O modelo de previsão numérica utilizado foi o WRF, versão 3.5.1, desenvolvido no National Center for Atmospheric Research (NCAR), em colaboração com diferentes agências tais como a National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), o National Center for Environmental Prediction (NCEP), entre outros. O WRF é um modelo de área limitada, não hidrostático, de equações primitivas, com muitas opções para os variados esquemas de parametrização física (Maussion et al., 2011).
Os processos físicos passíveis de serem parametrizados incluem:
• trocas radiativas (no ar, nas nuvens e na superfície terrestre); • convecção térmica e forçada pelo vento, na tropofera; • mecanismos de atrito turbulento junto à superfície;
• trocas turbulentas de calor (sensível e latente) e de vapor de água, entre a superfície e a camada de atrito, no interior da camada limite, e entre esta e a atmosfera livre;
• trocas de calor por condução e trocas de humidade, no interior do solo; • evapotranspiração;
• evaporação e condensação de água associadas à formação de nevoeiro, neblina e geada;
• microfísica das nuvens;
• precipitação aquosa nas formas de chuva, neve e granizo.
As parametrizações são modelos específicos que relacionam os processos de subgrelha (que não podem ser resolvidos pelas equações dinâmicas) com as variáveis de prognóstico.
Validação de Nuvens no WRF
Os esquemas físicos são incluídos em módulos separados, organizados em cinco blocos principais: • LW radiation (LW) - simulam as trocas radiativas de onda longa (infravermelho); • SW radiation (SW) - simulam as trocas radiativas de onda curta (ultravioleta, visível e infravermelho próximo);
• Microphysics (MP) – simulam os processos de condensação e evaporação do ar húmido;
• Surface Layer (SL) – simulam o atrito e os fluxos de calor, de quantidade de movimento e de vapor de água na camada de atrito, junto ao solo;
• Land Surface Model (LSM) – simulam as trocas de calor e de água no interior do solo ;
• Planetary Boundary Layer (PBL) – simulam as trocas turbulentas na camada limite planetária e ao longo da coluna vertical do modelo;
• Cumulus parametrization (CP) – simulam as nuvens de origem convectiva. (Ferreira, 2007).
O WRF 3.5.1 coloca à disposição dos utilizadores os seguintes esquemas de microfísica (Tabela 4):
Tabela 4 – Esquemas de microfísica disponibilizados no WRF 3.5.1
Esquema de microfísica Referência Adicionado em:
1 Kessler Kessler (1969) 2000
2 Lin (Purdue) Lin, Farley and Orville (1983, JCAM) 2000
3 WSM3 Hong, Dudhia and Chen (2004, MWR) 2004
4 WSM5 Hong, Dudhia and Chen (2004, MWR) 2004
5 Eta (Ferrier) Rogers, Black, Ferrier, Lin, Parrish and
DiMego (2001, web doc) 2000
6 WSM6 Hong and Lim (2006, JKMS) 2004
7 Goddard Tao, Simpson and McCumber (1989,
MWR) 2008
8 Thompson Thompson, Field, Rasmussen and Hall (2008,MWR) 2009
9 Milbrandt 2-mom Milbrandt and Yau (2005, JAS) 2010
10 Morrison 2-mom Morrison, Thompson and Tatarskii
(2009,MWR) 2008
13 SBU-YLin Lin and Colle (2011, MWR) 2011
14 WDM5 Lim and Hong (2010, MWR) 2009
16 WDM6 Lim and Hong (2010, MWR) 2009
17 NSSL 2-mom Mansell, Ziegler and Bruning (2010, JAS) 2012
Validação de Nuvens no WRF
Esquema de microfísica Referência Adicionado em:
18 NSSL 2-mom w/
CCN prediction Mansell, Ziegler and Bruning (2010, JAS) 2012
19 NSSL 1-mom _ 2013
21 NSSL 1-momlfo _ 2013
As variáveis de prognóstico incluem as componentes horizontal e vertical do vento, diversas quantidades microfísicas, a perturbação da temperatura potencial, o geopotencial e a pressão atmosférica do ar seco à superfície (Otkin e Greenwald, 2008).
3.2.2.1 O Modelo Operacional
O modelo numérico WRF 3.5.1 é utilizado pelo Grupo de Meteorologia e Climatologia da Universidade de Aveiro (CliM@UA) para realizar previsões a 7 dias, as quais são disponibilizadas na Internet, no sítio http://climetua.fis.ua.pt/.
São utilizadas três configurações diferentes, com o objectivo de cobrir todo o território Português: Portugal Continental, Açores e Madeira. Em Portugal Continental foi configurado com dois domínios aninhados, D1 e D2 (Figura 10). O D1 inclui quase a totalidade da Península Ibérica e uma área considerável do oceano Atlântico e mar Mediterrâneo na sua vizinhança. O D2 cobre a totalidade do território de Portugal continental. As resoluções horizontais do D1 e D2 são 25 km e 5 km, respectivamente.
Figura 10– Domínios aninhados do modelo operacional do CliM@UA (Fonte: http://climetua.fis.ua.pt/weather/explanation)
O modelo operacional usa como condições iniciais e de fronteira resultados das previsões previamente realizadas pelo modelo global de previsão de tempo GFS. Este modelo apresenta uma resolução horizontal de 0,5° latitude X 0,5° longitude (0,5 ° corresponde a cerca de 45 km
Validação de Nuvens no WRF
nesta região). As previsões meteorológicas são atualizadas quatro vezes por dia (http://climetua.fis.ua.pt/weather/explanation).
No presente trabalho definiu-se como domínio de estudo o domínio D1, definido pelas seguintes
coordenadas geográficas: canto superior esquerdo ϕ=49,09o N; λ=19,19o W; canto superior
direito ϕ=49,09o N; λ=0,58o E; canto inferior direito ϕ=33,25o N; λ=1,57o W e canto inferior
esquerdo ϕ =33,25o N; λ=17,03o W. O modelo correu das 0 horas do dia 13 de Agosto de 2012 às
0 horas do dia 15 de Agosto de 2012, com saídas horárias de dados.
No modelo operacional estão configuradas as parametrizações que se podem observar na Tabela 5.
Tabela 5 – Parametrizações utilizadas no modelo operacional Parametrizações LW radiation - Radiação de comprimento de
onda longo(LW) Rapid Radiative Transfer Model (RRTM) SW radiation – radiação de comprimento de
onda curto (SW) Dudhia scheme
Microphysics - Microfísica (MF) WRF Single-Moment 6-class scheme
Surface Layer - Camada de superfície (SL) MM5 similarity scheme: Based on Monin-
Obukhov
Land Surface Model - Modelo de superfície do solo (LSM)
Noah Land Surface Model: Unified NCEP/NCAR/AFWA scheme
Planetary Boundary Layer - Camada limite
planetária (PBL) Yonsei University scheme Cumulus parametrization – Parametrização
cumulus (CP) Grell-Devenyi (GD) ensemble scheme
Das variáveis resultantes do modelo numérico são obtidos campos de temperatura, precipitação total, precipitação convectiva e não convectiva, vento, nuvens, nuvens baixas, nuvens médias, nuvens altas, nevoeiro, humidade relativa, pressão, radiação solar, altura de neve, neve, rajada e índice de tempestade.
As nuvens/nevoeiro são obtidas a partir do conteúdo de água líquida/sólida numa dada camada: 1 𝑔 � 𝑅𝑑𝑝 𝑝0 𝑝1 (Equação 1) 27
Validação de Nuvens no WRF
em que R é a razão de mistura da água líquida mais a razão de mistura da água sólida, g é a
acelaração da gravidade (9,81 ms-2) e p é a pressão hidrostática. O resultado é expresso em 𝑘𝑔
𝑚2.