A acurácia de dois algoritmos computacionais (códigos) simplificados para avaliação das componentes do balanço de radiação terrestre (radiação de onda longa), eficientes sob o ponto de vista computacional, é analisada a partir de comparações com cálculos de referência. Os dois códigos foram concebidos a partir de aproximações sobre a transferência de radiação de onda longa na atmosfera. O primeiro deles foi desenvolvido no Instituto Astronômico e Geofísico da Universidade de São Paulo (IAG-USP; São Paulo, SP), fornecendo irradiâncias ao longo da atmosfera a partir das radiâncias integradas sobre todo o espectro terrestre e previamente calculadas pela versão 7 do código de transferência radiativa Low Resolution Transmittance (LOWTRAN-7). O segundo código encontra-se incluído no modelo de circulação geral do Center for Ocean-Land-Atmosphere Studies (COLA; USA) e tem sido empregado no Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (CPTEC/INPE; Cachoeira Paulista, SP). Resultados obtidos com ambos os códigos são comparados com cálculos de referência efetuados respeitando-se a influência de milhares de linhas de absorção associadas aos três compostos moleculares mais relevantes à transferência de radiação de onda longa na atmosfera (vapor d’água, dióxido de carbono e ozônio). Todas as comparações foram efetuadas para condições atmosféricas hipotéticas, sugeridas no âmbito do programa ICRCCM (Intercomparison of Radiative Codes used in Climate Models). Os efeitos associados ao dióxido de carbono são bem reproduzidos pelo código CPTEC/COLA e, a menos de condições atmosféricas relativamente frias, também pelo código desenvolvido no IAG-USP. Os efeitos associados ao ozônio são subestimados por ambos os códigos mas sobretudo pelo CPTEC/COLA, que não inclui linhas de absorção situadas fora da região 980-1100 cm-1. Testes de sensibilidade realizados sobre os efeitos da absorção continuum associada ao vapor d’água mostram que estes efeitos podem ser bem avaliados desde que sejam consideradas as duas componentes desta absorção (self, dependente da pressão parcial do vapor d´água, e foreign, dependente da pressão do ar seco). Considerando-se condições atmosféricas hipotéticas contendo os três principais absorvedores moleculares, a irradiância descendente à superfície pode ser sistematicamente subestimada pelo código empregado no CPTEC/INPE. Estudos futuros devem avaliar a acurácia absoluta destes (e de outros) códigos, considerando a disponibilidade de medições da irradiância descendente à superfície mediante o emprego de pirgeômetros bem calibrados num sítio onde sejam efetuadas sondagens atmosféricas capazes de fornecer os perfis verticais de temperatura do ar e de concentração dos principais absorvedores.

The reliability of two computationally-efficient, simplified radiation codes employed to evaluate the components of the budget of terrestrial radiation is assessed from comparisons with benchmark calculations, performed with higher accuracy by reference codes. A number of approximations about the longwave radiative transfer in the atmosphere was assumed in the conception of both simplified codes. The first one was developed at the Instituto Astronômico e Geofísico da Universidade de São Paulo (Institute of Astronomy and Geophysics, University of São Paulo (IAG-USP; São Paulo, SP); it provides irradiances throughout the atmosphere from radiances integrated over the whole terrestrial spectrum and previously computed by running the version 7 of the Low Resolution Transmittance radiative transfer code (LOWTRAN-7). The second simplified code under consideration is included in the general circulation model developed at the Center for Ocean-Land-Atmosphere Studies (COLA; USA), which runs at the Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC; Cachoeira Paulista, SP) for numerical weather forecasting and climate studies. Benchmark calculations employed in this study were obtained by other groups through careful line-by-line spectral integration under hypothetical atmospheric conditions, prescribed in the scope of the program Intercomparison of Radiative Codes used in Climate Models (ICRCCM). Only the effects due to the emission / absorption by water vapor, carbon dioxide and ozone are analyzed. The effects due to the carbon dioxide are well reproduced by the code CPTEC/COLA and, excepting relatively cold atmospheric conditions, by the code developed at IAG-USP. The effects due to the ozone are underestimated by both simplified codes but mainly by the CPTEC/COLA, once the ozone bands situated outside the region 980-1100 cm-1 were neglected in its development. Sensitivity tests concerning the water vapor continuum absorption indicate that its both components ("self", related to the water vapor partial pressure, and "foreign", related to the dry air pressure) must be considered in order to obtain reliable water vapor absorption estimates. Under hypothetical atmospheric conditions and assuming the occurrence of the three main molecular absorbers, downward longwave irradiances at the surface can be systematically underestimated by the code CPTEC/COLA. Future studies must include not only comparisons between results provided by simplified radiation codes and the respective benchmark calculations under many atmospheric profiles obtained from soundings, but also comparisons between these results and measurements obtained with pyrgeometers near the sounding site.

Este artigo analisa diversos aspectos relacionados à avaliação dos efeitos da absorção de radiação solar pelo vapor d'água na atmosfera, particularmente quando efetuada através de esquemas (parametrizações) que sejam acurados e com baixo custo computacional. Atenção especial é dedicada ao esquema proposto por Lacis & Hansen, dado que ele encontra-se incluído em códigos radiativos de modelos atmosféricos utilizados em diversas instituições brasileiras. As análises incluem ainda outros esquemas, propostos a partir de estimativas relativamente modernas dos efeitos devidos à absorção de radiação solar pelo vapor d'água. No intuito de se quantificar erros sistemáticos associados a estes esquemas, comparações são efetuadas frente a resultados disponíveis na literatura e obtidos empregando-se códigos radiativos capazes de levar em conta o impacto isolado de cada linha de absorção. Esquemas de desenvolvimento recente proporcionam mais absorção atmosférica, e portanto menores valores para a irradiância solar incidente à superfície do solo, quando comparados com aqueles esquemas que têm sido adotados implicitamente em modelos atmosféricos empregados em instituições brasileiras.

Selected schemes conceived for providing reliable and computationally efficient estimates of the absorption of solar radiation by the atmospheric water vapor are discussed. Special attention is devoted to the scheme proposed by Lacis & Hansen, which is included in radiative codes of atmospheric models running at Brazilian centers of research and numerical weather forecasting. Additional schemes, proposed from relatively modern estimates of the effects due to the water vapor absorption, are also included in the analysis. In the goal of assessing systematic errors associated to these schemes, comparisons are performed with benchmark results available in the literature which have been obtained through careful line-by-line integration throughout the solar spectrum. Modern schemes allow more atmospheric absorption, and therefore less downward shortwave irradiance at the ground, when compared with schemes implicitly adopted at present in Brazilian centers.

Neste trabalho é estudado o impacto da implementação, no Modelo de Circulação Geral do CPTEC/COLA, do esquema de absorção de radiação solar por vapor d'água proposto por Chou & Lee. A comparação com resultados da versão operacional atual, que usa o esquema de Davies, mostra que o esquema de Chou & Lee leva a uma maior absorção de radiação de onda curta e conseqüentemente produz um aquecimento adicional, principalmente na alta troposfera. A mudança na distribuição meridional de temperatura causa um enfraquecimento do jato subtropical do Hemisfério Sul e fortalece o jato do Hemisfério Norte, deslocando-o mais para o norte. O aumento da estabilidade estática enfraquece as células de circulação meridional. O aumento da absorção de radiação de onda curta na atmosfera diminui a irradiância descendente à superfície. Como conseqüência, acontece uma redução nos fluxos de entalpia e calor latente da superfície. Como resultado de todos esses aspectos, é observada uma redução significativa na precipitação e na evaporação médias zonais. A comparação com campos atmosféricos analisados pelo Climate Prediction Center (NCEP/NOAA) mostra que a configuração dos campos de grande escala, de modo geral, é bastante melhorada com o uso do esquema de Chou & Lee em uma integração mensal para janeiro de 1997.

The impact of implementing the Chou & Lee scheme for absorption of solar radiation by water vapor in the CPTEC/COLA's General Circulation Model is analyzed in this paper. Comparison with results of the present operational version, which uses the Davies scheme, shows that Chou & Lee scheme leads to more shortwave absorption, thus providing an extra warming of the atmosphere, mainly in the upper troposphere. The changes in the meridional distribution of temperature causes weakening of the subtropical jet in the Southern Hemisphere and strengthening of the Northern Hemisphere jet, which is slightly shifted poleward. The increase of the static stability weakens the meridional circulation cells. The increasing shortwave absorption in the atmosphere decreases the downward shortwave irradiance at the surface. As a consequence, the fluxes of enthalpy and latent heat from the surface are reduced. As a result of all these features, zonal mean precipitation and evaporation are also significantly reduced. Comparison with atmospheric fields reported by the Climate Prediction Center (NCEP/NOAA) shows that the configuration of the large-scale fields is, in a general manner, improved with the use of the Chou & Lee scheme in a monthly integration for January 1997.