Fechar

@PhDThesis{Santos:2014:PrInUs,
               author = "Santos, Ariane Frassoni dos",
                title = "Problemas inversos usando o m{\'e}todo de otimiza{\c{c}}{\~a}o 
                         Firefly aplicado na parametriza{\c{c}}{\~a}o de 
                         precipita{\c{c}}{\~a}o do modelo BRAMS sobre Am{\'e}rica do 
                         Sul",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2014",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2014-02-24",
             keywords = "parametriza{\c{c}}{\~a}o convectiva, BRAMS, 
                         precipita{\c{c}}{\~a}o, convective parameterization, BRAMS, 
                         precipitation.",
             abstract = "o presente trabalho teve como objetivo aperfei{\c{c}}oar a 
                         qualidade das previs{\~o}es num{\'e}ricas de tempo do Centro de 
                         Previs{\~a}o de Tempo e Estudos Clim{\'a}ticos do Instituto 
                         Nacional de Pesquisas Espaciais (CPTEC/INPE) introduzindo o 
                         resultado da aplica{\c{c}}{\~a}o de um procedimento 
                         num{\'e}rico que objetivamente define a melhor 
                         pondera{\c{c}}{\~a}o, a partir de um conjunto de pesos 
                         {\'o}timos, para os membros do conjunto da 
                         parametriza{\c{c}}{\~a}o de cumulus precipitantes do modelo 
                         \emph{Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling 
                         System} (BRAMS). Consideraram-se os membros do conjunto de 
                         simula{\c{c}}{\~o}es de precipita{\c{c}}{\~a}o geradas 
                         utilizando cinco op{\c{c}}{\~o}es de fechamento, representando 
                         diferentes formula{\c{c}}{\~o}es para o controle din{\^a}mico 
                         da convec{\c{c}}{\~a}o (a modula{\c{c}}{\~a}o da 
                         convec{\c{c}}{\~a}o pelo ambiente de grande escala) no esquema 
                         de parametriza{\c{c}}{\~a}o convectiva profunda. A 
                         pondera{\c{c}}{\~a}o objetiva de tais membros {\'e} um problema 
                         inverso de estima{\c{c}}{\~a}o de par{\^a}metros, que foi 
                         resolvido como um problema de otimiza{\c{c}}{\~a}o. Para isso, 
                         utilizou-se o m{\'e}todo de otimiza{\c{c}}{\~a}o 
                         metaheur{\'{\i}}stico \emph{Firefiy} (FY) para minimizar a 
                         diferen{\c{c}}a quadr{\'a}tica entre o dado observado e a 
                         combina{\c{c}}{\~a}o dos diferentes campos de 
                         precipita{\c{c}}{\~a}o do modelo. Neste contexto, as 
                         caracter{\'{\i}}sticas do ver{\~a}o do m{\^e}s de janeiro dos 
                         anos de 2006, 2008 e 2010 foram analisadas. A 
                         aplica{\c{c}}{\~a}o e valida{\c{c}}{\~a}o da metodologia levou 
                         em considera{\c{c}}{\~a}o a utiliza{\c{c}}{\~a}o de campos de 
                         precipita{\c{c}}{\~a}o di{\'a}rios, definidos sobre a 
                         Am{\'e}rica do Sul e obtidos de t{\'e}cnicas de sensoriamento 
                         remoto combinadas a dados de esta{\c{c}}{\~o}es 
                         meteorol{\'o}gicas convencionais. Os pesos foram obtidos para 
                         ponderar o fluxo de massa de cada membro (os quais est{\~a}o 
                         diretamente relacionados com a precipita{\c{c}}{\~a}o) do 
                         conjunto de fechamentos. A metodologia de avalia{\c{c}}{\~a}o 
                         levou em considera{\c{c}}{\~a}o o c{\'a}lculo de m{\'e}tricas 
                         estat{\'{\i}}sticas comumente utilizadas na an{\'a}lise de 
                         dados meteorol{\'o}gicos. Os resultados indicaram que o movimento 
                         vertical em baixos n{\'{\i}}veis {\'e} o principal mecanismo 
                         para a determina{\c{c}}{\~a}o do fluxo de massa e 
                         desenvolvimento da convec{\c{c}}{\~a}o, recebendo este o maior 
                         peso no processo de treinamento. Este fechamento, conhecido na 
                         literatura como \emph{low-level Omega} ainda considera o papel da 
                         defasagem introduzida no c{\'a}lculo do fluxo de massa por levar 
                         em considera{\c{c}}{\~a}o esta propriedade em um passo de tempo 
                         anterior, simulando a atua{\c{c}}{\~a}o das correntes de ar 
                         descendentes na forma{\c{c}}{\~a}o de novas c{\'e}lulas 
                         convectivas. Considerou-se que este mecanismo tamb{\'e}m foi 
                         importante na rela{\c{c}}{\~a}o entre o fechamento e o dado 
                         observado, e teve maior import{\^a}ncia frente aos fechamentos 
                         associados ao c{\'a}lculo da energia potencial 
                         dispon{\'{\i}}vel para a convec{\c{c}}{\~a}o. O processo de 
                         treinamento produziu uma combina{\c{c}}{\~a}o tal que resultou 
                         em taxas mais realistas de aquecimento e secamento da coluna 
                         atmosf{\'e}rica. Com isso, a precipita{\c{c}}{\~a}o simulada 
                         foi melhor representada. Al{\'e}m disso, o desempenho do modelo 
                         em simular outras vari{\'a}veis atmosf{\'e}ricas tamb{\'e}m foi 
                         notado. A representa{\c{c}}{\~a}o da temperatura pr{\'o}ximo 
                         {\`a} superf{\'{\i}}cie, bem como os padr{\~o}es de 
                         press{\~a}o ao n{\'{\i}}vel m{\'e}dio do mar, foram melhor 
                         simulados em compara{\c{c}}{\~a}o com a vers{\~a}o adotada como 
                         controle do modelo BRAMS. Entretanto, verificaram-se erros 
                         sistem{\'a}ticos nos campos de vento, os quais n{\~a}o 
                         est{\~a}o diretamente relacionados ao fechamento escolhido. 
                         {\'E} necess{\'a}rio uma investiga{\c{c}}{\~a}o melhor a 
                         respeito da simula{\c{c}}{\~a}o da circula{\c{c}}{\~a}o em 
                         baixos n{\'{\i}}veis do modelo, fator este determinante para a 
                         gera{\c{c}}{\~a}o de instabilidade em diversas {\'a}reas da 
                         Am{\'e}rica do Sul. ABSTRACT: The purpose of this work was 
                         improve the skill of the weather forecasts of the Center for 
                         Weather Forecasts and Climate Studies of the National Institute 
                         for Space Research (CPTEC /INPE), considering an optimization 
                         problem applying the metaheuristic Firefiy algorithm (FY) to 
                         weight an ensemble of rainfall forecasts from daily precipitation 
                         simulations with the Brazilian developments on the Regional 
                         Atmospheric Modeling System (BRAMS) over South America. The summer 
                         characteristics of January 2006,2008 and 2010 were performed using 
                         this model. The method was addressed as a parameter estimation 
                         problem to weight the ensemble of precipitation forecasts carried 
                         out using different options of the convective parameterization 
                         scheme. Ensemble simulations were performed using different 
                         choices of closures, representing different formulations of 
                         dynamic control (the convection modulation by the environment) in 
                         a deep convection scheme. As a result, the precipitation forecasts 
                         can be combined in several ways, generating a numerical 
                         representation of precipitation and atmospheric heating and 
                         moistening rates. The purpose of this study was to generate a set 
                         of weights to compute a best combination of the convective scheme 
                         hypothesis. To minimize the difference between observed data and 
                         forecasted precipitation, the objective function was computed with 
                         the quadratic difference between five simulated precipitation 
                         fields and observations. The application and validation of the 
                         methodology was carried out using daily precipitation fields, de 
                         fined over South America and obtained by merging remote sensing 
                         estimations with rain gauge observations and precipitation field 
                         estimated by the Tropical Rainfall Measuring Mission satellite. 
                         The quadratic difference between the model and observed data was 
                         used as the objective function to determine the best combination 
                         of the ensemble members to reproduce the observations. Weights 
                         were obtained using the FY and the mass fiuxes of each closure of 
                         the convective scheme were weighted generating a new set of mass 
                         fiuxes. The validation of the methodology was carried out using 
                         classical statistical scores. The results indicated the low-level 
                         omega as the main physical component to weight the ensemble of 
                         closures. The importance of the vertical motion and the role of 
                         the time lag induced in the closure that relates the importance of 
                         the downdrafts to trigger new convective cells were highlighted in 
                         the high weighted parameters associated. The algorithm had 
                         produced the best combination of the weights, resulting in heating 
                         and drying rates more realistically and consequently precipitation 
                         simulations closest to the observations. In addition, a better 
                         skill of the model to simulate meteorological variables was 
                         observed, as temperature near surface and sea level pressure, as 
                         closest to the observation as compared with the ensemble mean 
                         calculation of the control run. However, there were systematic 
                         errors in the low-level wind fields, which are not directly 
                         related to the chosen closure. Better research regarding the 
                         simulation of low level circulation model should be done, due to 
                         the important issue for generating instability in many areas of 
                         South America.",
            committee = "Sansigolo, Cl{\'o}vis Angeli (presidente) and Gan, Manoel Alonso 
                         (orientador) and Freitas, Saulo Ribeiro de (orientador) and 
                         Stephany, Stephan and Silva, Cl{\'a}udio Mois{\'e}s Santos e and 
                         Dias, Pedro Leite da Silva",
         englishtitle = "Inverse Problems using the optimization method Firefly applied in 
                         the precipitation parameterization of the model BRAMS over South 
                         America",
             language = "pt",
                pages = "350",
                  ibi = "8JMKD3MGP7W/3FAJLRP",
                  url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP7W/3FAJLRP",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "30 abr. 2024"
}


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