Mudancas_Climaticas_WorkETA_4
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Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais<br />
CPTEC/CCST<br />
Projeções de Mudança Climática com o<br />
Modelo Eta<br />
André Lyra<br />
Cachoeira Paulista, SP
INTRODUÇÃO<br />
Diversos Modelos Climáticos Globais vem sendo utilizados para gerar projeções<br />
de mudança climática através de diferentes cenários futuros, entretanto<br />
possuem ainda resolução baixa.<br />
O aumento da resolução espacial pode ser alcançada através da técnica de<br />
Donwscaling.<br />
Aninhar modelos climáticos regionais as condições dos modelos globais<br />
Reduzir o ponto de grade o que é mais adequado para estudos de<br />
impacto;<br />
Representar melhor a topografia e outras características da<br />
superfície da Terra o que ajuda detalhar a estrutura dos sistemas<br />
atmosféricos.
Geração de cenários climáticos com base no modelo Eta-CPTEC 40 km<br />
Modelo global (HadCM3)<br />
Cenários IPCC AR4 (modelo global<br />
HadCM3-varias realizações) A1B para<br />
rodar o modelo regional Eta CPTEC 40<br />
km<br />
Eta CPTEC<br />
40 km<br />
Climatologia do presente (1961-90)<br />
Validação do clima presente das<br />
rodadas do Eta CPTEC (1961-90)<br />
Projeções para diferentes períodos (2011-<br />
2040, 2041-2070, 2071-2100) - variáveis<br />
climáticas e hidrológicas - Brasil e bacias da<br />
ANA<br />
Cenários por bacias (medias e mudanças<br />
relativas ao presente) para aplicar modelos<br />
hidrológicas-Brasil e bacias da ANA
HADCM3<br />
Pope et al, 2000, Gordon et al, 2000.<br />
(Hadley Centre OAGCM )<br />
variables: u, v, q, theta, surf press<br />
•1960-2099<br />
•LBC: 6/6h (360 day calendar)<br />
•flux adjustments and sulphur cycle<br />
included<br />
Present climate: [all forcing run -<br />
antropogenic (greenhouse gases,<br />
sulphates, ozone) and natural (solar and<br />
volcanic)]<br />
•Data domain : 106.875 W a 1.875 W e<br />
78.75 S a 18.75 N<br />
•Resolution: dx=3.75o and dy=2.75o<br />
•Number of files for LBC= 44640 (31 years)<br />
4
Parameter Perturbations<br />
Ice fall speed<br />
Large Scale Cloud<br />
Critical relative humidity for formation<br />
Cloud droplet to rain: conversion rate and<br />
threshold<br />
Cloud fraction calculation<br />
Entrainment rate<br />
Intensity of mass flux<br />
Convection<br />
Shape of cloud (anvils) (*)<br />
Cloud water seen by radiation (*)<br />
Radiation<br />
Ice particle size/shape<br />
QUMP ensemble<br />
+300 members<br />
Slab Ocean Model<br />
Cloud overlap assumptions<br />
Water vapour continuum absorption (*)<br />
Boundary layer<br />
Turbulent mixing coefficients: stabilitydependence,<br />
neutral mixing length<br />
Roughness length over sea: Charnock constant,<br />
free convective value<br />
Dynamics<br />
Diffusion: order and e-folding time<br />
Gravity wave drag: surface and trapped lee<br />
wave constants<br />
Gravity wave drag start level<br />
Root depths<br />
Land surface processes<br />
Forest roughness lengths<br />
Surface-canopy coupling<br />
CO2 dependence of stomatal conductance (*)<br />
Sea ice<br />
Albedo dependence on temperature<br />
Ocean-ice heat transfer
Temperature<br />
HadCM3 qump<br />
Perturbed physics<br />
.<br />
.<br />
.<br />
.
Eta Model 40km characteristics<br />
• Domain<br />
Most part of South America<br />
Resolution: 40 km/38 layers;<br />
Grid-point model<br />
Arakawa E grid<br />
• Eta vertical coordinate (Mesinger, 1984)<br />
•Prognostic variables:<br />
T, q, u, v, p s<br />
, TKE, cloud water/ice,<br />
hydrometeors<br />
•Time integration:<br />
2 level, split-explicit<br />
Adjustmet: forward-backward<br />
Advection: first forward and then<br />
centered<br />
•Convection:<br />
Betts-Miller-Janjic scheme,<br />
• Stratiform rain:<br />
Zhao scheme<br />
• Turbulence:<br />
Mellor Yamada 2.5, MO surface<br />
layer, Paulson functions<br />
• Radiation:<br />
GFDL package<br />
• Land surface scheme:<br />
NOAH scheme, 4 soil layers,<br />
• Initial conditions<br />
HADCM3<br />
•LBC: HadCM3 uptd 6/6 h,
Modelo Eta (versão mudanças climáticas)<br />
Integrações continuas de 31 anos; 1 ano de spin-up;<br />
Temperatura da Superfície do Mar geradas pelos AOGCM (Média mensal),<br />
atualização diária;<br />
Atualização do CO 2 , anual, de acordo com os cenários;<br />
Geração dos coef. de transmissividade para cenários A1B, com atualização de<br />
5/5 anos;<br />
Sazonalidade da vegetação; atualização 1/1 mês;<br />
Veg greeness
1961-1990 CIRCULAÇÃO 200 hPa DJF<br />
ERA40<br />
low mid high<br />
unprtrb<br />
A A A A A<br />
ERA40<br />
JJA<br />
low mid high<br />
unprtrb
1961-1990 CIRCULAÇÃO 850 hPa<br />
DJF<br />
Captura bem o posicionamento dos anticiclones<br />
ERA40 low mid high unprtrb<br />
ERA40<br />
JJA<br />
ligeira superestimativa na velocidade dos ventos alísios<br />
low mid high unprtrb
1961-1990 PRECIPITAÇÃO<br />
DJF<br />
CRU low mid high<br />
unprtrb<br />
CRU<br />
JJA<br />
low mid high<br />
unprtrb<br />
11
1961-1990 TEMPERATURA 2m DJF<br />
CRU low mid high<br />
Subestimativa da temperatura na região Amazônica<br />
Superestimativa no Norte da Argentina<br />
unprtrb<br />
CRU<br />
JJA<br />
low mid high<br />
Temperatura semelhantes às observações CRU<br />
grande dispersão entre os membros na Amazônia.<br />
unprtrb<br />
12
RMSE<br />
Ens Mean + Spread<br />
precip<br />
2 a 6 mm/d 0,5 a 1 mm/d<br />
DJF<br />
JJA<br />
DJF<br />
JJA<br />
Temp<br />
DJF<br />
JJA<br />
DJF<br />
JJA<br />
mean errors > spread<br />
>> Under dispersive ensemble
Ciclo Anual por região<br />
Amaz: Amazonia<br />
Nord: Northeast Brazil<br />
Sud: Southèast Brazil<br />
Brazil<br />
EGU, Vienna, 2009
Ciclo Anual – Precipitação Eta 40km<br />
AM<br />
NE<br />
BR<br />
SU<br />
EGU, Vienna, 2010 15
Ciclo Anual – Temperatura 2m Eta 40km<br />
AM<br />
NE<br />
BR<br />
SU
2011-40<br />
A<br />
2041-70 2071-2100 2011-40 2041-70 2071-2100<br />
B<br />
C<br />
M N<br />
O<br />
DJF<br />
D E F<br />
P<br />
Q<br />
R<br />
JJA<br />
G H I<br />
DJF<br />
HadCM3 Q0-aenwl<br />
J K L<br />
A-F: Precipitation P (%)<br />
G-L: Surface air temperature ( C)<br />
M-R: Precipitation-Evaporation P-E (%)<br />
JJA
7<br />
6<br />
5<br />
High<br />
Medium<br />
Low<br />
Unperturbed<br />
Temperature increase<br />
Brazil<br />
7<br />
6<br />
5<br />
High<br />
Medium<br />
Low<br />
Unperturbed<br />
Amazon<br />
4<br />
4<br />
o<br />
C<br />
3<br />
o<br />
C<br />
3<br />
2<br />
2<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090<br />
2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090<br />
Precipitation Annual cycle 2071-2100<br />
Brazil<br />
Amazônia
Brazilian major river basins<br />
Marengo et al 2012
Marengo et al 2012<br />
2011_2040 - 1961_1990 2041_2070 - 1961_19 90 2071_2100 - 1961_1990
Algumas conclusões Eta 40km<br />
– O downscaling com o Modelo Eta-HadCM3 (4 membros) para o clima presente<br />
reproduzem o padrão de circulação de grande escala da América do Sul<br />
– O padrão de precipitação em DJF e JJA é bem representado pelos 4 membros e<br />
apresentam melhoria em relação ao modelo HadCM3<br />
– Pequeno espalhamento entre os membros do ensemble. Necessidade de incluir mais<br />
membros<br />
– As projeções futuras do Modelo Eta-HadCM3 para o cenário A1B sugerem uma<br />
redução na precipitação no Norte da America do Sul e aumento no Sul no Verão.<br />
– Projeções sugerem redução da precipitação nas Bacias Amazônia e do rio São<br />
Francisco e as mudanças negligenciáveis de precipitação na bacia do rio Paraná.
Eta Model 20km characteristics<br />
• Domain<br />
Most part of South America<br />
Resolution: 20 km/38 layers;<br />
Grid-point model<br />
Arakawa E grid<br />
• Refined Eta vertical coordinate<br />
(Mesinger, 1984; Mesinger et al 2012)<br />
•Prognostic variables:<br />
T, q, u, v, p s<br />
, TKE, cloud water/ice,<br />
hydrometeors<br />
•Time integration:<br />
2 level, split-explicit<br />
Adjustmet: forward-backward<br />
Horiz.Advection: first forward and<br />
then centered<br />
Vert Advection: Piecewise Linear<br />
Scheme > finite volume Model<br />
•Convection:<br />
Betts-Miller-Janjic scheme,<br />
• Stratiform rain:<br />
Zhao scheme<br />
• Turbulence:<br />
Mellor Yamada 2.5, MO surface<br />
layer, Paulson functions<br />
• Radiation:<br />
GFDL package<br />
• Land surface scheme:<br />
NOAH scheme, 4 soil layers,<br />
• Initial conditions<br />
HADCM3<br />
•LBC: HadCM3 uptd 6/6 h,
3877<br />
1790<br />
533<br />
21<br />
3464<br />
1526<br />
398<br />
0<br />
4319<br />
2076<br />
690<br />
65<br />
4792<br />
2386<br />
867<br />
118<br />
5298<br />
2720<br />
1065<br />
191<br />
5841<br />
3079<br />
1285<br />
284<br />
TOPOGRAFIA Eta<br />
20km STEPS (225X485X38)<br />
40km STEPS (113X243X38)<br />
3877<br />
1790<br />
533<br />
21<br />
3464<br />
1526<br />
398<br />
0<br />
4319<br />
2076<br />
690<br />
65<br />
4792<br />
2386<br />
867<br />
118<br />
5298<br />
2720<br />
1065<br />
191<br />
3079<br />
1285<br />
284
TIPO DE VEGETAÇÃO Eta<br />
20km VEGTYPE (225X485X38)<br />
40km VEGTYPE (113X243X38)<br />
1 - BROADLEAF-EVERGREEN TREES (TROPICAL FOREST)<br />
2 - BROADLEAF-DECIDUOUS TREES<br />
3 - BROADLEAF AND NEEDLELEAF TREES (MIXED FOREST)<br />
4 - NEEDLELEAF-EVERGREEN TREES<br />
5 - NEEDLELEAF-DECIDUOUS TREES (LARCH)<br />
6 - BROADLEAF TREES WITH GROUNDCOVER (SAVANNA)<br />
7 - GROUNDCOVER ONLY (PERENNIAL)<br />
8 - BROADLEAF SHRUBS WITH PERENNIAL GROUNDCOVER<br />
9 - BROADLEAF SHRUBS WITH BARE SOIL<br />
10 - DWARF TREES AND SHRUBS WITH GROUNDCOVER (TUNDRA)<br />
11 - BARE SOIL<br />
12 - CULTIVATIONS (THE SAME PARAMETERS AS FOR TYPE 7)
Ciclo Anual – Precipitação CRU x Eta40km x Eta20km<br />
CRU<br />
E40km<br />
E20km<br />
BR<br />
AM<br />
N<br />
NE
Ciclo Anual – Precipitação CRU x Eta40km x Eta20km<br />
CRU<br />
E40km<br />
E20km<br />
S<br />
SE<br />
CO<br />
SF
Ciclo Anual – Temperatura 2m CRU x Eta40km x Eta20km<br />
( o C ) ( o C )<br />
CRU<br />
E40km<br />
E20km<br />
BR<br />
AM<br />
( o C ) ( o C )<br />
N<br />
NE
Ciclo Anual – Temperatura 2m CRU x Eta40km x Eta20km<br />
( o C ) ( o C )<br />
CRU<br />
E40km<br />
E20km<br />
S<br />
SE<br />
( o C ) ( o C )<br />
CO<br />
SF
FREQUÊNCIA RELATIVA vs PRECIPITAÇÃO (mm/dia)<br />
%<br />
Distribuição do<br />
Eta-20km mais<br />
próxima da<br />
distribuição dos<br />
dados CRU<br />
Bacia São Francisco<br />
%<br />
%
Algumas conclusões Eta 20km<br />
– Os campos horizontais apresentam padrões semelhantes ao Eta-40km (caso<br />
piloto);<br />
– A simulação do ciclo anual de temperatura e precipitação do clima presente<br />
apresenta pequena melhoria sobre dados do Eta-40km);<br />
– A distribuição de frequência da precipitação do clima presente foi melhor<br />
descrita na versão Eta-20km
Em andamento....<br />
- Versão Eta-5km NH, mudanças climáticas (aplicação em estudos de<br />
megacidades, desastres naturais);<br />
- Preparação para leitura do alguns modelos globais do AR5:<br />
- BESM, HadGEM-ES, MIROC5, IPSL, ...<br />
- Novos cenários AR5 (Representative Concentration Pathway) – Ex: RCP4.5;<br />
- Inclusão de novos esquemas de superfície (Vegetação dinâmica): INLAND,<br />
NOAH-MP;<br />
- Inserção de áreas inundáveis;<br />
- inclusão de cultura perene: café;<br />
- Acoplamento com modelo oceânico<br />
- Esquema de radiação
OBRIGADO !<br />
andre.lyra@cptec.inpe.br
1961-1990 PRECIPITAÇÃO<br />
DJF<br />
MAM<br />
CRU<br />
JJA<br />
SON<br />
DJF<br />
MAM<br />
Eta-20km<br />
JJA<br />
SON
1961-1990 TEMPERATURA<br />
DJF<br />
MAM<br />
CRU<br />
JJA<br />
SON<br />
DJF<br />
MAM<br />
Eta-20km<br />
JJA<br />
SON
1961-1990 CIRCULAÇÃO 200 hPa<br />
ERA 40<br />
DJF<br />
MAM<br />
JJA<br />
SON<br />
DJF<br />
MAM<br />
Eta-20km<br />
JJA<br />
SON
1961-1990 CIRCULAÇÃO 850 hPa<br />
ERA 40<br />
DJF<br />
MAM<br />
JJA<br />
SON<br />
DJF<br />
MAM<br />
Eta-20km<br />
JJA<br />
SON
PROJEÇÕES PRECIPITAÇÃO<br />
1961-1990 2011-2040<br />
DJF<br />
2041-2070<br />
2071-2099<br />
1961-1990 2011-2040<br />
MAM<br />
2041-2070<br />
2071-2099
PROJEÇÕES PRECIPITAÇÃO<br />
1961-1990 2011-2040<br />
JJA<br />
2041-2070<br />
2071-2099<br />
1961-1990 2011-2040<br />
SON<br />
2041-2070<br />
2071-2099
PROJEÇÕES TEMPERATURA<br />
1961-1990 2011-2040<br />
DJF<br />
2041-2070<br />
2071-2099<br />
1961-1990 2011-2040<br />
MAM<br />
2041-2070<br />
2071-2099
PROJEÇÕES TEMPERATURA<br />
1961-1990 2011-2040<br />
JJA<br />
2041-2070<br />
2071-2099<br />
1961-1990 2011-2040<br />
SON<br />
2041-2070<br />
2071-2099
PROJEÇÕES CIRCULAÇÃO 200 hPa<br />
1961-1990 2011-2040<br />
DJF<br />
2041-2070<br />
2071-2099<br />
1961-1990 2011-2040<br />
MAM<br />
2041-2070<br />
2071-2099
PROJEÇÕES CIRCULAÇÃO 200 hPa<br />
1961-1990 2011-2040<br />
JJA<br />
2041-2070<br />
2071-2099<br />
1961-1990 2011-2040<br />
SON<br />
2041-2070<br />
2071-2099
PROJEÇÕES CIRCULAÇÃO 850 hPa<br />
1961-1990 2011-2040<br />
DJF<br />
2041-2070<br />
2071-2099<br />
1961-1990 2011-2040<br />
MAM<br />
2041-2070<br />
2071-2099
PROJEÇÕES CIRCULAÇÃO 850 hPa<br />
1961-1990 2011-2040<br />
JJA<br />
2041-2070<br />
2071-2099<br />
1961-1990 2011-2040<br />
SON<br />
2041-2070<br />
2071-2099
Change language