Resumo Os Distúrbios Ondulatórios de Leste (DOLs) são um dos principais sistemas meteorológicos que atuam no leste do Nordeste do Brasil (NEB) entre maio e julho. O presente estudo tem como objetivo investigar os impactos das diferentes técnicas de nudging na simulação de DOLs utilizando o modelo regional Weather Research and Forecasting (WRF) a partir de três diferentes tipos de simulação, alternando entre elas diversas possibilidades do uso desta técnica: (1) utilizando o nuding de forma desligada (WRF-DF), (2) usando a técnica Analysis Nuding (WRF-AN), e (3) usando a técnica Spectral Nudging (WRF-SN). As variáveis analisadas foram a precipitação e o vento de dois episódios de DOLs que atingiram o NEB entre os dias 12 e 14 de junho de 2019. Os resultados foram comparados à reanálise do ERA-Interim e imagens dos satélites GOES 16 e METEOSAT 10. De acordo com os resultados, a simulação WRF-SN representou melhor a terceira e quarta onda dos eventos estudados, enquanto a simulação WRF-AN descreveu melhor a distribuição espaço-temporal da precipitação. A simulação WRF-DF apresentou resultados similares aos da WRF-SN. Isso indica que a utilização da técnica Spectral Nudging, apenas acima da camada limite planetária (CLP), não influencia de maneira expressiva o comportamento dos ventos ou o número de onda escolhido não é adequado para estudar os DOLs. Já a simulação WRF-AN apresentou resultados semelhantes ao da reanálise do ERA-Interim, podendo estar relacionado ao coeficiente de nudging escolhido.

Abstract From May to June, the Easterly Wave Disturbances (EWD) are one of the main meteorological systems that affect the easternmost of Northeast Brazil (NEB). In this work, the Weather Research and Forecasting (WRF) regional model was used with alternating nudging settings to probe their influence on the simulations of EWDs. The simulations were performed in three kinds: (1) without nudging (WRF-DF), (2) using analysis nudging (WRF-AN), and Spectral-Nudging (WRF-SN). In this context, precipitation and wind data from EWD episodes that passed by the NEB between the 12th and the 14th of June 2019 were studied. The results were compared with ERA-Interim reanalysis and GOES 16 and METEOSAT 10 satellite data. The analysis shows that simulations without nudging better predicted the EWD events' third and fourth waves while WRF-AN simulations better described the spatio-temporal distribution of precipitation. WRF-DF and WRF-SN's results simulations showed little difference. This shows that using the Spectral Nudging technique just above the PBL does not expressively influence the behavior of the winds, or the chosen wave number is not suitable to represent EWDs. ERA-Interim reanalysis and WRF-AN simulations showed similar results. This may be related to the chosen nudging coefficient.

Resumo Neste trabalho são analisados o desempenho e as projeções de simulações climáticas de Modelos Globais do CMIP5, e de Modelos Climáticos Regionais do CORDEX para o Nordeste do Brasil (NEB). Para este estudo, o clima do NEB foi caracterizado com base nas seguintes variáveis: temperatura do ar próximo à superfície (TAS), precipitação (PR), evapotranspiração potencial (ETo), e Índice de Aridez (IA). Na metodologia de verificação dos modelos foram utilizadas métricas estatísticas como erro quadrático médio, viés estatístico, correlação de Pearson e índice de concordância. Em geral, a média do conjunto das simulações (M) produz uma significante representação do clima recente (1985-2005) do NEB. As projeções de M para os cenários de emissões futuras de gases de efeito estufa, RCP4.5 e RCP8.5, são de aumento generalizado da temperatura, 2079-2099 (longo prazo) entre 2,1 °C (RCP4.5) e 4 °C (RCP8.5). As taxas de ETo devem aumentar no decorrer do século XXI, com a média de longo prazo no RCP8.5 15% maior do que os valores de referência do clima recente. A projeção de precipitação é mais inconclusiva devido ao espalhamento entre o conjunto das simulações, com M indicando uma anomalia de precipitação de −1,6% no RCP8.5. O IA projetado é menor na maior parte das simulações, sugerindo uma tendência de aumento de aridez sobre o NEB durante este século.

Abstract This work addresses the performance and projections of climate simulations from CMIP5 global models and CORDEX regional climate models over Northeast Brazil (NEB). For this study, NEB climate was characterized by the following variables: near surface air temperature (TAS), precipitation (PR), potential evapotranspiration (ETo), and aridity index (IA). In verification methodology of the models we utilized statistical metrics such as mean square error, statistical bias, Pearson correlation and concordance index. In general, the ensemble mean of the simulations (M) produces a significant representation of NEB recent (1985-2005) climate. The projections of M for scenarios of future emissions of greenhouse gases, RCP4.5 and RCP8.5, show generalized increase in the temperature, with 2079-2099 (long-term) temperature anomalies over NEB ranging between 2.1 °C (RCP4.5) and 4 °C (RCP8.5). The ETo rates are more likely to increase during the 21st century, with the RCP8.5 long-term mean 15% higher than reference values for recent climate. Projection of precipitation is inconclusive due to significant spread among the individual simulations, with M indicating a anomaly of −1.6% in RCP8.5 long-term mean. Projected IA is reduced in most simulations of future climate, suggesting a greater chance of increased aridity over NEB during this century.

RESUMO Este trabalho apresenta análises de projeções de mudanças nos campos de precipitação e temperatura em simulações de downscaling dinâmico no contexto do projeto CORDEX. O domínio da simulação corresponde às Américas Tropicais, mas a região de estudo se restringe a duas sub-regiões do Nordeste Brasileiro: Norte (NNEB) e Sul (SNEB). O modelo regional utilizado nas simulações foi o RAMS6.0, forçado por dados do modelo global HadGEM2-ES. Foram analisados os períodos presente e três "fatias de tempo" futuras sob o cenário climático RCP8.5. Para a precipitação e temperatura no clima presente, a simulação foi comparada com os dados do CRU com finalidade de avaliar o desempenho e os erros de viés dos modelos. O RAMS6.0 mostra-se superior ao HadGEM2-ES em aspectos como, a representação da fase do ciclo anual de precipitação e temperatura, redução do viés seco na estação seca sobre o NNEB e distribuição espacial de ambas as variáveis, especialmente temperatura. Entretanto, o RAMS6.0 também exacerba alguns erros do modelo global, como o viés úmido na estação chuvosa. No clima futuro, foram analisadas as mudanças nos valores climatológicos e nos campos anuais das duas variáveis. Alguns padrões projetados pelos dois modelos incluem redução da precipitação no inverno austral e aumento da temperatura no decorrer do século.

ABSTRACT This paper presents analysis of projected changes on precipitation and temperature perfomed by dynamical downscaling simulations in the CORDEX Project context. The simulation domain encompasses the Tropical Americas but the focus of this study is restricted to the Northeast Brazil subregions: North (NNEB) and South (SNEB). The regional model run in the simulations was RAMS6.0, forced by HadGEM2-ES global model data. The present period and three future time slices under the RCP8.5 climate scenario were analyzed. Current precipitation and temperature were compared against CRU observed data, to evaluate the performance and the biases from the regional and the global model. In comparison to the HadGEM2-ES model, RAMS6.0 is superior in some aspects as the phase representation of the annual precipitation and temperature cycle, reduction of the dry bias during the dry season over the NNEB and spatial distribution of the two variables, especially temperature. However, RAMS6.0 exacerbates some errors from the global model, like the wet bias in the rainy season. In the future climate, changes in the climatological value and annual mean fields of both variables were analyzed. Some patterns were projected by both models, like decreasing precipitation during austral winter and increasing temperature throughout the century.

Este estudo foi desenvolvido no intuito de avaliar o potencial eólico do estado do Ceará nos períodos chuvoso e seco em eventos de El Niño e La Niña. Para isso é utilizado o modelo de área limitada, Regional Modelling System (RAMS 6.0), forçado pela reanálise ERA-Interim, para simular a densidade do ar e a velocidade do vento em diferentes níveis atmosféricos. Para avaliação do desempenho do modelo, os dados simulados de velocidade do vento são comparados com dados observados, a 10 m da superfície, de estações climatológicas do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), por meio de gráficos e um conjunto de índices estatísticos. Adicionalmente, mapas mensais de velocidade média a 50 m da superfície foram feitos, classificando o potencial eólico de acordo com o National Renewable Energy Laboratory (NREL). Os resultados apresentados para avaliação do desempenho do modelo mostraram que apesar do modelo superestimar os dados observados, o índice de concordância ou Wilmott e o coeficiente de correlação apresentam valores que variam de moderado (0,40 < r < 0,69) a forte (0,70 < r < 0,89). Através do conjunto de índices estatísticos ainda foi possível extrair que nos semestres mais chuvosos e/ou em período de ocorrência do fenômeno La Niña o desempenho do modelo é melhor. Com relação à avaliação do potencial eólico, notou-se que em ocorrência de ENOS positivo há uma condição mais favorável de geração de energia do que em evento de ENOS na fase fria, principalmente na região litorânea do estado do Ceará. Com isso, conclui-se que o desempenho do modelo foi satisfatório, mostrando ser uma possível ferramenta para futuras rotinas operacionais de previsão dos recursos eólicos do Estado.

This study has been developed to evaluate the wind potential of the Ceará state in the wet and dry seasons during El Niño and La Niña events. The limited area model RAMS 6.0, forced by ERA-Interim Reanalysis, was run to simulate the air density and wind speed in different atmospherics levels. To evaluate the performance of the model, the simulated data of wind speed was compared with observed data, at 10 m height, from climatology stations of the National Institute of Meteorology (INMET), by graphics and by a group of statistical indices. Additionally, monthly maps of mean wind speed at 50 m height were drawn. The wind maps categorized the wind potential according to the classification of the National Renewable Energy Laboratory (NREL). The presented results to evaluate the performance of the model showed that although the model overestimated the observed data, the index of agreement and the correlation coefficient have values ranging from moderate (0.40 < r < 0.69) to strong (0.70 < r < 0.89). By grouping the statistical indices it was possible to conclude that in wetter semesters and/or during the occurrence of the La Niña phenomenon the model performance is better. As far as the assessment of the wind potential, it was noted that during the occurrence of positive ENSO the condition for power generation is a more favorable than during ENSO cold phase events, mainly in the coastal region of Ceará state. It is possible to conclude that the model performance was satisfactory, and thus, it could be used a possible forecasting tool on future operating routines of wind resources in Ceará state.