Resumo Este trabalho possui dois objetivos principais, o primeiro é apresentar uma descrição de como o modelo atmosférico BRAMS foi estruturado com o intuito de capacitá-lo a simular a emissão, dispersão e sedimentação de cinzas vulcânicas; o segundo é fazer uma análise de sensibilidade com relação a diversas configurações do modelo, com o intuito de obter uma configuração adequada para prever a concentração de cinzas vulcânicas após eventos eruptivos. Avaliando os resultados do modelo com dados observados, principalmente com relação ao satélite CALIPSO, concluiu-se que o modelo BRAMS foi capaz de simular e prever com relativa precisão a posição e concentração das cinzas vulcânicas na atmosfera.

Abstract This work has two main goals, the first is provide a description of how the atmospheric BRAMS model was structured in order to enable it to simulate the emission, dispersion and sedimentation of volcanic ash; the second is do a sensitivity analysis, with respect to several configurations of the model, in order to obtain an optimized configuration for predict the volcanic ash concentration after eruptive events. Comparing model results with observed data, mostly related with CALIPSO satellite, we concluded that the BRAMS model was able to simulate and forecast with relative accuracy the location, sedimentation and concentration of volcanic ash in the atmosphere.

Este trabalho apresenta a análise da convecção resolvida explicitamente pelo modelo BRAMS, referentes ao projeto CHUVA, a partir da comparação com a convecção real presente nas imagens de satélites. Radiâncias em diferentes canais do infravermelho e micro-ondas, medidas pelos sensores GOES-imager e SSMI-S, foram simuladas pelo modelo de transferência radiativa RTTOV e comparadas às respectivas radiâncias medidas pelos sensores reais. Para tais simulações, os perfis atmosféricos provenientes do BRAMS foram utilizados como vetor estado da atmosfera. Devido à natureza caótica da atmosfera, principalmente na escala de nuvens, é inviável realizar a comparação entre as radiâncias simuladas e as medidas reais considerando a mesma posição geográfica. Portanto, as comparações foram feitas verificando se o modelo reproduz os aspectos gerais da convecção resolvida pelo modelo, independente da posição geográfica das nuvens. O projeto CHUVA realizou experimentos de campo em sete sítios com diferentes padrões climáticos, visando estudar os regimes de precipitação presentes no Brasil. A metodologia de análise apresentada foca apenas nas simulações referentes ao experimento Vale do Paraíba. Os resultados indicam que tal método de análise é viável para a análise das simulações dos demais experimentos de campo do projeto.

This work shows the analysis of the convection explicitly resolved by BRAMS model, done as part of the CHUVA project, where the resolved clouds and the ones present on real satellite images were compared. Radiances at infrared and microwave channels of GOES-Imager and SSMI-S were simulated using the radiative transfe rmodel RTTOV and then compared to its respective real images. The atmospheric profiles simulated by BRAMS were used as state vector to RTTOV. This comparison verified if the BRAMS was capable to reproduce the general behavior of the convection, despite erros in the geographic placement of individual clouds. For CHUVA project, seven field experiments over different locations of Brazil, dominated by distinct climate patterns, were done to study the various preciptation regimes over the country. The metodology presented here was applied only on the Vale do Paraiba experiment and the results shows that this metodology can be applied to the other field experiments of the CHUVA project.

As previsões climáticas sazonais têm contribuído efetivamente para o planejamento de atividades de diversos setores da sociedade, tais como, energia, agricultura e saúde. A necessidade de um maior detalhamento das previsões, através da diminuição da escala espacial da informação climática, tem concentrado nos últimos anos esforços científicos em várias regiões do globo. A aplicação da técnica de redução de escala através da modelagem dinâmica regional, conhecida como downscaling dinâmico, vem sendo utilizada com esse objetivo. Desta forma, o presente trabalho teve como objetivo calibrar e avaliar o modelo regional BRAMS, aninhado unidirecionalmente ao modelo global MCGA/CPTEC, em prever os eventos climáticos extremos de 1983 (El Niño) e 1989 (La Niña) sobre a América do Sul (AS), para o trimestre março-abril-maio (MAM). As previsões com o BRAMS foram produzidas na resolução espacial de 30 km, tendo como condições de contorno a temperatura da superfície do mar persistida e a umidade do solo climatológica. Após o processo de calibração, o modelo BRAMS conseguiu capturar o padrão de precipitação associada aos eventos climáticos extremos, como a redução (aumento) da precipitação principalmente no leste da região Norte e Nordeste do Brasil e o aumento (redução) de precipitação na região Sul para o ano e 1983 (1989).

The seasonal climate predictions have effectively contributed to the planning on various sectors of society, such as energy, agriculture and health activities. The need for more detailed forecasts by increasing spatial resolution climate information has concentrated research efforts recently in various regions of the globe. Downscaling technique by regional dynamic modeling, known as dynamic downscaling, has been used for this purpose. Thus, the present study aimed to evaluate and calibrate the regional BRAMS model, unidirectionally nested with AGCM/CPTEC global model, in predicting the extreme weather events of 1983 (El Niño) and 1989 (La Niña) over South America (SA) for March-April-May (MAM). The predictions were produced at spatial resolution of 30 km, having the persisted sea surface temperature and climatological soil moisture as boundary conditions. After the calibration process, the BRAMS was able to capture the rainfall pattern associated with extreme weather events, such as the decrease (increase) in precipitation pattern mainly on the eastern of North region and Northeast Brazil, and the increase (decrease) of rainfall in the Southern region for the year 1983 (1989).

O objetivo deste artigo é mostrar o impacto da implementação de uma função de disparo da convecção na parametrização convectiva de Grell e Devenyi, contida no modelo atmosférico regional BRAMS (Brazilian developments on Regional Atmospheric Model). Para verificar o ciclo de precipitação foi usado um conjunto de dados do período chuvoso de 1999 no âmbito do projetoLarge scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia(LBA). A nova função de disparo de convecção é acoplada aos fluxos de calor sensível e latente à superfície. Além disso, possui a vantagem de considerar a média dos primeiros 60 hPa da troposfera para caracterizar a ascenção pseudo adiabática da parcela. Assim, a parcela em ascenção apresenta redução daConvective Available Potential Energy (CAPE), o modelo acumula menos CAPE nas primeiras horas do dia e com isso, o máximo de precipitação é atrasado (embora dependa da região analisada). Um aspecto negativo foi que a precipitação sobre a Cordilheira dos Andes aumentou relativamente à versão original. Conclui-se que o esquema apresenta vantagens e desvantagens e que faz-se necessário avaliar outras parametrizações do modelo, principalmente a troca de energia e massa na interface solo-vegetação-atmosfera a fim de se obter resultados mais realísticos da precipitação sobe a Amazônia.

The purpose of the present paper is to show the impact of implementing a convecitve trigger function in the Grell and Devenyi cumulusparameterization on the BRAMS (Brazilian developments on Regional Atmospheric Model) simulations. A dataset colected during the 1999 rainy season in the Large Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia (LBA) project was used to evaluate the diurnal cycle of observed precipitation. The new convective trigger function is coupled to the surface sensible and latent heat fluxes. In addition, the method has the advantage of considering the average of the first 60 hPa lowest tropospheric levels to characterize the ascending pseudo adiabatically parcel. Thus, the Convective Available Potential Energy (CAPE) values are reduced delaying the maximum rainfall (although it is region dependent). A negative aspect is that precipitation is overestimation over the Andes relativelly to the original version model. It is concluded that the methodology presents advantages and disadvantages, thus evaluating other parameterizations is required, specially the soil-vegetation-atmosphere mass and energy exchabges in order to obtain more realistic simulated precipitation values over the Amazon Basin.

Este trabalho apresenta um estudo do balanço de CO2 na atmosfera da bacia Amazônica, enfocando o papel dos sistemas convectivos rasos e profundos. A redistribuição vertical de CO2 é simulada numericamente usando um modelo de transporte Euleriano acoplado ao modelo atmosférico BRAMS (Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System). O modelo de transporte inclui o termo de advecção, associado ao transporte resolvido, além dos termos de transporte, não resolvidos como dif'usão turbulenta na CLP (Camada Limite Planetária), e transporte convectivo, associado a cumulus rasos e profundos. Na simulação utilizam-se seis traçadores, onde a equação da conservação da massa é resolvida incluindo ou não o termo convectivo profundo ou o termo convectivo raso. O efeito retificador é descrito na simulação numérica através do transporte para a troposfera livre de massas de ar da CLP com baixas concentrações de CO2, devido à atividade de assimilação realizada pela vegetação no período diurno, quando os dois processos, fixação e atividade convectiva estão no ápice. A simulação foi realizada para o mês de julho de 2001, com uma resolução de 30 km na grade, cobrindo a porção noroeste da América do Sul. Comparações dos resultados do modelo com dados de CO2 , observados na bacia Amazônica durante o experimento CLAIRE - 2001, também são mostradas.

This work studies the atmospheric CO2 budget in the Amazon basin, focusing on the role of shallow and deep convective systems. The vertical redistribution of CO2 is numerically simulated using an Eulerian transport model coupled to the Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System (BRAMS). The transport model includes grid-scale advection, diffusion in the PBL (Planetary Boundary Layer) and convective transport by sub-grid shallow and deep moist convection. In the simulation, the mass conservation equation is solved for six tracers, including or not the shallow and deep moist convection terms. The rectifier effect is also showed through simulation of the transport to the free troposphere of PBL air masses with low CO2 concentrations due to assimilation by vegetation during the afternoon, when both CO2 fixation and convection are at their peak. The model is applied to simulate July 2001 with a 30 km grid resolution covering the northwest part of South America. We compare the model results with airborne CO2 observations collected in the Amazon basin during the 2001 CLAIRE field campaign.

Neste artigo apresenta-se uma avaliação da precipitação estimada através do radar S-POL (banda S) e pelo algoritmo 3B42_V6 do satélite TRMM, durante o experimento do período chuvoso de 1999 do projeto TRMM-LBA na Bacia Amazônica, enfocando-se a variabilidade diária. Para tal, utilizam-se técnicas estatísticas baseadas em tabela de contingência e índices, bem como a análise harmônica. Demonstra-se que precipitação determinada com o radar é coerente com as observações de rede de pluviômetros. O ciclo diário exibe um máximo principal no final da tarde, e um pico secundário à noite, que é associado à propagação de Linhas de Instabilidades no interior da Bacia Amazônica. O algoritmo 3B42_V6 reproduz características importantes do ciclo diário de precipitação: (i) o máximo intenso às 2100 UTC (1700 HL); (ii) precipitação noturna mais intensa durante o regime de Oeste. Uma importante aplicação deste estudo é o uso dos resultados para avaliação de modelos numéricos de simulação do tempo e do clima, principalmente no que concerne à representação da convecção sobre a região.

The rainfall estimated with a S-band radar, and by the 3B42_V6 TRMM satellite algorithm, is evaluated by comparing it with rain gauge measurements during the 1999 rainy season in the Amazon Basin, with focus on the diurnal cycle. Statistic analyses based on contingency tables, skill scores, and harmonic analysis were used. The radar estimation is in agreement with the rain gauges measurements. The diurnal cycle exhibits a main maximum during the afternoon and a secondary one at night, which is associated to Squall Lines propagation over the Amazon Basin. It is also shown that the 3B42_V6 algorithm captured important features of the rainfall diurnal cycle: (i) the maximum at 2100 UTC (1700 LST); (ii) the nocturnal rainfall is strongest during Westerly regimes. These results are important for numerical weather and climate prediction model evaluation, especially when concerning the convection activity over the region.

A cada ano grandes extensões terrestres sofrem com a ação antropogênica e natural das queimadas. Estima-se que mais de 100 milhões de toneladas de aerossóis provenientes da fumaça sejam lançados na atmosfera, dos quais 80% ocorrem em regiões tropicais do globo. O processo de combustão da biomassa libera para a atmosfera gases traços e partículas de aerossóis que afetam significativamente a qualidade do ar, a química troposférica e estratosférica, o balanço de radiação e a dinâmica e microfísica das nuvens. O presente trabalho tem como objetivo principal utilizar a energia radiativa do fogo (ERF) derivada do sensor MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) e do GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite) para estimar as emissões de monóxido de carbono (CO) e de material particulado com diâmetro menor que 2.5µm (PM2,5µm) para o período de queimadas de 2002 na América do Sul, e modelar estas emissões no CCATT-BRAMS (Coupled Chemistry-Aerosol-Tracer Transport model coupled to Brazilian Regional Atmospheric Modeling System). Com uma correlação superior a 86% entre os dados de emissão de aerossóis (kg.s -1) e a ERF (MJ.s -1), originaram-se três coeficientes para os dados provenientes do satélite GOES. O uso da ERF e dos coeficientes de emissão para estimar o PM2,5µm e CO emitido na queimada mostrou uma correlação de aproximadamente 91 % entre os dados estimados e os dados utilizados como verdade terrestre obtidos a partir dos experimentos do LBA (Large Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazônia) SMOCC (Smoke, Aerosols, Clouds, rainfall, and Climate) e RaCCI (Radiation, Cloud, and Climate Interactions).

Every year large areas of the globe are submitted to the action of anthropogenic and natural fires. It is estimated that more than 100 million tons of aerosols from smoke are emitted into the atmosphere, which 80% occur in tropical regions of the globe. The process of biomass burning releases into the atmosphere trace gases and aerosol particles that affect significantly the air quality, the tropospheric and stratospheric chemistry, the radiation balance and the dynamics and microphysics of clouds. This study aims to use the fire radiative energy (FRE) derived from MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) and GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite) to estimate emissions of carbon monoxide (CO) and particulate matter with diameter less than 2.5 micrometer (PM2.5µm) for 2002 South America fires, and to model these emissions in CCATT-BRAMS (Coupled Chemistry-Aerosol-Tracer Transport model coupled to Brazilian Regional Atmospheric Modeling System). With a correlation greater than 86% between the aerosol emission data (in kg.s -1) and the FRE (MJ.s -1), three coefficients for GOES satellite data were originated. The use of FRE and emission coefficients to estimate the PM2.5µm m and CO emitted in biomass burning showed a correlation of approximately 91 % between modeled data and the data used as ground truth obtained from LBA (Large Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazônia) SMOCC (Smoke, Aerosols, Clouds, rainfall, and Climate) and RaCCI (Radiation, Cloud, and Climate Interactions).