ABSTRACT Fog is an atmospheric phenomenon that reduces horizontal visibility to 1000 m or less. These phenomena affect different human activities, mainly those associated with air, maritime, and road transport. Rio Grande city, located in southern Brazil, has one of the main Brazilian ports, and fog occurrences at this location cause several inconveniences, such as the interruption of port activities and increases in operating costs. Thus, a better understanding of fog formation and dissipation, and the consequent improvement in its forecasts, can bring significant help to the port activities in that region. Therefore, this work seeks to evaluate the WRF model’s ability to simulate fog events in Rio Grande city. Four study cases of dense fogs were performed for this goal, as well as a sensitivity test to select the best vertical resolution configuration of the model. Meteorological data from the Rio Grande pilotage station and the Brazilian Coastal Monitoring System buoys were analyzed. Satellite images and synoptic charts were also analyzed for the study cases. The numerical simulations were performed using the WRF model with three nested domains, where 1 km was the highest horizontal resolution. The Fog Stability Index (FSI) and two estimates of horizontal visibility were evaluated. Simulations show promising results, highlighting the ability of the model to identify the fog occurrence in the area of interest and represent aspects of its dissipation process. Furthermore, it is noteworthy that the FSI and the evaluated visibility estimates were sensitive to the occurrence of the events.

RESUMEN La niebla es un fenómeno atmosférico que reduce la visibilidad horizontal a 1000 m o menos. Este tipo de fenómenos afecta diferentes actividades, especialmente las asociadas con los transportes aéreo, marítimo y terrestre. La ciudad de Rio Grande, ubicada en el sur de Brasil, posee uno de los principales puertos de Brasil, y la ocurrencia de niebla en este lugar provoca inconvenientes como la interrupción de las actividades portuarias y el aumento de los costos operativos. Así, una mejor comprensión de la formación y disipación de la niebla y la mejora de sus pronósticos pueden ayudar a las actividades portuarias en esta región. Por lo tanto, este trabajo busca evaluar la capacidad del modelo WRF para simular eventos de niebla en Río Grande. Para ello se seleccionaron cuatro estudios de caso de niebla intensa, así como una prueba de sensibilidad para seleccionar la mejor configuración de resolución vertical del modelo. Los datos meteorológicos fueron analizados desde la estación de pilotaje de Río Grande y las boyas del Sistema de Monitoreo Costero Brasileño. También se analizaron imágenes satelitales y gráficos sinópticos. Las simulaciones numéricas se realizaron utilizando el modelo WRF con tres dominios anidados, donde la resolución horizontal más alta fue de 1 km. Se evaluaron el índice de estabilidad de la niebla (FSI, por su sigla en inglés) y otras dos estimaciones de visibilidad horizontal. Las simulaciones arrojaron resultados prometedores, destacando la capacidad del modelo para identificar la ocurrencia de niebla en el área de interés, además de representar aspectos de su proceso de disipación. Además, el FSI y las estimaciones de visibilidad fueran sensibles a los eventos.

ABSTRACT The South Atlantic Convergence Zone (SACZ) is an atmospheric phenomenon typical of summertime where a band of nebulosity causes intense or persistent rainfall in many regions of Brazil. SACZ episodes can be responsible for many natural disasters. Besides, the impacts of rainfall on water availability and consequently on the energy sector are extensive. The main objective of this study was to investigate the implementation of the SACZ index as an objective forecasting tool using input data from the Global Forecast System (GFS) model. Initially, we compared the index with the SACZ events identified by the Center for Weather Forecasting and Climate Studies (CPTEC ) from 2017 to 2021. Results showed that the index represented all events identified SACZs by CPTEC. Finally, we used data from the GFS 0.25 Degree from 2017 to 2021 to calculate Accuracy, Probability of detection, and False alarm ratio to evaluate the SACZ index as a prediction tool. Three thresholds are defined for the binary classification of a possible SACZ event. Results showed that above the most sensitive threshold (h1), within 10 days in advance, the sign of a possible SACZ can be detected. For the intermediate threshold (h2), a forecast of 96 h can detect a sign. For the most specific threshold (h3), the index can detect the event within 72 h in advance with a probability of detection of almost 90%. The SACZ index proved to be an efficient tool for detecting the dynamics of the phenomenon and can be used to assist operationally and in decision-making.

RESUMEN La Zona de Convergencia del Atlántico Sur (SACZ, por su sigla en inglés) es un fenómeno atmosférico típico del verano en América del Sur, donde una banda de nebulosidad provoca lluvias intensas o persistentes en muchas regiones de Brasil. Los episodios de SACZ pueden ser responsables de muchos desastres naturales. Además, los impactos de las precipitaciones sobre la disponibilidad de agua y, en consecuencia, sobre el sector energético son amplios. El objetivo principal de este estudio fue investigar la implementación del índice SACZ como una herramienta de pronóstico objetivo utilizando como entrada datos del Sistema Global de Predicción (GFS). Inicialmente se comparó el índice con eventos SACZ identificados por el Centro de Pronóstico del Tiempo y Estudios Climáticos (CPTEC) de 2017 a 2021. Los resultados mostraron que el índice representaba todos los eventos que el CPTEC identificó como SACZ . Finalmente, se utilizaron datos del Pronóstico Global GFS de 0.25º de 2017 a 2021 para calcular la Precisión, la Probabilidad de detección y el Índice de falsas alarmas con el fin de evaluar el índice SACZ como herramienta de predicción. Se definieron tres umbrales para una clasificación binaria de un posible evento SACZ. Los resultados mostraron que por encima del umbral más sensible (h1) se puede detectar el signo de una posible SACZ con 10 días de antelación. Para el umbral intermedio (h2), una previsión de 96 h puede detectar una señal. Para el umbral más específico (h3), el índice puede detectar el evento con 72 h de anticipación con una probabilidad de detección de casi 90 %. La aplicación del índice SACZ demostró ser una herramienta eficaz para detectar la dinámica del fenómeno, pudiendo utilizarse para auxiliar en la operación y toma de decisiones.

ABSTRACT The South American monsoon system (SAMS) refers to the strong seasonal variability in precipitation observed over South America, with high precipitation amounts during the summer while winter is the driest season. The aim of this work is to understand how different global reanalysis precipitation datasets (NCEP-2, ERA-Interim and CFSR-1) represent rainfall patterns and intensity associated with SAMS in comparison to gauge-based analysis (CPC). The results show that reanalysis products have some difficulties in simulating both spatial distribution and intensity of the observed precipitation. However, ERA-Interim seems to better correlate with the observed variability in precipitation during the austral warm season. The intensity and positioning of the 850-hPa moisture fluxes and the associated divergence patterns might explain differences found in precipitation from the three global reanalysis products in the SAMS core region.

RESUMEN El sistema del monzón sudamericano (SAMS, por sus siglas en inglés) se refiere a la fuerte variabilidad estacional de la precipitación observada en América del Sur, con lluvias intensas durante el verano, mientras que el invierno es la estación más seca. El objetivo de este trabajo es explicar cómo los diferentes conjuntos de datos de precipitación de reanálisis global (NCEP-2, ERA-Interim y CFSR-1) representan los patrones de lluvia y su intensidad asociados con el SAMS en comparación con el análisis basado en medidores (CPC). Los resultados muestran que los productos de reanálisis tienen algunas dificultades para simular tanto la distribución espacial como la intensidad de la precipitación observada. Sin embargo, ERA-Interim parece correlacionarse mejor con la variabilidad observada en la precipitación durante la temporada cálida austral. La intensidad y el posicionamiento de los flujos de humedad a 850 hPa y los patrones de divergencia asociados podrían explicar las diferencias encontradas en la precipitación de tres productos de reanálisis global en la región central del SAMS.

O objetivo desse estudo é a analise dos efeitos dos parâmetros de configuração do modelo CALMET sobre a simulação da circulação atmosférica em superfície nas Bacias Aéreas I e III da Região Metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ). O estudo foi realizado para um período em que a RMRJ estava sob a atuação de um sistema de alta pressão, que não influenciou significativamente as circulações locais na região. A análise conjunta dos resultados indica que a melhor configuração para simulações do campo de vento na RMRJ com o sistema combinado de modelagem MM5/CALMET é obtida utilizando o valor de 10 km para o parâmetro TERRAD e Raio de Influência entre 7 e 10 km.

The aim of this study is to analyze the effects of configuration parameters of the CALMET model on the simulation of atmospheric circulation over the surface at Air basins I and III on the Metropolitan Region of Rio de Janeiro (RMRJ). The study was conducted in a period when the RMRJ was under a high-pressure acting system, which not strongly influenced the local circulation over the region. The joint analysis of all results show that the best configuration for wind field simulations at the RMRJ, with the combined MM5/CALMET modeling is obtained using the value of 10 km for the TERRAD parameter and between 7 and 10 km for the influence radius.

O trabalho aborda a caracterização do regime de vento em diversos setores da Região Metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ), evidenciando a influência do ciclo diário e dos aspectos topográficos nas circulações locais. Na avaliação do padrão de vento foram utilizados dados horários provenientes de estações meteorológicas automáticas de superfície, organizados em gráficos de frequência de vento para o ciclo diário. Finalmente, os resultados evidenciam a modulação da circulação local de acordo com a atuação do sistema de brisa marítima-terrestre. Pode-se destacar a ocorrência de elevados percentuais de calmaria na estação Afonsos, caracterizando-a como uma região de estagnação, influenciada principalmente pelas feições topográficas locais. Este estudo disponibiliza um importante detalhamento da orientação e frequência do vento próximo à superfície, oferecendo subsídios adicionais às autoridades públicas para o aperfeiçoamento de suas políticas de gestão ambiental para a região.

This study deals with the characterization of surface wind regime in several sectors of Rio de Janeiro Metropolitan Region, and demonstrates the influence of daily wind cycle and the topographic aspects in the local wind circulations. For the evaluation of the wind pattern, it was used hourly data from different automatic surface meteorological stations. Afterward, these hourly data were organized in daily wind frequency. The results clearly showed that the modulation of local wind circulation follows the sea-land breeze system. It was remarkable the high percentage of calm wind conditions observed in the Afonsos weather station, which characterizes this station as a stagnation region influenced essentially by its local topographic features. Finally, this study provides large database on the direction and frequency of surface wind in the Rio de Janeiro Metropolitan Region, which could be used by the public authorities to improve their environmental management policy for the region.