%0 Thesis
%4 sid.inpe.br/mtc-m21c/2018/07.04.14.13
%2 sid.inpe.br/mtc-m21c/2018/07.04.14.13.20
%T O potencial do PWV-GPS em predizer tempestades: estudo de caso de linhas de instabilidade
%J The PWV-GPS potential in forecasting thunderstorm events: case study of the squall line
%D 2018
%8 2018-08-03
%9 Tese (Doutorado em Meteorologia)
%P 125
%A Campos, Thamiris Luisa de Oliveira Brandão,
%E Aravéquia, José Antonio (presidente),
%E Sapucci, Luiz Fernando (orientador),
%E Angelis, Carlos Frederico de,
%E Gandu, Adilson Wagner,
%I Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
%C São José dos Campos
%K PWV-GPS, água precipitável, GSI/WRF, assimilação de dados, linha de instabilidade, PWV-GPS, precipitable water, GSI/WRF, data assimilation, behavior, squall line.
%X O GPS (Global Positioning System) consiste em uma constelação de satélites que transmitem sinais de rádio frequência para um grande número de usuários para as mais variadas aplicações, desde definição de rotas, até aplicações militares. Para as ciências atmosféricas, uma aplicação GPS que se destaca é a quantificação do vapor dágua precipitável-PWV (acrônimo em inglês de Precipitable Water Vapor). Os valores de vapor dágua precipitável obtidos por GPS (PWV-GPS) além de apresentar qualidade semelhante aos obtidos por radiossondas (medidas em loco), podem ser obtidos com alta resolução temporal. Explorando essa característica alguns estudos têm capturado padrões de aumento do PWV-GPS antes de precipitações intensas, o que tem contribuído para melhor predizer tempestades. A relação entre as tempestades e o comportamento do PWV-GPS é altamente complexa e não linear, na qual diversos aspectos devem ser considerados. As linhas de instabilidade são fenômenos de mesoescala, caracterizados por aglomerados de nuvens convectivas em forma de linha com grande extensão horizontal, as quais são responsáveis por grandes acumulados de chuva. Visando compreender melhor as linhas de instabilidade que se formam na costa norte do Brasil e a variabilidade espacial e temporal da umidade atmosférica, bem como a precipitação à elas associadas, o Projeto CHUVA instalou, junto aos seus equipamentos já utilizados em outras campanhas, uma rede densa de 15 receptores GPS de base terrestre na cidade de Belém-PA durante o mês de junho de 2011. Esse conjunto abundante de dados PWV-GPS e informações da precipitação usando radar e outros equipamentos, criou um laboratório quase ideal para investigar o potencial das observações GPS e sua relação com a ocorrência das tempestades. Assim, o presente estudo investiga a tese de que as estimativas PWV-GPS apresentam potencial para contribuir no aprimoramento das previsões de curtíssimo prazo de precipitação intensa associadas às linhas de instabilidade. Para isso duas frentes de pesquisa foram exploradas. Uma primeira visando desenvolver uma metodologia baseada apenas nos dados PWV-GPS capaz de prever as precipitações que ocorreram durante a atuação das linhas de instabilidade. E uma segunda através da assimilação do PWV-GPS em um modelo de alta resolução, avaliar o impacto nas precipitações, quanto o posicionamento, abrangência e a intensidade das tempestades. Os resultados mostram uma elevação significativa seguida de uma queda de PWV-GPS, que ocorrem em torno de 30 minutos antes do pico de precipitações intensas, o que permitiu definir alguns critérios que permitem prever com margem de acerto de 75% a ocorrência da tempestades associado a passagem das linhas de instabilidade. Quanto à assimilação do PWV-GPS, os resultados mostraram que utilizando uma configuração adequada do sistema de assimilação/previsão o impacto é positivo na melhoria do posicionamento dos eventos de precipitação, embora se observe uma superestimativa na intensidade e abrangência. Os resultados encontrados nesta pesquisa evidenciam o potencial das observações GPS em aplicações nowcasting de eventos extremos. ABSTRACT: Global Positioning System (GPS) consists of a constellation of satellites that transmit radio frequency signals to a large number of users with the most varied applications. To atmospheric sciences, a GPS application that stands out is the quantification of precipitable water vapor-PWV (Precipitable Water Vapor). The values of precipitated water vapor obtained by GPS (PWV-GPS) in addition to presenting similar quality to those obtained by radiosondes (measured in loco), can be obtained with high temporal resolution. Exploring this feature, some studies have been able to capture PWV-GPS growth patterns before intense precipitation, which has contributed to better predict storms. The relationship between the storms and the behavior of the PWV-GPS is highly complex and non-linear, in which several aspects must be considered. The squall lines are mesoscale phenomena, characterized by clusters of convective clouds in the form of a line with great horizontal extension, which are responsible for large accumulations of rainfall. Aiming to better understand about the squall lines that form on the north coast of Brazil and the spatial and temporal variability of atmospheric humidity, as well as the precipitation associated with them, the CHUVA Project installed, along with its equipment already used in other campaigns, a network dense study of 15 ground based GPS in the city of Belém-PA during the month of June 2011. This abundant set of PWV-GPS data and precipitation information using radar and other equipment has created an almost ideal laboratory to investigate the potential of observations and their relation with the occurrence of storms. Thus, the present study investigates the thesis that the PWV-GPS estimates have the potential to contribute to the improvement of the very short-term forecasts of intense precipitation associated with squall lines. Two fronts of research were explored. A first aim was to develop a methodology based only on PWV-GPS data capable of predicting the precipitations that occurred during the performance of the instability lines. And a second through the assimilation of the PWV-GPS in a high-resolution model, assess the impact on precipitation forecast, as well as the positioning, range and intensity of the storms. The results show a significant increase followed by a decrease of PWV-GPS, occurring around 30 minutes before the peak of intense precipitation, which allowed to define some criteria that allow predicting with a margin of success of 75 % the occurrence of storms associated with the passage of instability lines. Regarding the assimilation of the PWV-GPS, the results showed that using a suitable configuration of the assimilation/ prediction system, the impact is positive in improving the positioning of precipitation events, although an overestimation of intensity and comprehensiveness is observed. The results found in this research evidence the potential of GPS observations in nowcasting applications of extreme precipitation events.
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%3 publicacao.pdf