de dados meteorológicos num intervalo temporal de três horas, sendo oito previsões por dia. Para as regiões da América do Sul, essa modelagem encontrava-se operacional no CPTEC/INPE, e era disponibilizada em: http://satelite.cptec.inpe.br/htmldocs/ztd/zenital.htm (SAPUCCI et

al, 2006; DE ABREU et al., 2014). Porém, atualmente o produto não está

operacional, pois está sendo atualizado para o novo modelo de PNT, o Weather

Research and Forecasting (WRF), que se encontra em fase de testes e

O WRF é um modelo de PNT que possui um sistema de assimilação de

dados próprio, o Weather Research and Forecasting model Data Assimilation

(WRFDA), capaz de produzir condições iniciais do modelo de previsão (GOUVEIA, 2019). Esse modelo é utilizado em centros operacionais de previsão de tempo e em pesquisas para o estudo da atmosfera. Seu sistema de assimilação de dados pode ser alimentado por uma série de tipos de observações a fim de encontrar as condições iniciais ideais, possibilitando-o reproduzir a estrutura termo-hidrodinâmica

da atmosfera com boa precisão (SKAMAROCK et al., 2008; GUVEIA, 2019).

O WRF tornou-se operacional no CPTEC/INPE em 01 de agosto de 2018, para a América do Sul. Ele pode ser configurado para uma região específica, por meio de parametrizações físicas da atmosfera, o que o torna um modelo regional. A versão operacional das previsões do WRF regional tem resolução horizontal de 5 km (0,045º), vertical de 25 níveis e temporal de 1h (previsão de até 72 horas) as quais

são obtidas a partir de duas análises diárias (00h e 12h UTC) (SKAMAROCK et al.,

2008; GOUVEIA, 2019). Esse novo produto é disponibilizado em http://ftp1.cptec.inpe.br/modelos/tempo/WRF/ams_05km/brutos.

Alves et al., (2015) avaliaram o impacto do modelo de PNT regional do

CPTEC/INPE no ZTD (Eta15), em relação ao modelo empírico de Hopfield, no PPP, em cinco estações da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS (RBMC), com diferentes características troposféricas, durante o período de junho de 2012 a dezembro de 2013. Os autores verificaram que o modelo Eta15 apresenta resultados superiores ao modelo de Hopfield.

Os referidos autores verificaram que, com o modelo Eta15, os valores de RMS ficaram inferiores a 10 cm, em 24 horas de dados, para todas as estações. Já com o modelo de Hopfield, os valores de RMS ficaram em torno de 60 cm para o mesmo tempo de observação. Dessa forma, os autores concluíram que é possível empregar o modelo de PNT em vez de modelos empíricos para obter posicionamento GNSS com maior acurácia. Ademais, as melhorias mais significativas com o modelo de PNT, aproximadamente um fator de 3 para a componente planialtimétrica, ocorreram nas regiões de alta umidade, que incluem a estação SAGA da RBMC.