Florianópolis, agosto de 2004.

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SANTA

CATARINA

CURSO TÉCNICO DE METEROLOGIA

Módulo 2: Tratamento de Dados Meteorológicos

Projeto Integrador

Orientador

Prof. Márcia Fuentes

Meteorologista (Epagri) Maurici Monteiro

Previsão X Observação Meteorológica

Maicon Passos A. Alves

Liz Machado Brazeiro

Anderson Monteiro

João Heidenreich

1.0 Introdução à Meteorologia

A Meteorologia é definida, como a ciência que estuda os fenômenos que ocorrem na atmosfera, e está relacionada ao estado físico, dinâmico e químico da atmosfera. As interações entre esses estados afetam diretamente a superfície terrestre. A Meteorologia nos fornece uma visão dos fenômenos atmosféricos que ocorrem em nosso dia-a-dia. Baseados em observações das variáveis meteorológicas, como por exemplo, a velocidade e direção do vento, tipo de nuvens, temperatura do ar, podemos ter uma boa noção do comportamento dos movimentos atmosféricos, conseguindo assim, avaliar as condições meteorológicas da atmosfera num determinado lugar durante um período de tempo.

A Meteorologia engloba tempo e clima. Os elementos da Meteorologia devem necessariamente estar incorporados na climatologia para torná-la significativa e científica. O tempo e o clima podem, juntos, ser considerados uma conseqüência e demonstração da ação dos processos físicos, complexos na atmosfera, nos oceanos e na Terra. A Meteorologia no seu sentido mais amplo é uma ciência extremamente vasta e complexa, pois a atmosfera é muito extensa, e está em constante movimentação, com vários sistemas meteorológicos em atuação em todas as partes do globo terrestre.

1.1 Apresentação

Existe na Meteorologia, os centros de previsão meteorológica os quais, são responsáveis pelas análises e previsão do tempo, para determinado período. Centros que contam com a ajuda de modelos numéricos, para auxiliar nas previsões. A atividade meteorológica também conta com os observadores meteorológicos, que são responsáveis pelas leituras dos instrumentos e observação visuais, assim como o registro destas informações.

Como a atmosfera está em constante movimentação, as previsões de tempo, realizadas pelos centros meteorológicos, às vezes não se confirmam, justamente pela dificuldade em prever todas as transformações atmosféricas.

Para podermos saber se as previsões dos centros meteorológicos possuem um elevado número de acertos das variáveis meteorológicas, por exemplo, temperatura máxima e mínima, direção do vento e precipitação, procuramos verificar com uma análise estatística, qual o índice de erros e acertos das previsões efetuadas pelos centros meteorológicos, Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), na estação 83897, situado na rua Joaquim Vaz, 1661, na latitude 27° 36’ 07,4’’ sul, longitude 48° 37’ 11,5’’ oeste, no município de São José do estado de Santa Catarina; e o Centro Integrado de Meteorologia e Recursos Hídricos de Santa Catarina (CLIMERH) na Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina S.A. (EPAGRI), situado na rodovia Admar Gonzaga, 1347, itacorubi, no município de Florianópolis, Santa Catarina; em relação aos seus próprios dados de superfície observados.

2.0 Objetivos

2.1 Objetivo Geral

2.2 Objetivos específicos

 Mostrar através de gráficos e tabelas, o percentual de acertos e erros dos centros, com relação as variáveis meteorológicas: temperatura, precipitação e direção do vento.

 Descobrir o índice de acertos e erros das variáveis meteorológicas de cada centro analisado, no prazo de 30 dias, no mês de junho de 2004.

 Averiguar se na presença de sistemas meteorológicos, as previsões se tornam menos confiáveis.

3.0 Justificativa

A relevância de fazer as análises, das previsões comparadas com as observações, é o fato de podermos avaliar o grau de acertos e erros dos centros analisados, e como conseqüência, a confiabilidade dos mesmos, no mês de junho de 2004, bem como servir como sugestão para diminuir erros detectados por este projeto.

4.0 Metodologia

4.1 Instrumentos Meteorológicos

Os fenômenos meteorológicos são estudados a partir das observações, experiências e métodos científicos de análise. A observação meteorológica é uma avaliação ou uma medida de um ou vários parâmetros meteorológicos.

Os instrumentos meteorológicos são equipamentos utilizados para medir dados meteorológicos, por exemplo, o termômetro que mede temperatura do ar, barômetro que proporciona a pressão atmosférica, o higrômetro, que mede a umidade relativa do ar. A composição desses instrumentos em um mesmo local é denominada estação meteorológica, e o conjunto dessas estações, distribuídas por uma região, é denominado rede de estações meteorológicas. Na seqüência veremos alguns instrumentos, com e sua utilidade de funcionamento para a Meteorologia.

Pluviógrafo - Registra a quantidade de precipitação pluvial (chuva), em milímetros

(mm).

Pluviômetro - Indica a quantidade de precipitação pluvial (chuva), em milímetros

(mm).

Termógrafo - Registra a temperatura do ar, em graus Celsius (°C).

Termômetros de Máxima e Mínima - Indicam as temperaturas máxima e mínima do

Anemômetro - Instrumento para medir a velocidade do vento (m/s) e, em alguns tipos,

também a direção (em graus).

OBS: os instrumentos que têm sua terminação em ógrafo são registadores, e os

instrumentos que possuem a terminação em ômetro, são indicadores.

4.2 Processo para realização de uma previsão do tempo

A previsão do tempo é baseada, entre outros, em dados observados nas estações meteorológicas de superfície, convencionais ou automáticas, espalhadas por todo o mundo. No Brasil, temos vários centros de meteorologia, na qual, em cada qual é feita uma previsão, tudo em cima de dados observados, com a ajuda de modelos numéricos. Neste projeto analisaremos apenas dois centros meteorológicos; o Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) e o Centro Integrado de Meteorologia e Recursos Hídricos de Santa Catarina (CLIMERH).

Após a coleta de dados das variáveis meteorológicas (precipitação, ventos, umidade relativa do ar, pressão, etc.), com o auxílio de supercomputadores faz-se uma simulação, através de modelos numéricos, de como se comportará o tempo num determinado intervalo de tempo: 24, 48, 72 e 96h à frente. Porém, só as informações do modelo numérico não são suficientes para a realização da previsão do tempo. Contamos também com o auxílio das imagens de satélites, para termos uma visão mais ampla da atmosfera terrestre.Nos centros de previsões mais avançados, ainda contam com a ajuda de radares meteorológicos, principalmente em países de primeiro mundo.

Posteriormente à coleta de todos os dados possíveis, os meteorologistas analisam as informações e, só depois de feitas todas as análises (cartas de superfície, modelos numéricos, imagens de satélites, dentre outros) é realizada a previsão do tempo para todo o Brasil, ou para uma determinada cidade de algum lugar do país.

4.3 Análise dos dados de temperaturas máximas e mínimas das

previsões e observações – CLIMERH / INMET

Para a análise dos dados referentes às planilhas das observações meteorológicas, dos centros de previsão meteorológicos, INMET e CLIMERH, foram utilizados alguns cálculos estatísticos para avaliação dos dados de previsão e observação, apresentados a seguir:

Erro absoluto: o erro absoluto corresponde ao valor absoluto do erro aritmético (esses

valores são sempre positivos). O erro absoluto é considerado aceitável quando sua média é menor que 2°C. Abaixo, tabelas e gráficos demonstrativos das medias de erros dos institutos analisados.

Médias de erros temperaturas máxima e mínima

CLIMERH INMET

Média de erro da máx 1,7ºC 1,6ºC

Erros de Temperaturas Máximas e mínimas - CLIMERH

Erro máxima Erro mínima

2,2 2,2 -4,0 4,0 1,2 1,2 -2,0 2,0 -1,0 1,0 -0,4 0,4 1,2 1,2 1,0 1,0 1,0 1,0 -2,0 2,0 -1,2 1,2 -6,2 6,2 -1,4 1,4 1,4 1,4 1,0 1,0 -0,2 0,2 0,5 0,5 -2,8 2,8 2,7 2,7 -0,8 0,8 0,7 0,7 -1,8 1,8 -1,9 1,9 -9,0 9,0 0,8 0,8 -0,4 0,4 -0,2 1,8 -1,8 1,8 -1,4 1,4 -4,0 4,0 -0,4 0,4 -2,8 2,8 -4,6 4,6 0,2 0,2 0,0 1,0 -3,8 3,8 -0,6 3,4 -3,6 3,6 2,8 2,8 -2,6 2,6 3,4 1,4 -2,0 2,0 4,4 4,4 0,6 0,6 1,4 1,4 -1,2 1,2 1,0 1,0 -1,2 1,2 1,4 1,4 -0,8 0,8 1,0 1,0 -0,6 0,6 -3,0 3,0 -1,6 1,6 2,2 2,2 -0,6 0,6 0,0 0,0 -0,8 0,8 3,0 3,0 0,0 0,0

Erros máxima do CLIMERH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Erros mínima CLIMERH

Erros de Temperaturas Máximas e mínimas - INMET

Erros máxima Erro mínima

2,6 2,6 0,0 0,0 1,9 1,9 -0,2 0,2 -0,3 0,3 2,7 2,7 -0,2 0,2 0,7 0,7 0,0 0,0 -1,0 1,0 0,2 0,2 1,3 1,3 -2,4 2,4 3,7 3,7 -0,3 0,3 4,2 4,2 -0,5 0,5 2,9 2,9 -0,7 0,7 -2,3 2,3 -5,2 5,2 -5,3 5,3 -3,6 3,6 -4,5 4,5 -1,0 1,0 4,1 4,1 -1,5 1,5 4,6 4,6 -3,1 3,1 2,2 2,2 0,4 0,4 1,9 1,9 -5,2 5,2 -1,1 1,1 2,0 2,0 -3,2 3,2 0,4 0,4 -0,4 0,4 2,0 2,0 -0,9 0,9 1,8 1,8 1,5 1,5 1,9 1,9 2,3 2,3 1,2 1,2 0,7 0,7 -2,0 2,0 -0,8 0,8 0,2 0,2 -1,6 1,6 -1,5 1,5 1,4 1,4 -0,1 0,1 -1,3 1,3 0,2 0,2 -5,5 5,5 -3,6 3,6 -6,8 6,8 -1,4 1,4 -2,2 2,2

Erros da temperatura máxima INMET 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Erros Temperatura mínima INMET

Média: a média das temperaturas corresponde à soma das temperaturas dividido pelo

número de dias. Abaixo, tabelas e gráficos demonstrativos das medias de erros dos institutos analisados.

Média das temperaturas máxima e mínima prevista e observada

INMET CLIMERH Média da máxima prevista 21,5 ºC 22,9 ºC

Média da mínima prevista 14,5 ºC 11,8 ºC

Média da máxima observada 22,1ºC 22,4 ºC

Média da mínima observada 14,6ºC 13,5 ºC

Previsão INMET

Dias

Temp máx (°C)

Temp

mín (°C) Dir Vento Vento (°) Chuva 1 23 15 E-NE 90-45 chuva 2 22 16 E-N 90-360 chuva 3 22 17 E-N 90-360 chuva 4 21 16 NW-SE 315-135 chuva 5 20 12 S-E 180-90 sem chuva 6 22 15 E-N 90-360 sem chuva 7 20 14 S-E 180-90 sem chuva

8 22 16 N 360 chuva

Dados Observados INMET Temp

Máx °C

Temp

Previsão Climerh Dias Temp

máx °C

Temp

mín °C Dir Vento chuva Vento (°)

1 23 11 E-NE chuva 90-45 2 22 13 SE-NE chuva 135-45 3 21 14 SW-S chuva 225-180 4 22 16 NW-SE chuva 315-135 5 22 8,0 SE-E bom 135-90 6 21 5,0 NW-SE bom 315-135 7 21 10 SW-NW bom 225-315 8 23 10 NE-NW bom 45-315 9 24 11 NE-NW bom 45-315 10 24 14 N-NW chuva 360-315 11 21,9 14,2 SE-S chuva 135-180 12 17 3,0 SE-S bom 135-180 13 18 2,8 NW-SE bom 315-135 14 18 1,0 NW-NE bom 315-45 15 20 2,0 NE-NW bom 45-315 16 22 6,0 NE-NW bom 45-315 17 25 13 SE-SW bom 135-225 18 22 12 SW-SE bom 225-135 19 23 12 E-NE bom 90-45 20 27 14 NE bom 45 21 29 15 NE-NW bom 45-315 22 27 15 NE-NW bom 45-315 23 27 13 NE-NW bom 45-315 24 23 16 NW-SE chuva 315-135 25 23 16 NW chuva 315 26 23 15 NE-NW chuva 45-315 27 21 16 NW-SE chuva 315-135 28 24 18 E-NE bom 90-45 29 26 18 NE-N bom 45-360 30 28 19 NE-N bom 45-360

Dados Observados Climerh

Temp Máx °C

Temp

mín °C Dir Vento Vento (°) chuva mm

Temperatura prev/obs-24h CLIMERH 0 5 10 15 20 25 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 temp/max/prev temp/max/obs

Temperaturas mínimas prev/obs-24h CLIMERH

Temperatura máxima prev/obs 24h - INMET 0 5 10 15 20 25 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 temp/máx/prev Temp/máx/obs

Temperatura mínima prev/obs 24h INMET

Desvio padrão: é o quanto às temperaturas mínimas e/ou máximas variaram da média

das temperaturas mínimas e/ou máximas. Abaixo, tabela demonstrativa do desvio padrão das temperaturas.

Desvio Padrão

INMET CLIMERH

Desvio pad máx prev 2,9 2,9

Desvio pad máx obs 2,4 2,4

Desvio pad mínima prev 2,7 5,0

Desvio pad mínima obs 3,7 4,3

Desvio pad erro máx 1,4 1,13

Desvio pad erro mín 1,8 2,0

Correlação (r): Indica se existe algum grau de associação linear entre duas variáveis X

e Y. Assim, uma correlação entre duas variáveis pode ser:

Linear positiva: se o valor de r é 1 ou próximo de 1. Linear negativa: se o valor de r é -1 ou próximo de -1. Não linear: se o valor de r é 0 ou próximo de 0.

Abaixo, tabela demonstrativa da correlação das temperaturas.

Correlação das Temperaturas máxima e mínima. INMET CLIMERH

Correlação Máx/prev/obs 0,72 0,75

Correlação Mín/prev/obs 0,61 0,90

Coeficiente de variação: Serve para caracterizar a dispersão ou variabilidade dos dados

em termos relativos a seu valor médio, permitindo assim estabelecer comparações entre diferentes amostras ou variáveis. Abaixo, tabela demonstrativa do coeficiente de variação das temperaturas.

Coeficiente de Variação das Temperaturas

INMET CLIMERH

Coeficiente variação máxima prev 13% 13%

Coeficiente variação máxima obs 11% 11%

Coeficiente variação mínima prev 19% 39%

Coeficiente variação mínima obs 25% 32%

Coeficiente variação erro da temp/Máx 88% 66%

4.4 Análise dos acertos e erros de chuva nas previsões e observações

-CLIMERH / INMET

Critério utilizado: Para determinar se houve acerto ou erro na previsão de chuva, em

relação à observação, foi adotado um critério; onde as previsões indicavam que não iria chover, e se na observação foi registrado no máximo 2,0 mm de chuva, seria considerado acerto; pois esses dois milímetros de água poderiam ser provenientes da formação de orvalho, e não de chuva. Já se a previsão indicasse que iria chover, e na observação fosse registrado algum milímetro de chuva, seria considerado correto.

A seguir alguns exemplos de erros e acertos na previsão de chuva: Exemplos de ACERTOS: Previsão Observação Chuva 1.5 mm Sem chuva 2.0 mm Sem chuva 0.0mm Exemplos de ERROS: Previsão Observação

Chuva Sem chuva

Sem chuva 3,0 mm

No INMET, o acerto na previsão, em relação aos dados observados de chuva, foi de 57,7% e de erro foi de 43,3%, sendo 17 dias com acertados e 13 dias com previsões consideradas erradas, seguindo o critério estabelecido acima.

No CLIMERH, o acerto na previsão, em relação aos dados observados de chuva, foi de 83.4% e de erro foi de 16,6% , sendo 25 dias acertados e 5 dias com previsões consideradas erradas.

Abaixo, tabelas e gráficos de acertos e erros das temperaturas máximas e mínimas dos centros envolvidos na pesquisa.

Acertos e Erros de Chuva

CLIMERH INMET

Acertos de chuva prev/obs Dias % Dias %

acertos 25 83,4 17 57,7

erros 5 16,6 13 43,3

30=N de dias

Acertos e erros da precipitação prev/obs 24h - INMET

43%

57%

acertos erros

Acertos e erros da precipitação prev/obs 24h - CLIMERH

16,6%

83,4%

4.5 Análise de acertos e erros da direção do vento Previsão e

observação – CLIMERH / INMET

Critério utilizado: A previsão da direção do vento foi considerada acerto, quando na

observação registrada constava pelo menos um dos quadrantes previstos. Para facilitar a análise de acertos e erros na previsão da direção do vento, as direções do vento foram classificadas em quatro quadrantes, conforme a figura a seguir:

Quadrante Direções

Iº N-NE-E

IIº E-SE-S

IIIº S-SW-W

IVº W-NW-N

Assim, se uma das direções previstas, estiver incluída no mesmo quadrante da direção observada, a previsão e considerada acertada.

Portanto, mesmo que na observação não dê a mesma direção prevista, o vento pode estar certo, desde que a direção prevista esteja incluída no mesmo quadrante da direção observada.

Abaixo, tabelas e gráficos demonstrativos, de acertos e erros do vento.

Acertos e erros do quadrante de vento

INMET CLIMERH

Acertos do quadrante do vento Dias % Dias %

Acertos 17 56,7 26 86,7 erros 13 43,3 4 13,3

Acertos e erros do quadrante do vento - CLIMERH

13%

87%

Acertos e erros do quadrante de vento - INMET

57% 43%

acertos erros

4

6

Tipos de gráficos utilizados

Gráfico de barras: É a representação de uma tabela de dados por meio de retângulos

de mesma medida e separados por distâncias iguais. As freqüências dos fatos observados são dados pelas alturas dos retângulos, adotados no eixo Y, se as barras forem verticais.Se as barras forem horizontais, ocorre o contrário. Podemos ter gráficos de barras simples ou gráficos de barras múltiplas.

Gráfico de linhas coloridas: Os dados são colocados num sistema cartesiano

ortogonal. Em geral representam dados de uma tabela. Graficamente temos pontos que são ligados através de segmentos de retas.

Gráfico de setores: Os dados são representados em setores circulares que são

proporcionais aos valores. São utilizados principalmente quando se pretende comparar cada valor da série com o total. A volta do círculo (360°) corresponde o total (100%) dos dados e estabelecemos através de uma regra de três o ângulo relativo ao setor circular de acordo com cada valor.

4.7 Entrevista com Maurici Monteiro, Meteorologista da Epagri/Climerh, realizada no dia 27/08/2004.

1. Você acha que nos últimos 10 anos houve uma melhora nas previsões devido o avanço da tecnologia em relação aos produtos de previsão meteorológica?

Maurici - Não há duvida que o avanço foi extremamente enorme, pois sem a tecnologia existente não seria possível realizar previsão para mais de 24 horas com acertos como os realizados atualmente. Sem a tecnologia estaríamos apenas em análises de cartas sinóticas de superfície e de ar superior feitas manualmente e isso nos daria condições para arriscar um prognóstico de até 6 horas.

2. Em quais circunstâncias as previsões se tornam mais difíceis?

Maurici - As dificuldades de previsão estão nos tipos de sistemas meteorológicos que estarão se formando. Se uma frente fria se organiza ao sul da Argentina e avança para menores latitudes, naturalmente os modelos de previsão de tempo acompanharão esse deslocamento e são capazes de indicar com acerto o período do dia em que esse sistema meteorológico passará por Santa Catarina daqui a 5 dia. Por outro lado, sistemas locais formados por cavados invertidos à superfície ou até mesmo um Complexo Convectivo de Mesoescala, os modelos de previsão, na maioria das vezes, não conseguem captar essa formação e então exige um esforço muito grande do previsor no sentido de analisar outras ferramentas como o METAR, SYNOP e imagens de satélites para fazer uma previsão mais acertada a cerca do sistema em curto espaço de tempo exigindo inclusive muita experiência do profissional.

3. Você acha que o aumento do prazo das previsões são mais ou menos confiáveis?

Maurici - Naturalmente a previsão em curto prazo tende a ser mais acertada e à medida que se estende para mais dias, os erros tendem a aumentar, mas isso depende muito do sistema meteorológico conforme discutido na questão acima. Como os sistemas meteorológicos possuem maior atuação em certas épocas do ano, os maiores ou menores acertos também dependem da época do ano. Para Santa Catarina, a pior época é a primavera devido à formação dos Complexos Convectivos de Mesoescala.

4. O que falta para melhorar as qualidades das previsões?

5.0 Conclusão

Com a realização deste projeto foi possível verificarmos o grau de acertos e erros dos centros meteorológicos envolvidos na pesquisa, EPAGRI/CLIMERH e INMET, das variáveis meteorológicas de chuva, temperaturas máximas e mínimas e direção do vento, no prazo de 30 dias para o mês de junho.

Vimos que no CLIMERH, as médias de erros das temperaturas máximas e mínimas foram, de 1,7ºC e 2,0ºC respectivamente, o acerto na previsão em relação à observação de chuva foi de 83,4%, com um erro de 16,7% e o acerto no quadrante de vento foi de 87% e um erro de 13%.

No INMET, a média de erro das temperaturas máximas foi de 1,6 e as mínimas de 2,4, ficando 0,4 acima do aceitável. O acerto na previsão em relação à observação de chuva foi de 57% e erro de 43%, já o quadrante de vento obteve um acerto de 57% e um erro de 43%.

Podemos observar, que os maiores erros principalmente das temperaturas máximas e mínimas estão associados com a passagem de sistemas meteorológicos, como no caso dos dias 12/06/2004 e 29/6/2004, quando tivemos a passagem de frente fria, associada com uma forte massa de ar polar.

Também, concluímos com a ajuda do meteorologista Maurici Monteiro do CLIMERH, que os modelos de previsão precisam ser mais coerentes com os previsores, pois para um mesmo dia um modelo nos dá a previsão de chuva e vento sul, e um outro modelo fornece a previsão de vento norte e sem precipitação, exigindo assim, uma maior atenção do previsor, que precisa analisar outras ferramentas para poder fornecer a previsão.

6.0 Referências bibliográficas

 Apostila de estatístico - Curso técnico de meteorologia - CEFET/SC Alexandre Motta; José Carlos Kahl.

 Apostila de instrumentos e medidas meteorológicas - CEFET/SC

Professor Paulo R. P. Foster da faculdade de meteorologia da UFPEL.

 http://www.cefetsc.edu.br/meteorologia/pd_5fase/index.htm

 www.inmet.gov.br

 www.climerh.rct-sc.br