VALIDAÇÃO DE UM MODELO CLIMATOLÓGICO (CCM3/NCAR

VALIDAÇÃO DE UM MODELO CLIMATOLÓGICO (CCM3/NCAR)
INTEGRADO POR 43 ANOS
Anita Rodrigues de Moraes Drumond; Tércio Ambrizzi
Departamento de Ciências Atmosféricas - IAG/USP – São Paulo / SP
ABSTRACT
Nowadays, General Circulation Models (GCMs) are being frequently used for climatic studies. In this
way, the climatic comportment of a CGM (Community Climate Model - CCM v.3) integrated using
monthly SST (Sea Surface Temperature) data for a period of 43 years (1948 - 1991) was studied.
In order to validate the CCM3 long run, we have compared some fields from the NCEP Reanalysis
data with those produced by the CCM3. The mean and seasonal anomalies of geopotencial height and
streamlines in 200hPa for December, January and February in 70 and 80 decades over South America
were used. Preliminary results show, in particular at low latitudes, that the CCM3’s fields are in
agreement with the observed climatological data.. However at middle and high latitudes they showed
significant differences.
A) Introdução
O objetivo deste estudo é a validação de um Modelo de Circulação Geral (MCG) integrado por 43 anos
(relativos ao período de 1948 à 1991).
O modelo utilizado é o CCM3 (Community Climate Model, version 3), desenvolvido no NCAR
(National Center for Atmospheric Research) dos Estados Unidos. Foi integrado com resolução de 2,7º
de latitude e longitude (T42), e, na vertical, apresenta um sistema de coordenadas híbrido pressãosigma com 17 níveis. Por ser uma versão recente do CCM, há poucas publicações sobre sua validação.
Entre elas, há várias simulações do CCM3 utilizando diferentes conjuntos de TSM (Temperatura da
Superfície do Mar) (p.ex., Shea et al., 1990 e 1992). Maiores informações sobre este modelo são
obtidas em Acker et al.(1996).
Para sua integração, utilizou-se dados mensais de TSM. Ao supor o aumento da qualidade destes em
função do tempo, espera-se verificar a redução das anomalias dos campos estudados ao longo do
período em análise.
Assim, a validação possibilitará, entre outros fatores, a detecção de erros sistemáticos, avaliação das
parametrizações utilizadas, e, consequentemente, o aumento da qualidade dos dados obtidos via
modelagem. Deve-se salientar que o conjunto de dados obtidos servirá como um experimento
controle, utilizado como base de comparação para outros estudos climáticos a serem conduzidos pelo
grupo de modelagem do Departamento de Ciências Atmosféricas do Instituto Astronômico e Geofísico
da Universidade de São Paulo (DCA-IAG/USP).
B) Dados e Metodologia
Os dados de TSM utilizados na integração são denominados por GISST22 (Global sea-Ice and Sea
Surface Temperature data set, v. 2.2), apresentando resolução de 1º x 1º de latitude e longitude para o
período de 1948 à 1991. Foram compilados pelo trabalho em conjunto do UK Meteorological Office e
Massachusettes Institute of Technology.
Para validação, utiliza-se os dados da Reanálise do NCEP (National Center for Environmental
Prediction), com resolução de 2,5º x 2,5º de latitude e longitude e pertinentes ao período de 1973 à
1996.
As análises são feitas na América do Sul, precisamente na região delimitada por 15ºN, 60ºS, 10ºW e
110ºW, examinando inicialmente os campos de altura geopotencial e linhas de corrente ao nível de
200hPa. Para um determinado mês e campo, calcula-se as médias decadais (1950/59, 1960/69,
1970/79, 1980/89) dos dados provenientes do modelo, verificando, desta forma, seu comportamento ao
longo dos anos. Estuda-se mais detalhadamente as diferenças existentes entre os campos produzidos
pelo modelo e os observados dentro do período disponível de dados da Reanálise (1973/96).
Neste trabalho, são analisados campos sazonais (meses de dezembro, janeiro e fevereiro) de altura
geopotencial e linhas de corrente referentes ao nível de 200hPa e aos períodos de 1973/79 e 1980/89.
Para cada campo, obteve-se as médias decadais com os dados do modelo e da Reanálise, a anomalia
(ou seja, a diferença entre o campo obtido através do modelo e da Reanálise) para a década de 80 e a
diferença entre os resultados obtidos para a década de 70 e 80. Discutiu-se a década de 80 por ser a
mais recente e completa, proveniente de dados de TSM supostamente com maior confiabilidade em
relação aos das décadas anteriores. Desta forma, através da interpretação dos campos, alguns dos
aspectos observados serão discutidos no próximo item.
C) Resultados e Conclusões
Em uma primeira aproximação, os resultados obtidos através do modelo são, de certa forma,
compatíveis com os observados na Reanálise. Para as duas décadas analisadas, em latitudes baixas o
campo de altura geopotencial é satisfatório, porém, em latitudes médias e altas é subestimado (Figs 1a,
1b, 1c e 1d). O campo de linhas de corrente reproduz o jato subtropical, a alta da Bolívia deslocada a
oeste e o cavado associado a esta mais definido (Figs 2a, 2b, 2c e 2d).
As anomalias decadais (1980/89) de altura geopotencial e linhas de corrente (Figs 3a e 3b,
respectivamente) confirmam as observações descritas no parágrafo anterior. Em valor absoluto, as
anomalias negativas da altura geopotencial (Fig 3a) encontradas em latitudes médias e altas foram
maiores que as anomalias positivas apresentadas em latitudes baixas. A figura 3b confirma o
deslocamento da Alta da Bolívia e do cavado associado a esta, a intensificação do jato subtropical e,
inclusive, apresenta a formação de um ciclone anômalo em altas latitudes. É importante observar que
as informações fornecidas pelos dois campos são concordantes, pois regiões com anomalias negativas
de altura geopotencial associam-se aos ciclones anômalos em 200hPa.
Apesar das médias decadais obtidas para os dois campos através do modelo concordarem
satisfatoriamente com os campos observados da Reanálise, os resultados provenientes da diferença
entre as médias decadais do modelo divergem em alguns aspectos da diferença obtida via Reanálise.
Por exemplo, exceto na região que abrange o sul do Brasil e em outra cujo limite encontra-se em
aproximadamente 60ºS e a oeste de 70ºW, a diferença interdecadal de altura geopotencial com os
dados da Reanálise (Fig 4b) caracterizou-se por valores negativos. O resultado através do modelo (Fig
4a) apresenta apenas uma região com diferenças positivas, centralizada em aproximadamente 47ºS e
50ºW. Assim, as maiores discrepâncias são observadas principalmente em latitudes médias e altas.
Para as linhas de corrente (Figs 5a e 5b), observa-se discordâncias na reprodução e localização de
núcleos ciclônicos e anticiclônicos e, inclusive, o anticiclone associado à diferença positiva de altura
geopotencial localizada ao sul do Brasil (Fig 5b) na Reanálise encontra-se deslocado ao sul no campo
obtido com o modelo (Fig 5a).
Entre as hipóteses levantadas para a explicação das diferenças observadas entre os campos do modelo e
Reanálise está o problema da parametrização do gelo, que pode ser a responsável pelas discrepâncias
encontradas em médias e altas latitudes. A qualidade dos dados de TSM utilizados na integração
também deve ser avaliada. Outro ponto a ser analisado é a reprodução ou não dos fênomenos que
atuaram em cada década, como, por exemplo, os de baixa frequência do tipo ENOS (El Nino/Oscilação
Sul). É interessante também a extensão dos estudos para os outros meses, possibilitando, desta forma,
melhor avaliação da integração do modelo.
D) Agradecimentos
Agradecemos ao Dr. Arturo Quintanar, um dos autores da integração, o apoio técnico oferecido no
processo que envolve o tratamento dos resultados do modelo, possibilitando sua análise. Agradecemos
também à FAPESP pelo suporte financeiro (Processo nº 97/13938-2).
E) Bibliografia
Acker, T.L., L.E. Buja, J.M. Rosinski, e J.E. Truesdale, 1996: User’s Guide to NCAR
CCM3. NCAR Technical Note, 421, pp194.
Shea, D.J., K.E. Trenberth, e R.W. Reynolds, 1992: A global monthly sea surface temperature
climatology. J. of Climate, 5, 987-1001.
____, 1990: A global monthly sea surface temperature climatology. Technical Note NCAR/TN - 345,
NCAR, Boulder, CO, 167pp.
F) Figuras
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 1- (a): Média de altura geopotencial (mgp) em 200 hPa para dez/jan/fev (73/79) utilizando os
dados do modelo, (b): o mesmo que (a) utilizando os dados da Reanálise, (c): o mesmo que (a) para
(80/89), (d): Média de altura geopotencial (mgp) em 200 hPa para dez/jan/fev (80/89) utilizando os
dados da Reanálise.
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 2- (a): Média de linhas de corrente em 200 hPa para dez/jan/fev (73/79) utilizando os dados do
modelo, (b): o mesmo que (a) utilizando os dados da Reanálise, (c): o mesmo que (a) para (80/89), (d):
Média de linhas de corrente em 200 hPa para dez/jan/fev (80/89) utilizando os dados da Reanálise.
(a)
(b)
Figura 3- (a): Anomalia decadal de altura geopotencial (mgp) em 200 hPa para dez/jan/fev (80/89),
(b): o mesmo que (a) para linhas de corrente.
(a)
(b)
Figura 4- (a): Diferença entre médias decadais (73/79 - 80/89) de altura geopotencial (mgp) em 200
hPa para dez/jan/fev utilizando os dados do modelo, (b): o mesmo que (a) utilizando os dados da
Reanálise.
(a)
(b)
Figura 5- (a): Diferença entre médias decadais (73/79 - 80/89) de linhas de corrente em 200 hPa para
dez/jan/fev utilizando os dados do modelo, (b): o mesmo que (a) utilizando os dados da Reanálise.