Uso do Módulo de Microfísica do RAMS no Estudo da Precipitação no Rio de
Janeiro
Mariana Palagano Ramalho Silva ([email protected]) Isimar de Azevedo Santos ([email protected])
Departamento de Meteorologia
Universidade Federal do Rio de Janeiro/Instituto de Geociências Av. Brigadeiro Tromposwski, s/n° - Ilha do Fundão - Cidade Universitária
21949-900 - Rio de Janeiro - Brasil
ABSTRACT
Microphysics parameterizations included in Numerical Weather Models are used to obtain precipitation quantity. The processes modeled by these parameterizations take account many water phases, heat changes and the raindrops and ice crystals origin and rising. The Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) microphysics parameterization was applied in a severe storm that takes place at Rio de Janeiro, January 2000. Two simulations were performed both using nested grids. The first one used a 42 km coarse grid and a 14 km grid nested grid The second one used a 10 km coarse grid and 2.5 km nested grid. Comparisons were made between the two simulations and with Pico do Couto radar reflectivity images, showing that the squall lines shifted over the region produced the
precipitation observed at 25th January. The present study aims to show the importance of nested grids and
microphysics parameterization, mainly in finer resolutions, and also try to detect which microphysics variables acts directly in the rain quantity.
1 – INTRODUÇÃO
A quantidade de precipitação estimada pelos modelos de previsão numérica do tempo está ligada a processos microfísicos que ocorrem no interior das nuvens. Estes processos incluem as interações entre as diversas fases da água, as trocas de calor envolvidas nas mudanças de fase e os processos de formação e crescimento de gotas precipitantes e cristais de gelo.
A modelagem destes processos requer uma grande capacidade computacional, principalmente em modelos tridimensionais, sendo na maioria das vezes impraticável aos propósitos de previsão do tempo.
Na tentativa de amenizar esse problema faz-se uso de parametrizações, que teriam a capacidade de capturar a essência do conhecimento da microfísica através de formulações simples, e da técnica de aninhamento de grades, onde pode-se fazer uso de maiores resoluções espaciais sobre áreas mais específicas mantendo-se a relação com outras grades através de interações bidirecionais (Cotton & Anthes, 1989).
Neste trabalho pretende-se avaliar o impacto do uso de alta resolução espacial nos parâmetros da microfísica, utilizando a técnica de aninhamento de grades.
2 – METODOLOGIA
Tomou-se como base para este estudo o caso de precipitação intensa ocorrido sobre a área metropolitana do Rio de Janeiro em 25 janeiro de 2000, objeto de estudo de Ramalho Silva (2000), onde observou-se a passagem de uma linha de instabilidade sobre a região.
No presente estudo, fez-se uso do modelo regional de previsão do tempo RAMS (Regional Atmospheric Modeling System - Pielke et alii, 1992) em duas simulações para um período de 48 horas, nas quais foi acionado o nível máximo de detalhamento na parametrização de microfísica em todas as grades do experimento e fazendo uso da parametrização de convecção nas grades de 42, 14 e 10 Km onde não se poderia garantir uma ótima atuação da microfísica. Foi aplicada a técnica de aninhamento de grades em ambas as simulações, com uma razão de um para três na resolução espacial da primeira simulação e um para quatro na segunda, como pode ser observado nas tabelas
Onde NPX e NPY representam o número de pontos em X e Y respectivamente, ∆S a resolução espacial e ∆t o passo de tempo usado nas simulações.
3 – RESULTADOS
As formas de água ora apresentadas, tanto líquida quanto gelo, são associadas à parametrização de microfísica embutida no modelo, o que na literatura costumam ser denominadas formas explícitas.
3.1 - Primeira simulação
• Verifica-se um deslocamento para leste do núcleo da tempestade localizada sobre a baía de Sepetiba (Figuras 1 e 2).
FIGURA 1 – Precipitação explícita em 25 de janeiro de 2000 às 20h UTC (g/kg)
FIGURA 2 – Precipitação explícita em 25 de janeiro de 2000 às 21 h UTC (g/kg)
• No momento de maior intensidade da tempestade (por volta das 21h UTC) pode-se observar: (a) Intensa precipitação explícita sobre a região de interesse, desde 4 a 5 mil metros até a superfície (Figura 3). (b) Presença de várias formas de gelo, como neve, granizo, graupel, pristine e agregados em altitudes mais elevadas (Figura 4).
FIGURA 3 – Corte transversal da precipitação explícita em 23ºS (g/kg)
(d) (e) FIGURA 4 – Corte transversal em 23ºS (g/kg) de: (a) neve, (b) granizo, (c) agregados, (d) graupel e (e) pristine
3.2 - Segunda simulação
• Observa-se um deslocamento de Noroeste do núcleo da tempestade, situado próximo as fronteiras do Rio de Janeiro com os estados de Minas Gerais e São Paulo (Figuras 5 e 6).
FIGURA 5 – Precipitação explícita em 25 de janeiro de 2000 às 20h UTC (g/kg)
FIGURA 6 – Precipitação explícita em 25 de janeiro de 2000 às 21h UTC (g/kg)
• Nos resultados obtidos na grade de maior resolução espacial (2,5 Km), observa-se uma maior intensidade no campo de precipitação (Figura 7) e também uma maior quantidade das espécies de gelo em altitude nos campos associados à microfísica do modelo (Figura 8).
FIGURA 7 – Corte transversal da precipitação explícita em 22,35ºS (g/kg)
(a)
FIGURA 8 – Corte transversal em 22,35ºS (g/kg) de: (a) neve, (b) granizo, (c) agregados, (d) graupel e (e) pristine
• Como a Figura 9 foi obtida 1 hora depois que as demais, observa-se que o horário de 22h UTC foi o de maior precipitação na região metropolitana do Rio de Janeiro.
FIGURA 9 - Combinação das formas de gelo, da precipitação explícita e do movimento do ar ao
longo do perfil construído na latitude de 22,35ºS às 22 h UTC.
4 – CONCLUSÃO
Observou-se que, com o uso de uma maior resolução espacial na segunda simulação, os campos apresentaram trajetórias de deslocamento mais próximas da realidade. O núcleo da tempestade que, na simulação de baixa resolução, se deslocou de oeste para leste, na simulação de alta resolução, sofreu um deslocamento de noroeste, sendo esta trajetória bem mais realística, em comparação aos campos apresentados por Ramalho Silva (2000), onde se observou que a formação do sistema convectivo ocorreu sobre a Serra da Mantiqueira e se deslocou em direção à cidade do Rio de Janeiro na noite do dia 25 de janeiro de 2000. Chama a atenção o fato de que a neve, o pristine e o granizo contribuíram muito pouco na quantidade total de gelo, em comparação com os agregados e o graupel. Com base nos resultados obtidos, acredita-se que o aumento da resolução espacial em simulações deste tipo de sistema, pode levar a uma melhoria dos resultados obtidos à partir da parametrização de microfísica das
5 - BIBLIOGRAFIA
COTTON, W. R. & R. A. ANTHES: Storm and Cloud Dynamics. San Diego, CA, Academic Press, 1989. 883p. RAMALHO SILVA, M. P., 2000: Simulação de duas tempestades de verão utilizando o RAMS. Jornada de
Iniciação Científica. Departamento de Meteorologia – Instituto de Geociências – Universidade Federal do Rio de Janeiro. 117 pp.
PIELKE, R. A.,W. R. COTTON, R. L. WALKO, C. J. TREMBACK, W. A. LYONS, L. D. GRASSO, M. E. NICHOLLS, M. D. MORAM, D. A. WESLEY, T. J. LEE & J. H. COPELAND, 1992: A comprehensive meteorological modeling system - RAMS. Meteorol. Atmos. Phys., 49: 69 - 90.