Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present study aims to evaluate the quality of nocturnal temperature forecast made by a mesoscale numerical model and to understand the reasons behind the difficulties found. To do that, the Weather Research and Forecast (WRF) model is used, with the same configuration employed for operational weather forecast. The model has been ran for the 31 nights of July 2012, and temperature outputs have been compared to hourly observations measured by 26 weather stations scattered over the entire state of Rio Grande do Sul. Four different schemes for turbulence have been considered. Three of them, Yonsei University (YSU), Mellor Yamada Janjic (MYJ) and Bougeault-Lacarrere (BOU) are formulations available from WRF code, while the fourth, Bougeault-Lacarrere Modified (BOU-Mod) is a change made to BOU, aiming at making it less turbulent. A general analysis shows that the different formulations present similar root mean squared errors (EQM), with YSU showing slightly smaller errors than the others. An important discrepancy found refers to the fact that there is an appreciable difference between station real altitude and its altitude in the model, which is given by the height of the closest grid point. When such an altitude difference is corrected by a potential temperature, the errors are enhanced. In this case, the most turbulent formulations, YSU and BOU, tend to overestimate nocturnal temperatures, while the least turbulent ones, MYJ and BOU-Mod, tend to underestimate it. All schemes presented a tendency to underestimate the observed temporal variability. It means that they tend to overestimate the coldest observations and to underestimate the warmest ones. In the most stable nights, all parameterizations showed large EQM and overestimate the temperature. In the least stable nights there were some cases with reduced EQM, but all formulations tended to underestimate temperature, showing that it is necessary to increase the turbulent mixing in this cases. When the different stations are compared, it becomes evident that the height difference between station and model altitudes has a large influence in the nighttime temperature weather forecast. It happens mainly because stations lower than the nearest grid point the modeled winds tend to be larger than observed, causing more intense turbulent mixing and leading to warmer temperatures. The opposite happens in stations higher than the grid point. Such a situation occurs mainly in the more stable conditions, when the lower regions tend to have its surface decoupling from the higher atmospheric levels. The implications of these results and suggestions for improving nocturnal temperature forecasts are presented. / O objetivo do presente trabalho é avaliar a qualidade da previsão de temperaturas noturnas em um modelo numérico de mesoescala e compreender a razão das principais dificuldades encontradas. Para tanto, é utilizado o modelo Weather Research and Forecast (WRF), configurado da mesma maneira que é feito em previsões do tempo operacionais. O modelo foi rodado para as 31 noites do mês de Julho de 2012, e as saídas de temperatura foram comparadas com observações horárias feitas em 26 estações espalhadas por todo o estado do Rio Grande do Sul. Foram consideradas quatro representações diferentes para a turbulência no modelo, sendo que três delas, as de Yonsei University (YSU), Mellor-Yamada-Janjic (MYJ) e Bougeault-Lacarrere (BOU), são formulações disponibilizadas no próprio modelo e uma quarta, Bougeault-Lacarrere-Modificada (BOU-Mod), é uma alteração imposta à parametrização BOU com o propósito de torná-la menos turbulenta. Uma análise geral mostra que as formulações apresentam erros quadráticos médios (EQM) bastante próximos entre si, sendo que YSU tem erros levemente menores que as demais. Uma importante discrepância observada é que há diferença razoável entre a altura real da estação e a sua altitude no modelo, representada pelo valor do ponto de grade mais próximo. Quando essa diferença de altitude é corrigida pela temperatura potencial, os erros aumentam. Nesse caso, as duas parametrizações mais turbulentas, que são YSU e BOU, têm tendência geral de superestimar as temperaturas noturnas, enquanto as menos turbulentas, MYJ e BOU-Mod, tendem a subestimar essa grandeza. Todos os esquemas mostraram tendência de reduzir a variabilidade temporal observada, o que significa que elas tendem a superestimar as observações mais frias e subestimar as mais quentes. Nas noites mais estáveis, todas parametrizações apresentaram grande EQM e superestimam a temperatura. Nas noites menos estáveis houve casos com EQM reduzido, mas todas as parametrizações mostraram tendência de subestimar a temperatura observada, mostrando que é necessário que todas as formulações se tornem mais turbulentas nestes casos. Quando as diferentes estações são comparadas, a diferença de altura entre a estação e o ponto de grade mais próximo tem grande influência na previsão de temperatura noturna. Isso ocorre porque nas estações mais baixas que o ponto de grade, o vento do modelo tende a ser maior que o observado, causando maior mistura turbulenta, e levando a temperaturas maiores. O oposto ocorre nas estações mais altas que o ponto de grade. Esta situação ocorre principalmente nas noites mais estáveis, quando estações localizadas em regiões mais baixas tendem a experimentar o fenômeno do desacoplamento entre a superfície e os níveis mais altos da atmosfera. As implicações destes resultados são discutidas e propostas para melhorar as previsões noturnas de temperatura são apresentadas.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work a single column model is implemented, aiming primarily to simulate the Stable Boundary Layer (SBL). The model is composed of prognostic equations for the potential temperature, specific humidity and the wind components. A prognostic equation for the turbulent kinetic energy (TKE) is also used. The turbulent fluxes are approximated from diffusion coefficients that are directly proportional to TKE and to the turbulent mixing length, with a adjustable proportionality factor. To estimate the turbulent mixing lengths, four different parametrizations from the literature are considered. First, a stable case in the Arctic is simulated, then the model is adjusted to reproduce previously published Large Eddy Simulations (LES) results for the same case. After the calibration, the model is validated through a comparison with observed nocturnal data, from tethered balloon soundings performed at a deforested area in the Amazon region, in the months of July and October 2001 and November 2003. The temporal evolution of potential temperature and specific humidity vertical profiles are simulated and compared to the observations from 13 different nights. The performance of the different formulations is evaluated through a statistic analysis for all nights. Potential temperature profiles were better represented by the model than specific humidity ones. In spite being able to reproduce different stability conditions, the model represented the most stable nights better. Finally, the model was coupled to a surface energy budget scheme and for these simulations the initial conditions from the night of 28 July 2001 were used. The scheme was used to evaluate how the simulated atmospheric variables depend on the wind intensity at the top of the vertical domain for the different formulations and with or without the energy budget scheme being added. / Neste trabalho é implementado um Modelo de Coluna Simples, com o intuito de simular a Camada Limite Estável (CLE). O modelo é composto por equações prognósticas para a temperatura potencial, umidade específica e para as componentes horizontais do vento, além de uma equação prognóstica para a energia cinética turbulenta (ECT). Os fluxos turbulentos são aproximados por coeficientes de difusão que são diretamente proporcionais à ECT e ao comprimento de mistura turbulenta, de forma que o coeficiente de proporcionalidade é um fator ajustável. Para estimar os comprimentos de mistura turbulentos são utilizadas quatro diferentes parametrizações encontradas na literatura. Primeiramente, é simulado um caso estável no Ártico, sendo o modelo ajustado de forma a produzir resultados próximos aos da Simulação dos Grandes Turbilhões (LES), obtidos por outros autores para o mesmo caso. Realizados os ajustes, o modelo é validado através da comparação com dados noturnos, obtidos por sondagens de balão cativo realizadas em um sítio experimental localizado numa área desmatada da região Amazônica, nos meses de julho e outubro de 2001 e de novembro de 2003. São simulados os perfis verticais de temperatura potencial e de umidade específica e comparados com as observações de 13 diferentes noites. A avaliação do desempenho das diferentes formulações utilizadas é feita através de uma análise estatística, utilizando dados de todas as noites. Observou-se, que os perfis verticais de temperatura potencial foram melhor representados do que os de umidade específica. Embora o modelo tenha sido capaz de reproduzir as diferentes condições de estabilidade, as noites mais estáveis foram melhor simuladas. Finalmente, é acrescentado um esquema que resolve o balanço de energia em superfície ao modelo, sendo utilizadas para este fim as condições iniciais da noite de 28 de julho de 2001. Este esquema foi utilizado para avaliar como as variáveis atmosféricas simuladas dependem da intensidade do vento no topo do domínio vertical, para as diferentes formulações analisadas e com ou sem a utilização do balanço de superfície.