Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The Weather Research and Forecasting (WRF) model is used in the simulation of 26 cases of cyclogenesis in southeastern South America, on the cyclogenetic region near the La Plata River mouth. The simulations comprised 26 cases of cyclogenesis in which rainfall was observed over the region, especially on the state of Rio Grande do Sul. Given the important role of convective parameterization in the production of precipitation into a numerical weather prediction model, this study aims to evaluate the precipitation produced in the simulations of cases of cyclogenesis using three different convection parameterization schemes: Betts-Miller-Janjic (BMJ), Grell-Dévényi (GD) e Kain-Fritsch (KF), keeping the other physical options, to isolate the impact of using different parameterizations for convection. For the evaluation of simulated rainfall, verification skill scores were used in order to make an objective assessment of simulated rain field from the observed data set (TRMM and MERGE), also allowing a comparison between simulations with different schemes. The results of the skill scores showed that, in general, the WRF best represents the rain of lower thresholds, with indexes based positioning (ETS, POD and RAF) with values closer to the ideal. The BIAS score indicated that the area of light rain is usually overestimated, while moderate and heavy rain showed greater differences between simulations with KF and BMJ schemes and verified with the two sets of observed data. Differences in the verification scores showed that the way how the convective flows are treated by schemes exert great influence on the precipitation produced, with the largest differences being observed between the BMJ and KF schemes. The simulations with the BMJ, wich is a convective adjustment based scheme, produced clearly smaller areal coverage and rainfall volume, especially if compared to the simulations with the KF scheme. Along with lower production of precipitation, the simulations with the BMJ showed, on average, smaller partition of convective rainfall compared to others. The sea level pressure field showed no significant differences, with the WRF simulating consistently with the GFS-FNL analysis, the position and central pressure of the cyclones. / O modelo Weather Research and Forecasting (WRF) é utilizado na simulação de 26 casos de ciclogênese no sudeste da América do Sul, na região ciclogenética próxima da foz do Rio da Prata. As simulações compreenderam 26 casos de ciclogênese nos quais foi observada precipitação sobre a região, especialmente sobre o estado do Rio Grande do Sul. Tendo em vista o importante papel das parametrizações convectivas na produção de precipitação em um modelo numérico de previsão de tempo, este estudo visa avaliar a precipitação produzida nas simulações dos casos de ciclogênese utilizando três diferentes esquemas de parametrização da convecção: Betts-Miller-Janjic (BMJ), Grell-Dévényi (GD) e Kain-Fritsch (KF), mantendo as outras opções físicas constantes, de modo a isolar o impacto do uso das diferentes parametrizações para a convecção. Para a avaliação da precipitação simulada foram utilizados índices estatísticos, com o objetivo de avaliar objetivamente o campo de chuva simulado a partir do conjunto de dados observados (TRMM e MERGE), possibilitando também uma comparação entre as simulações com os diferentes esquemas. Os resultados dos índices mostraram que em geral, o WRF representa melhor a chuva dos limiares mais fracos, com índices baseados no posicionamento (ETS, POD e RAF) tendo valores mais próximos dos ideais. O índice BIAS indicou que a área de chuva fraca é, em geral, superestimada enquanto que a de chuva moderada a forte apresentou diferenças maiores entre as simulações com os esquemas KF e BMJ e na verificação com os dois conjuntos de dados observados. As diferenças nos índices mostraram que a forma como os fluxos convectivos são tratados pelos esquemas exerce grande influência na precipitação produzida, com as maiores diferenças sendo observadas entre os esquemas KF e BMJ. As simulações com o esquema BMJ, que é baseado no ajuste convectivo dos perfis, claramente produziram menor área e volume de chuva, principalmente se comparadas às simulações com o KF. Juntamente com menor produção de precipitação, as simulações com o BMJ apresentaram, em média, menor partição de precipitação convectiva se comparada às outras. O campo de pressão ao nível do mar não apresentou diferenças muito significativas, com o WRF simulando de forma consistente com as análises FNL-GFS, o posicionamento e pressão central do ciclone.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:25:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_gilson_carlos_da_silva.pdf: 6390842 bytes, checksum: 4ee553c938a05c41b76eeb4831643835 (MD5) Previous issue date: 2011-08-31 / The time-variation feature of extreme precipitation events (those can result in flooding) on east and north regions of the Santa Catarina State, one of the Brazilian regions most attained by damages owning to heavy rain episodes, is analyzed in this study. For this, it were selected some cities whose history of flooding based on many sources, as the Defesa Civil Estadual was employed to built a threshold to identify the precipitation events that can cause flooding. The observed precipitation data, from 1951 to 2010, from ANA (Agência Nacional de Águas) was used to the analysis of daily rainfall occurred until fifteen days before the flooding and for the counting of this type of event. The methodology employed to detect these events was based on mean thresholds following the rainfall observed on the selected cities. The counting of the occurrences generated the time-variation over such period, indicating positive and also some negative, although not significant tendencies on this region, and a significative linear correlation with global scale climate phenomena in some of the cities. It is also observed the seasonal behavior for the present time and for a future climate scenario, ranging from 2070 to 2100, which aim is to give information to a better planning of the cities, through the regional climate model HadRM3P, from Hadley Centre (UK), simulated and provided by CCST (Centro de Ciências do Sistema Terrestre) do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), considering the A2 scenario (more pessimist) following IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). In comparison against present climate, the estimated projection by climatic model shows an increasing of the frequency of these extreme precipitation events in all selected cities, for all seasons mainly in autumn. / Este estudo analisa o aspecto temporal dos eventos extremos de precipitação com potencial para causar inundação na região Leste e Norte do Estado de Santa Catarina, uma das regiões brasileiras que mais sofrem transtornos devido à chuva intensa. Foram selecionadas algumas cidades cujo histórico de inundação construído através de várias fontes, como a Defesa Civil Estadual foi usado para a confecção de um limiar para identificar tais eventos. Foram utilizados dados de precipitação da ANA (Agência Nacional de Águas) no período de 1951 a 2010, para análise da chuva diária ocorrida até quinze dias antes das inundações e para a quantificação dos eventos extremos de precipitação com potencial para provocar inundação. A metodologia empregada para detecção desses eventos foi a de limiares médios, baseada na análise pontual da precipitação nas cidades atingidas. A quantificação do número de eventos gerou a variação temporal no período, em que pode-se analisar as ocorrências de tendência positiva e também alguma negativa, embora não significativa na região, além de correlação linear significativa, em algumas cidades, com fenômenos climáticos de escala global. É examinado também o aspecto climatológico sazonal do presente e de um cenário climático para o final do século (2070-2100), cujo objetivo é fornecer informações para um melhor planejamento das cidades, usando dados do modelo climático regional HadRM3P, do Hadley Centre (UK), simulados e fornecidos pelo Centro de Ciências do Sistema Terrestre do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (CCST/INPE), considerando o cenário A2 (mais pessimista) do IPCC (Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas). Na comparação com o clima presente, a projeção simulada pelo modelo climático indicou aumento da frequência de ocorrência dos eventos em todas as cidades, para todas as estações do ano, principalmente para o outono.

The goal of this work is to define the atmospheric patterns associated with the extreme precipitation events in the Rio Grande do Sul (RS) state in spring. The data used were the rainfall series provided by the Agência Nacional das Águas (ANA, in portugues) and reanalysis data of high resolution of the Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) of 00 and 12 UTC. From the data of the ANA, on the RS, six homogeneous regions of precipitation were obtained through of Hierarchical Cluster Analysis technique, which are: the East and North Coast (R1), Southern and South Coast (R2), the West and the border with Uruguay (R3), Northern (R4), Midwest (R5) and Northwest (R6). With the averages series for each homogeneous regions, utilizing the technique of quantis, has located the days that precipitation over each region was equal or superior to the quantile 99%. With data of the CFSR was generated a matrix (NxM) being N the dates of extreme events and M are meteorological fields normalized in grid points, selected in a grid 21x19 on the RS. The fields chosen are: mean sea level pressure, thickness between 500 and 1000hPa, geopotential height at 500, zonal component of wind at 850hPa, meridional component of wind at 850hPa, zonal component of wind at 200hPa, meridional component of wind at 200hPa and specific humidity at 850hPa. Using the Non-Hierarchical Cluster Analysis, over the array, were obtained 5 atmospheric clusters, defined as the patterns. For the Cluster 1 the principal events of extreme precipitation had locating in the regions R2, R3, R5 and R6. In Cluster 2, the events of extreme of precipitation was, principally, over the region R1. In Cluster 3, the events of extreme precipitation ocurred in the coastal regions (R1 and R2), border with Uruguay (R3) and regions wit high topography (R4 and R5). In Cluster 4, the rainfall extremes is widespread over all regions. And in Cluster 5, extreme precipitation ocurred principally in the R2, R3 and R4 regions. The Cluster 3 showed strong features of a front incursion, while the characteristics of a Mesoscale Convective System (MCS) are present in Cluters 1, 4 and 5. Thus, the three major weather systems that cause extreme precipitation in RS, the MCS are the most important and only the Upper-level cut-off low not has been clearly identified, but the Cluster 2 presents some features that may indicate their presence, which are for example, the trough axis on the RS and the formation of a surface cyclone on the coast. / O objetivo desta dissertação é a definição de padrões atmosféricos associados a eventos extremos de precipitação no estado do Rio Grande do Sul (RS), na primavera. Os dados utilizados foram as séries pluviométricas disponibilizada pela Agência Nacional das Águas (ANA) e os dados de reanálise de alta resolução do Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) das 00 e 12 UTC. A partir dos dados da ANA, sobre o RS, foram obtidas seis regiões homogêneas de precipitação, por meio da técnica de Análise de Agrupamento hierárquica, que são: o Leste e Litoral Norte (R1), Extremo Sul e Litoral Sul (R2), Oeste e Fronteira com o Uruguai (R3), Extremo Norte (R4), Centro-Oeste (R5) e Noroeste (R6). Com as séries médias para cada uma das regiões homogêneas foram localizados, por meio da técnica dos quantis, os dias em que a precipitação sobre cada região foi igual ou superior ao quantil 99%. Com os dados do CFSR foi gerada uma matriz N x M sendo o N as datas de eventos extremos e o M são dados normalizados, em pontos de grade, dos campos meteorológicos selecionados em uma grade 21x19 sobre o RS. Os campos meteorológicos escolhidos foram: Pressão ao Nível Médio do Mar, Espessura entre 500hPa e 1000hPa, Altura Geopotencial em 500hPa, Componente Zonal do vento em 850hPa, Componente Meridional do vento em 850hPa, Componente Zonal do vento em 200hPa, Componente Meridional do vento em 200hPa e Umidade Específica em 850hPa. Aplicando a Análise de Agrupamento Não-Hierárquica sobre a matriz dos campos meteorológicos foram obtidos 5 agrupamentos atmosféricos, definidos como os padrões atmosféricos. Para o Agrupamento 1 os extremos de precipitação ficaram localizados principalmente sobre as regiões R2, R3, R5 e R6. No Agrupamento 2 o extremo de precipitação ficou principalmente sobre a região R1. No Agrupamento 3 os extremos de precipitação ficaram sobre as regiões litorâneas (R1 e R2), de fronteira com o Uruguai (R3) e de regiões com elevação no relevo (R4 e R5). No Agrupamento 4 os extremos de precipitação ficaram generalizados sobre o todas as regiões e no Agrupamento 5 ocasionaram extremos de precipitação nas regiões R2, R3 e R4. O Agrupamento 3 apresenta fortes características de uma incursão frontal, enquanto que as características de um Sistema Convectivo de Mesoescala (SCM) estão presentes nos Agrupamentos 1, 4 e 5. Assim, dos três principais sistemas meteorológicos que causam precipitação extrema no RS, os SCM são os mais importantes e somente o Vórtice Ciclônico em Altos Níveis não foi claramente identificado, mas o Agrupamento 2 apresenta algumas características que podem indicar a sua presença, que são por exemplo, o eixo do cavado sobre o RS e a formação de um ciclone em superfície sobre o litoral.