A previsão quantitativa de chuvas deve fornecer totais de precipitação, preferencialmente desagregados segundo uma discretização horária e distribuída espacialmente.
No caso específico estudado, com uma bacia afluente de 113,79 km2, adotou-se o critério de homogeneidade do comportamento meteorológico, aceitando-se que os totais previstos precipitam de forma eqüitativa e homogênea na bacia. Este critério é compatível com o modelo hidrológico aplicado, descrito no item 5.2.3.
Segundo Haas, Ambrizzi e Pereira Filho (2000), o Sistema de Previsão Regional Avançado, ou Advanced Regional Prediction System – ARPS, é um sistema de modelos para a previsão do tempo desenvolvido pelo Centro de Análise e Previsão de Tempestades (CAPS) da Universidade de Oklahoma. A formulação teórica e numérica do modelo pode ser encontrada no Guia do Usuário do ARPS versão 4.0 (Xue et at, 1995), além de Xue et al (2000a), Xue et al (2000b) e Xue et al (2001).
O modelo Advanced Regional Prediction System (ARPS) foi desenvolvido para previsão numérica na escala de nuvens, com condições de contorno proveniente de modelos globais (XUE et al., 1995). É um modelo regional de previsão numérica de tempo, indicado para simulação de problemas de microescalas, problemas de escala meso-b e meso-g (como previsões de tempestades e tornados) e de fenômenos de escala meso-a (como frentes frias e vórtices) (XUE et al., 2000).
O ARPS pode realizar simulações das condições atmosféricas na escala de tempestade (1 a 3 km) em um tempo de processamento satisfatório (HAAS; DECKER; DOTTA, 2003). Oferece, também, a possibilidade da incorporação de novos dados das condições atmosféricas durante o processamento. Foi adaptado para utilizar uma base fisiográfica de tipos de vegetação e relevos para o sul e sudeste do Brasil, com 30 x 30 segundos de resolução espacial, sendo que o mapa de solo foi adaptado à resolução de 5 x 5 minutos.
Segundo Andreolli et al. (2006), as previsões do modelo ARPS são realizadas rotineiramente duas vezes ao dia, uma correspondendo ao horário 00:00 Z (horário de Greenwich) e outra no horário 12:00 Z, o que corresponde às 21:00 e 09:00 no horário local. A realização das previsões meteorológicas com o modelo ARPS depende de um fluxo de informações que se inicia pela obtenção dos dados de previsão do modelo global. A partir daí é executado o modelo ARPS em resolução de 40 km, em uma párea que cobre boa parte do
sul da América do Sul, desde o sul do estado de Goiás, ao Norte, até Bahia Blanca, ao sul, em uma extensão Leste – Oeste de 4.000 km desde o Oceano Pacífico, a Oeste, até o Oceano Atlântico a cerca de 1.500 km da costa do Sul do Brasil, a Leste.
O modelo ARPS de resolução de 40 km pe executado por um período de 60 horas, e seus resultados fornecem as condições de contorno para o modelo ARPS de 12 km de resolução, cuja abrangência espacial é menor, cobrindo os três estados do sul do Brasil, o Uruguai, parte da Argentina e do Paraguai, e parte dos estados de São Paulo e Mato Grosso do Sul. O modelo ARPS de 4 km de resolução recebe as condições de contorno do modelo de 12 km e sua abrangência limita-se ao Estado de Santa Catarina e o norte do Rio Grande do Sul. Portanto, a seqüência de previsão consiste de: i) obtenção de dados do modelo global; ii) execução do modelo ARPS 40; iii) execução do modelo ARPS 12; iv) execução do modelo ARPS 4 (ANDREOLLI et al., 2006).
O ARPS possui pacotes de controle de qualidade, de análise objetiva, assimilação de dados, que incluem recuperação da velocidade radial do vento e de recuperação da termodinâmica a partir de Radar Doppler, além de pacotes de diagnóstico, verificação e pós- processamento. Na programação do modelo ARPS foi adotado um único estilo, com rótulos globais, usados em todos os códigos, para facilitar a leitura. Ele possui uma abrangente documentação no seu código fonte além de guias e manuais (HAAS; AMBRIZZI; PEREIRA FILHO, 2000).
O núcleo central do ARPS é o componente de integração no tempo e espaço, sendo este último um modelo tri-dimensional não hidrostático, completamente compressível, formulado em coordenadas generalizadas seguindo o terreno. As equações do modelo incluem momento, calor (temperatura potencial), massa (pressão), substâncias de água, energia cinética turbulenta e equação de estado.
Segundo Haas, Ambrizzi e Pereira Filho (2000), as equações são projetadas sobre a “superfície plana” da terra usando as projeções de Mercator ou Lambert Conformal ou Polar. O sistema de equações coordenado curvilíneo resultante é transformado em um sistema cartesiano com igual espaçamento em todas as direções, chamado de espaço computacional. Com esta transformação no espaço, todas as variáveis do modelo devem ser multiplicadas pelo jacobiano da transformação, ou pelo seu inverso, no início e no fim da integração, respectivamente.
O estado básico do modelo pode ser inicializado a partir de uma radiossonda, de funções analíticas e de dados tridimensionais como saídas de outros modelos. Neste último
caso, o estado básico é tomado como a média horizontal na área integrada em níveis de pressão.
O ARPS é totalmente livre de “copyright” e pode ser eficientemente implementado em computadores paralelos de baixo custo.
Uma das aplicações potenciais dos resultados dos modelos de previsão quantitativa de chuva é no apoio à previsão de enchentes. Para validação do sistema de previsão quantitativa de chuvas para o sul do Brasil, foram comparadas as análises espaciais das chuvas observadas com as previstas, gerando excelentes resultados (HAAS; DECKER; DOTTA, 2003). O modelo indicado para dar suporte às previsões quantitativas de chuva na região de interesse foi extensivamente utilizado em pesquisa de doutoramento da USP, desenvolvendo o trabalho “Simulações da Chuva Orográfica Associada a um Ciclone Extratropical no litoral sul do Brasil”, pelo físico Reinaldo Haas (2003).
Portanto, as previsões quantitativas de chuvas para a região de inserção do aproveitamento estudado, são realizadas através do modelo ARPS, assegurando a qualidade das entradas para o modelo de simulação hidrológica.
Deve-se ressaltar que a aquisição dos dados de previsões foi considerada como uma etapa trivial, sem a participação ativa do autor deste trabalho, tal como se obtém dados de diferentes modelos numéricos existentes, através de uma simples consulta pela rede mundial Internet.