Resumo Este estudo avalia a destreza de dois modelos climáticos globais (CPTEC e CFSv2) e de um modelo climático regional (RegCM4) em prever o clima sazonal em diferentes regiões do Brasil. O RegCM4 foi dirigido tanto com as saídas do sistema CFSv2 quanto do modelo do CPTEC. Também foram utilizadas duas versões do RegCM: a 4.3 e a 4.5. O RegCM4.3 foi dirigido por seis membros do CFSv2, enquanto o RegCM4.5 foi dirigido por um membro do modelo global do CPTEC. Todas as previsões iniciaram cerca de dois meses antes do trimestre a ser previsto e ao todo foram realizadas 94 simulações com o modelo regional. De forma geral, o RegCM4 adiciona valor às previsões dos modelos climáticos globais, principalmente, quando é aninhado às saídas do modelo do CPTEC. Quando o RegCM4.5 é dirigido por esse modelo global e é utilizada a parametrização de convecção cumulus de Emanuel há uma boa performance do modelo regional na previsão da precipitação e temperatura do ar em quase todo o Brasil.

Abstract This study evaluates the ability of two global climate models (CPTEC and CFSv2) and a regional climate model (RegCM4) in predicting the seasonal climate in different regions of Brazil. RegCM4 was drove with the outputs of two global climate models: CFSv2 system and CPTEC. Two versions of RegCM were employed in the study: 4.3 and 4.5. RegCM4.3 was ran with six members of CFSv2 system, while RegCM4.5 was ran with a member of the CPTEC model. All forecasts started about two months before the season to be predicted and in all 94 simulations with the regional climate model were carried out. RegCM4 adds value to the predictions of the global climate models, mainly when it is nested to the CPTEC outputs. When RegCM4.5 is drove by CPTEC outputs and Emanuel cumulus convection parameterization is used, there is a good performance of the regional climate model in predicting the precipitation and air temperature in almost all Brazil.

Resumo Com o objetivo de organizar o conhecimento sinótico sobre ciclones em superfície em latitudes austrais, este trabalho (o primeiro de um conjunto de dois) apresenta uma síntese das principais características de quatro tipos de ciclones: extratropical do tipo Bjerknes e Solberg, extratropical do tipo Shapiro e Keyser, tropical e subtropical. Ao longo do texto são apresentados modelos conceituais bem como os mecanismos de ciclogênese, intensificação e ciclólise de cada tipo de ciclone. As principais diferenças entre os quatros tipos de ciclones em superfície estão nas estruturas horizontais e verticais dos campos de temperatura e vorticidade relativa.

Abstract The purpose of this study is to summarize the main synoptic features of four types of cyclones: extratropical cyclone following Bjerknes and Solberg model, extratropical cyclone following Shapiro and Keyser model, tropical and subtropical. We present some conceptual models and mechanisms of cyclogenesis, intensification and cyclolisis of each cyclone kind. The main differences between the four types of cyclones in surface are the horizontal and vertical structures of temperature and relative vorticity fields.

O objetivo deste trabalho foi identificar e caracterizar ambientes homogêneos com base na ocorrência de eventos de seca/umidade na Região Centro-Norte do Brasil, compreendendo os Estados de Rondônia, Mato Grosso, Goiás e Tocantins. Para esse fim, utilizou-se o índice quantitativo de seca denominado Anomalia de Umidade de Palmer (Z-index). Os dados climáticos de entrada utilizados por esse índice para quantificar os eventos de seca/umidade foram simulados pelo modelo regional climático RegCM3 ("Regional ClimateModel - version3"), para o período de 1975 a 1989. Por meio de análise de agrupamento foram identificados 13 ambientes homogêneos. Esses ambientes homogêneos foram caracterizados por meio da probabilidade de ocorrência de eventos de seca/umidade, densidade relativa destes eventos, variabilidade da precipitação pluvial anual e a probabilidade de ocorrência de seca na época das águas (outubro a maio). No Estado do Mato Grosso observou-se o maior número de ambientes homogêneos e na Região Sudoeste desse Estado, o ambiente 11, obteve a maior probabilidade de ocorrência de eventos extremamente seco, 9%. O ambiente 10, localizado no extremo leste de Goiás, teve a menor mediana para a precipitação pluvial anual. O evento climático com maior probabilidade de ocorrência na região de estudo é o próximo ao normal ou normalidade de umidade.

The objective of this study was to identify and characterize homogeneous environments based on the probability of drought/wet occurrence in the central-northern Brazil, considering Rondônia, Mato Grosso, Goiás and Tocantins States. The drought index denominated the moisture anomaly Z-index (Z-index) was used. The input climate data for the drought index was generated by the regional climate model RegCM3 for the period from 1975 to 1989. As result of cluster analysis, it was identified 13 homogeneous environments. These environments were characterized based on the probability of drought/wet, relative density of drought/wet occurrence, annual rainfall variability and probability of drought occurrence during the rainy season (October to March). The Mato Grosso State had the highest number of homogeneous environments and the environment 11, located at southwest of this State had the highest probability of drought occurrence, 9%. The environment 10, located at the extreme east of Goiás State, showed the lowest median for the total annual rainfall. The climatic event with the highest probability of occurrence in the study area is close to normal or normality moisture.

Este trabalho avalia o desempenho de previsões sazonais do modelo climático regional RegCM3, aninhado ao modelo global CPTEC/COLA. As previsões com o RegCM3 utilizaram 60 km de resolução horizontal num domínio que inclui grande parte da América do Sul. As previsões do RegCM3 e CPTEC/COLA foram avaliadas utilizando as análises de chuva e temperatura do ar do Climate Prediction Center (CPC) e National Centers for Enviromental Prediction (NCEP), respectivamente. Entre maio de 2005 e julho de 2007, 27 previsões sazonais de chuva e temperatura do ar (exceto a temperatura do CPTEC/COLA, que possui 26 previsões) foram avaliadas em três regiões do Brasil: Nordeste (NDE), Sudeste (SDE) e Sul (SUL). As previsões do RegCM3 também foram comparadas com as climatologias das análises. De acordo com os índices estatísticos (bias, coeficiente de correlação, raiz quadrada do erro médio quadrático e coeficiente de eficiência), nas três regiões (NDE, SDE e SUL) a chuva sazonal prevista pelo RegCM3 é mais próxima da observada do que a prevista pelo CPTEC/COLA. Além disto, o RegCM3 também é melhor previsor da chuva sazonal do que da média das observações nas três regiões. Para temperatura, as previsões do RegCM3 são superiores às do CPTEC/COLA nas áreas NDE e SUL, enquanto o CPTEC/COLA é superior no SDE. Finalmente, as previsões de chuva e temperatura do RegCM3 são mais próximas das observações do que a climatologia observada. Estes resultados indicam o potencial de utilização do RegCM3 para previsão sazonal, que futuramente deverá ser explorado através de previsão por conjunto.

This study presents an assessment of seasonal forecasts from the regional climate model RegCM3 nested to the CPTEC/COLA global model. The used RegCM3 version is 60 km horizontal resolution over an area that includes large part of South America. RegCM3 and CPTEC/COLA forecasts were evaluated using the rainfall and air temperature analyses from Climate Prediction Center (CPC) and National Centers for Environmental Prediction (NCEP), respectively. From May 2005 to July 2007, 27 seasonal forecast of rainfall and air temperature (except for air temperature from CPTEC/COLA with 26 forecasts) were evaluated over three regions of Brazil: Northeast (NDE), Southeast (SDE) and South (SUL). RegCM3 forecasts were also compared with the climatologic fields of the analyses. The statistical indexes (bias, correlation coefficient, root mean square error and efficiency coefficient) showed that over the three regions (NDE, SDE and SUL) the RegCM3 predicted seasonal rainfall is closer to the observations than the CPTEC/COLA. Moreover, the RegCM3 is a best predictor of the seasonal rainfall than the average of the observations during the period. For air temperature, the RegCM3 forecasts perform better than the CPTEC/COLA over NDE and SUL regions, while the CPTEC/COLA shows better performance ovver SDE. Finally, the RegCM3 seasonal air temperature and rainfall estimated are closer to the observations than the observed climatology. These results suggest a potential utility of RegCM3 to be used for seasonal forecast which will be explored in the future using ensemble forecast.

Um evento extremo de precipitação ocorreu na primeira semana do ano 2000, de 1º a 5 de janeiro, no Vale do Paraíba, parte leste do Estado de São Paulo, Brasil, causando enorme impacto socioeconômico, com mortes e destruição. Este trabalho estudou este evento em 10 estações meteorológicas selecionadas que foram consideradas como aquelas tendo dados mais homogêneos do Que outras estações na região. O modelo de distribuição generalizada de Pareto (DGP) para valores extremos de precipitação de 5 dias foi desenvolvido, individualmente para cada uma dessas estações. Na modelagem da DGP, foi adotada abordagem não-estacionaria considerando o ciclo anual e tendência de longo prazo como co-variaveis. Uma conclusão desta investigação é que as quantidades de precipitação acumulada durante os 5 dias do evento estudado podem ser classificadas como extremamente raras para a região, com probabilidade de ocorrência menor do que 1% para maioria das estações, e menor do que 0,1% em três estações.

An extreme rainfall event occurred in the firrst week of year 2000, from 1st to 5th of January, at Vale do Paraíba, eastern portion of Sao Paulo state, Brazil, causing enormous social and economic impact and resulting on deaths and destruction. This work studied this event at 10 selected meteorological stations, which were considered as those comprising more homogeneous data than the others stations in the region. Thus, a Generalized Pareto Distribution (GPD) model for the extreme values of 5-day accumulated rainfall was developed, individually for each one of these stations. In the GPD modeling, the non-stationary approach was adopted, by considering the annual cycle and linear long-term trend as covariates. One conclusion from this investigation is that the GPD models indicate that the total rainfall amount, accumulated during the 5 days of the studied event might be classified as extremely rare for the region, with probability of occurrence being less than 1% for most of stations, and less than 0.1% at three stations.

Como a América do Sul se estende por diferentes latitudes e possui formas de relevo variadas, proporciona a atuação e o desenvolvimento de diferentes sistemas atmosféricos, os quais contribuem para a não homogeneidade climática da região. Portanto o objetivo deste estudo é apresentar uma revisão dos sistemas atmosféricos que atuam nos diferentes setores do continente sul-americano e que contribuem para a precipitação.

The distribution of South American lands on different latitudes and its diversified topography can influence the development and action of many atmospheric systems contributing to a non-homogeneous climate in this region. This work presents a review on the atmospheric systems present in the different sectors of South America contributing to the precipitation variability in these regions.

Na primeira semana de maio de 2008, durante quatro dias, um ciclone em superfície permaneceu semi-estacionário na costa da região sul do Brasil. Este sistema foi responsável por chuvas e ventos fortes no Rio Grande do Sul e Santa Catarina, os quais causaram muitos danos (queda de árvores, enchentes e desabamentos). O objetivo deste trabalho é avaliar o processo de formação e entender os mecanismos responsáveis pelo lento deslocamento do ciclone, já que a maioria dos ciclones nesta região possui deslocamento mais rápido. A equação de desenvolvimento de Sutcliffe mostrou que a advecção de vorticidade absoluta ciclônica na média troposfera e a advecção de ar quente na camada entre 1000-500 hPa foram mecanismos importantes para a ciclogênese. Neste período, o intenso aquecimento diabático também contribuiu para a ciclogênese, à medida que se contrapôs ao intenso resfriamento adiabático devido aos movimentos verticais ascendentes. A advecção de vorticidade absoluta ciclônica que favoreceu a ciclogênese esteve associada a um Vórtice Ciclônico em Altos Níveis (VCAN), que se formou numa região de anomalia de vorticidade potencial. O VCAN se manteve semi-estacionário e compôs o setor norte de um bloqueio do tipo dipolo. Tal bloqueio intensificou um anticiclone em superfície, situado a sul/leste do ciclone, o que contribuiu para o ciclone se manter semi-estacionário. O movimento atípico e lento do ciclone para sul, e em alguns períodos para sudoeste, esteve associado com advecções de vorticidade absoluta ciclônica na média troposfera e de ar quente no seu setor sul. Somente quando o bloqueio em níveis médios e a anomalia de vorticidade potencial em níveis médios/altos se enfraqueceram, o ciclone em superfície se afastou da costa sul do Brasil.

On the first week of May 2008, during four days, a semi-stationary surface cyclone acted over the coast of southern Brazil. This system was responsible for large amount of rain and strong near surface winds over Rio Grande do Sul and Santa Catarina causing many damages (fallen trees, floodings and landslides). This work evaluated cyclone development process to understand the reasons for its slow displacement, once most cyclones developed in this region move faster. The Sutcliffe development equation showed that cyclonic absolute vorticity advection in middle troposphere, and positive thermal advection in layer between 1000-500 hPa were important mechanisms for cyclogenesis processes. In this same period, diabatic heating also contributes to cyclogenesis as far as it was opposite to adiabatic cooling due to strong upward movement. Cyclonic absolute vorticity advection which propitiated cyclogenesis was associated with an Upper Level Cyclonic Vortex (ULCV) developed in a potential vorticity anomaly region. The ULCV was semi-stationary and part of a blocking dipole pattern. This blocking intensified a surface anticyclone at south/east of the cyclone, contributing to the cyclone staying semi-stationary near the coast of southern Brazil. The slow and unusual surface cyclone movement to south and sometimes to southwest was associated with middle level cyclonic absolute vorticity and warm air advections in their southern sector. Only when middle levels blocking and middle/high levels potential vorticity anomaly weakened, surface cyclone moved away from the coast of Southern Brazil.

A relação sazonal entre o Modo Anular Sul (Southern Annular Mode - SAM) e a distribuição espacial dos sistemas ciclônicos sobre o Hemisfério Sul foi investigada no período de 1980 a 1999. Também foram analisados os padrões sazonais de frontogêneses e de distribuição de precipitação, sobre a América do Sul e oceano Atlântico Sul, durante as diferentes fases da SAM. Na fase negativa da SAM foi observado que a trajetória dos ciclones em todo o Hemisfério Sul move-se para norte, comparada à fase positiva, e que no setor da América do Sul e Atlântico Sul há intensa atividade frontogenética e anomalias positivas de precipitação na costa sudeste da América do Sul. Em geral, na fase positiva da SAM são observadas condições inversas.

Seasonal relationship between the Southern Annular Mode (SAM) and the spatial distribution of the cyclone systems over Southern Hemisphere is investigated for the period 1980 to 1999. In addition, seasonal frontogenesis and rainfall distribution over South America and South Atlantic Ocean during different SAM phases were also analyzed. It is observed that during negative SAM phases the cyclone trajectories move northward when compared to the positive one, and in the South America and South Atlantic sector there is intense frontogenetic activity and positive anomaly precipitation over the Southeast of the South America. In general, SAM positive phase shows opposite signals.

Um sistema de previsão numérica de tempo e de ondas oceânicas (SPTO) que possa ser operacionalizado no Atlântico Sul é proposto. O SPTO é composto por um modelo atmosférico de área limitada (MAL) e um modelo de ondas de superfície do oceano geradas pelo vento, aplicado em duas versões: uma de malha grossa (MPOMG) e outra de malha fina (MPOMF). O MPOMG abrange uma área de 10(6) km², e tem como finalidade gerar e propagar ondas em regiões remotas à costa brasileira. O MPOMF é aplicado em um domínio 10(4) km² com alta resolução, incorporando irregularidades batimétricas e com as condições iniciais e de fronteiras fomecidas pelo MPOMG. Os modelos utilizam dados de vento à 10 m acima da superfície do oceano. Os arquivos de vento, contendo a evolução espacial e temporais são gerados pelo MAL. Um exemplo de um evento real ocorrido no período de 9 a 11 de agosto de 1988 é apresentado utilizando o acoplamento proposto.

A coupled weather and sea waves foreeast system is presented to be applied operationally on the South Atlantic region. This system is compounded by one atmospheric limited area model (LAM) and two nested wind generated surface sea wave models: the gross mesh mrdel (SWGM) and the fine mesh model (SWFM). The SWGM covers an area of 10(6) km² roughly, and aims to generates and propagates sea waves far away from the Brazilian Coast. The SWFM is one way nested into SWGM in a domain 10(4) km² with a fine batimetric structure included. Both sea wave models use the time and spatial files of the 10 m height wind produced by LAM as the atmospheric forcing. An example of the event occurred during the 9-11 August 1988 is presented using the forecast system proposed.