O documento discute a regionalização de cenários de mudanças climáticas na América do Sul usando o modelo regional Eta. Ele descreve novos cenários e desenvolvimentos no modelo Eta, incluindo simulações com maior resolução espacial e temporal e novas variáveis processadas. Além disso, apresenta projeções regionais de temperatura e precipitação para o período de 2016-2100 usando três modelos globais acoplados ao modelo regional Eta.

1. Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
CENÁRIOS DE MUDANÇAS CLIMÁTICAS:
REGIONALIZAÇÃO
(‘downscaling’)
Chou Sin Chan
chou@cptec.inpe.br
+55-12-3186-8424 1

2. Special Report on Emission Scenarios (SRES,2000)
AR4
2

3. NOVOS CENÁRIOS USADOS NO IPCC AR5
RCP - Representative Concentration Pathway
Integrated Assessment
Models
( IA Models )
Land use included
3

4. PROJEÇÕES DO IPCC AR5
TEMP
CHUVA
4

5. PORQUE GERAR NOVAS SIMULAÇÕES DE MUDANÇAS CLIMÁTICAS?
1. Em geral, foram introduzidas melhorias nos modelos globais que acrescentaram
processos importantes para mudanças climáticas, como ciclos biogeoquímicos
(“Earth System Model”);
2. A simulação da temperatura da superfície melhorou com correlaçãp espacial de
0.99; e a correlação da precipitação passou de 0.77 em AR4 para 0.82 em AR5.
12
10
8
6
4
2
0
TSA
PRECIP RMSE
J F M A M J J A S O N D
TSA
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00
CMIP5 CMIP3
J F M A M J J A S O N D
CMIP5
CMIP3
Avaliação do ciclo anual da precipitação período 1980-1999 de 44 modelos do AR5.
5

6. Projeções para América do Sul a partir de 42 modelos globais, RCP 4.5 (IPCC, 2013)
DJF
Temperatura
AMZ NEB
2016-2035
2046-2065
2081-2100
25% 50% 75%
6

7. Projeções para América do Sul a partir de 42 modelos globais, RCP 4.5 (IPCC, 2013)
ONDJFM
Precipitação
AMZ NEB
2016-2035
2046-2065
2081-2100
25% 50% 75%
7

8. (IPCC, 2013)
8

9. 9
1961-1990 simulations
using Eta Model forced by HadCM3 historical 4-member runs
(Chou et al 2012, CliDyn)
HadCM3 ~ 300 km
Eta – 40 km
Em estudos de impactos,
vulnerabilidade e adaptação, é
adequado empregar maior
detalhamento que os modelos
globais pois estes estudos têm
caráter local.
Os modelos atmosféricos
regionais provem o
detalhamento do modelo global
(‘downscaling’) para um
determinado período de tempo
e para uma determinada região.
High, mid, low, unperturbed

10. A B C
D E F
10
Development of regional future
climate change scenarios in South
America using the Eta - HadCM3
climate change projections:
Climatology and regional analyses
for the Amazon, São Francisco
and and the Parana River Basins
(Marengo et al 2012, CliDyn)
DJF
JJA
DJF
JJA
2010-40 2041-70 2071-2100
H I
G
J K L
Cenário A1B, 4 membros
A-F: Precipitação P (%)
G-L: Temperatura do ar (oC)

11. 11
Novos cenários
&
Desenvolvimentos do Modelo Eta

12. Modelo Eta
características
•Convection:
1. Betts-Miller-Janjic scheme,
• Stratiform rain: 1. Zhao scheme
• Turbulence: Mellor Yamada 2.5, MO
surface layer, Paulson functions
• Radiation: GFDL package
• Land surface scheme:
•NOAH scheme, 4 soil layers,
• L.B.C.
• OAGCM,
• Initial soil moisture :monthly climatology
• Initial albedo: seasonal climatology
•Changes in calculations of Ps, fluxes over
ocean, 10-m winds.
• Domains
•Most part of South America
•Southeast Brazil
•Northeast Brazil
• Resolution: 40 km/38 layers;
•15km/50 layers;
• 5km/50 layers NH
• Grid-point model
•Arakawa E grid and Lorenz grid
• Refined Eta vertical coordi (Mesinger,
1984; Mesinger et al 2012)
•Prognostic variables: T, q, u, v, ps, TKE,
cloud water/ice, hydrometeors
•Time integration:
•2 level, split-explicit
•Adjustmet: forward-backward
•Horiz.Advection: first forward and
then centered
•Vert Advection: Piecewise Linear
Scheme > finite-volume Model
12

13. 13
NOVA ESTRATÉGIA DE DOWNSCALING
apoio do MCTI, SAE e PNUD
1. HadGEM2-ES
2. BESM
3. MIROC5 *
1. RCP 4.5
2. RCP 8.5
- 3 modelos globais
- 2 cenários de emissão
Aumento da resolução dos modelos globais;
Aumento da resolução do modelo regional Eta
Eta – 20 km
Eta – 20 km

14. DJF MAM JJA SON
14
NOVO DOWNSCALING
Eta/HadGEM2-ES
HadGEM2-ES: Hadley Centre, Grã Bretanha
1.875°x1.250° , 38 níveis, 1/3 graus nos trópicos e 1 grau em latitudes maiores que
30N/S no oceano, 40 níveis; vegetação dinâmica TRIFFID
(Collins et al 2008; Martin et al 2011)
OBS
(CRU)
Eta/HadGEM
Precipitação média 1961-1990 (mm/dia)

15. NOVO DOWNSCALING
Eta/BESM 2.3.1
BESM: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Brasil
T62 (aprox. 250 km x 250 km) , 28 níveis, ¼ grau no oceano MOM4, 50 níveis
Nobre et al., 2013
OBS
(CRU)
Eta/BESM
DJF MAM JJA SON
Precipitação média 1961-1990 (mm/dia)
15

16. NOVO DOWNSCALING
Eta/MIROC5
MIROC5: Univ. of Tokyo, National Institute for Environmental Studies, e Japan Agency for
Marine-Earth Science and Technology
T85 (aprox. 156 km) , 40 níveis, 1.4o lat x 0.5-1.4o lon no oceano COCO 4.5, 50 níveis
Watanabe et al 2010
OBS
(CRU)
Eta/MIROC5
DJF MAM JJA SON
Precipitação média 1961-1970 (mm/dia)
16

17. PROJEÇÕES FUTURAS de Eta-HadGEM2-ES, Eta-MIROC5
RCP 8.5, RCP 4.5
DIFERENÇA entre climas futuros e o clima presente 1961-1990

18. PROJEÇÕES FUTURAS de Eta-HadGEM2-ES, Eta-MIROC5
RCP 8.5, RCP 4.5
DIFERENÇA entre climas futuros e o clima presente 1961-1990

19. 19
PROJEÇÕES FUTURAS 2011-2040
Eta/HadGEM2-ES – RCP 8.5 : TENDÊNCIA DOS EXTREMOS
PRCPTOT CDD RX5DAY
TN10p TX90p WSDI 19

20. VERSÃO NÃO-HIDROSTÁTICA PARA ESTUDOS EM ALTA RESOLUÇÃO
Eta-20km 315 x 625 x 50 pontos
Eta-5km
1961-2100
3h/3h
RCP 8.5, BESM
1 simulação Eta-5km
20

21. VERSÃO NÃO-HIDROSTÁTICA PARA ESTUDOS EM ALTA RESOLUÇÃO
21
Change of land use:
Urban vegetation> increase
of convective precipitation
Caroline Mourão, 2010

22. VERSÃO Eta- 5km : SIMULAÇÃO de CHUVA JANEIRO, MÉDIA de 5 anos
22
OBS
CRU
OBS
CMORPH
Eta-5km
Precipitação simulada,
média de JANEIRO, 5 anos

23. Variáveis pós-processadas do Modelo Eta (34)
USSL - Umidade do Solo Cont. 0.1 m 0-1
UZRS - Umidade do Solo Cont. 0.4 m 0-1
SMAV - Umidade do Solo Disponível 0-1
RNOF - Runoff a Superfície 3h kg/m²/s
RNSG - Runoff subterraneo 3h kg/m²/s
EVPP - Evapotransp potencial a spf m
LWNV - Fração de Nuvens Baixas 0-1
MDNV - Fração de Nuvens Médias 0-1
HINV - Fração de Nuvens Altas 0-1
OCIS - Rad de onda curta inc a spf W/m²
OLIS - Rad de onda longa inc a spf W/m²
OCES - Rad de onda curta emerg a spf W/m²
OLES - Rad de onda longa emerg a spf W/m²
ROCE - Rad de onda curta emerg TOA W/m²
ROLE - Rad de onda longa emerg TOA W/m²
ALBE - Albedo de Superfície 0-1
CAPE - CAPE J/kg
AGPL - Água Precipitável mm
ZGEO 20 Altura Geopotencial m
UVEL 20 Vento Zonal m/s
VVEL 20 Vento Meridional m/s
TEMP 20 Temperatura K
UMRL 20 Umidade Relativa %
OMEG 20 Omega hPa/s
UMES 20 Umidade Específica kg/kg
Variável Descrição Unid.
PSLM - Pressão no Nível Médio do Mar hPa
PSLC - Pressão a Superfície hPa
TP2M - Temperatura do ar a 2m K
MXTP - TemperaturaMáxima das 3h K
MNTP - Temperatura Mínima das 3h K
DP2M
-
Temperatura do ponto de
orvalho a 2 m
K
U10M - U 10 m m/s
V10M - V 10 m m/s
U100 - U 100 m m/s
V100 - V 100 m m/s
PREC - Precipitação Total 3 h m
PRCV - Precipitação Convectiva 3 h m
PRGE - Precipitação de microfísica 3 h m
NEVE - Neve acumulada em 3 h m
CLSF - Fluxo de Calor Latente a spf W/m²
CSSF - Fluxo de Calor Sensível a spf W/m²
GHFL - Fluxo de Calor no solo W/m²
TSFC - Temperatura da Superfície K
TGSC - Temperatura do Solo 0.1 m K
TGRZ - Temperatura do Solo 0.4 m K
23

24. Arquivos de saída em binario simples
3h/3h: Eta_HG2ES_Hist_20km1960010100+YYYYMMDDHH_2D: 132481 arquivos binários
2.6 TB
6h/6h: Eta_HG2ES_Hist_20km1960010100+YYYYMMDDHH_3D: 64241 arquivos binários
4.7 TB
TOTAL cada conjunto de 30 anos : 7.3 TB
Variável Arquivos Nº Arquivos Unidade
PREC
Eta_HG2ES_Hist_20km_Prec_1960010100_2D.bin
…
Eta_HG2ES_Hist_20km_Prec_2005010100_2D.bin
132481
69 GB
mm/3 horas
PREC
Eta_HG2ES_Hist_20km_Prec_Diaria_19600101.bin
…
Eta_HG2ES_Hist_20km_Prec_Diaria_20051230.bin
16560
8,6 GB
mm/dia
TP2M
MXTP
MNTP
Eta_HG2ES_Hist_20km_Temp_1960010100_2D.bin
…
Eta_HG2ES_Hist_20km_Temp_2005010100_2D.bin
132481
205 GB
K
TP2M
MXTP
MNTP
Eta_HG2ES_Hist_20km_Temp_Diaria_19600101.bin
…
Eta_HG2ES_Hist_20km_Temp_Diaria_20051230.bin
16560
26 GB
K
24

25. Arquivos de saída em TXT - precipitação
25

26. CUIDADOS
1. 360 dias/ano; 365 dia/ano; 365-6 dias/ano
2. Não há calendário, integrações iniciadas em cerca de 1800
3. Tratar propriedades estatísticas
4. Necessidade de avaliação das simulações para cada aplicação
5. Valores dos modelos não são pontuais
26

27. 27
Obrigada!
chou@cptec.inpe.br
12-3186-8424

28. EQUIPE
Força tarefa
Consultores:
PNUD/MCTI
PNUD/SAE
Analistas/programadores
1. Adan Silva adan_jps@Hotmail.com
2. Daniela Carneiro danic_Rodrigues@yahoo.com.br
3. Diego Campos diandradecampos@yahoo.com
4. Diego Chagas diegodjc@gmail.com
5. Gracielle Siqueira graciqueira@gmail.com
6. Gustavo Sueiro Gustavo.sueiro@cptec.inpe.br
Meteorologistas
1. André Lyra Andrelyra1@gmail.com
2. Caroline Mourão carolmourao@gmail.com
3. Claudine Dereczynski claudinedereczynski@gmail.com
4. Isabel Pilotto isabelpilotto@gmail.com
5. Jorge Gomes jorgeluisgomes@gmail.com
6. Priscila Tavares priltavares@gmail.com
28