Climate Change Pryeccion with ETA Model

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Climate Change Pryeccion with ETA Model

  1. 1. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais CPTEC/CCSTProjeções de Mudança Climática com o Modelo Eta André Lyra Cachoeira Paulista, SP
  2. 2. INTRODUÇÃODiversos Modelos Climáticos Globais vem sendo utilizados para gerar projeçõesde mudança climática através de diferentes cenários futuros, entretantopossuem ainda resolução baixa.O aumento da resolução espacial pode ser alcançada através da técnica deDonwscaling.Aninhar modelos climáticos regionais as condições dos modelos globais Reduzir o ponto de grade o que é mais adequado para estudos de impacto; Representar melhor a topografia e outras características da superfície da Terra o que ajuda detalhar a estrutura dos sistemas atmosféricos.
  3. 3. Geração de cenários climáticos com base no modelo Eta-CPTEC 40 km Modelo global (HadCM3) Cenários IPCC AR4 (modelo global HadCM3-varias realizações) A1B para rodar o modelo regional Eta CPTEC 40 km Climatologia do presente (1961-90) Validação do clima presente das Eta CPTEC 40 km rodadas do Eta CPTEC (1961-90) Projeções para diferentes períodos (2011- 2040, 2041-2070, 2071-2100) - variáveis climáticas e hidrológicas - Brasil e bacias da ANA Cenários por bacias (medias e mudanças relativas ao presente) para aplicar modelos hidrológicas-Brasil e bacias da ANA
  4. 4. HADCM3Pope et al, 2000, Gordon et al, 2000.(Hadley Centre OAGCM )variables: u, v, q, theta, surf press •1960-2099 •LBC: 6/6h (360 day calendar) •flux adjustments and sulphur cycle includedPresent climate: [all forcing run -antropogenic (greenhouse gases,sulphates, ozone) and natural (solar andvolcanic)]•Data domain : 106.875 W a 1.875 W e78.75 S a 18.75 N•Resolution: dx=3.75o and dy=2.75o•Number of files for LBC= 44640 (31 years) 4
  5. 5. Parameter Perturbations QUMP ensemble Boundary layer +300 members Turbulent mixing coefficients: stability- Slab Ocean Model dependence, neutral mixing length Large Scale Cloud Roughness length over sea: Charnock constant,Ice fall speed free convective valueCritical relative humidity for formation DynamicsCloud droplet to rain: conversion rate and Diffusion: order and e-folding timethreshold Gravity wave drag: surface and trapped leeCloud fraction calculation wave constants Convection Gravity wave drag start levelEntrainment rate Land surface processesIntensity of mass flux Root depthsShape of cloud (anvils) (*) Forest roughness lengthsCloud water seen by radiation (*) Surface-canopy coupling Radiation CO2 dependence of stomatal conductance (*)Ice particle size/shape Sea iceCloud overlap assumptions Albedo dependence on temperatureWater vapour continuum absorption (*) Ocean-ice heat transfer
  6. 6. .TemperatureHadCM3 qumpPerturbed physics . . .
  7. 7. Eta Model 40km characteristics• Domain •Convection: Most part of South America Betts-Miller-Janjic scheme, Resolution: 40 km/38 layers; • Stratiform rain: Grid-point model Zhao scheme Arakawa E grid • Turbulence:• Eta vertical coordinate (Mesinger, 1984) Mellor Yamada 2.5, MO surface•Prognostic variables: layer, Paulson functions T, q, u, v, ps, TKE, cloud water/ice, • Radiation: hydrometeors GFDL package•Time integration: • Land surface scheme: 2 level, split-explicit NOAH scheme, 4 soil layers, Adjustmet: forward-backward • Initial conditions Advection: first forward and then HADCM3 centered •LBC: HadCM3 uptd 6/6 h,
  8. 8. Modelo Eta (versão mudanças climáticas)Integrações continuas de 31 anos; 1 ano de spin-up;Temperatura da Superfície do Mar geradas pelos AOGCM (Média mensal),atualização diária;Atualização do CO2, anual, de acordo com os cenários;Geração dos coef. de transmissividade para cenários A1B, com atualização de5/5 anos;Sazonalidade da vegetação; atualização 1/1 mês; Veg greeness
  9. 9. 1961-1990 CIRCULAÇÃO 200 hPa DJF ERA40 low mid high unprtrb A A A A A JJA ERA40 low mid high unprtrb
  10. 10. 1961-1990 CIRCULAÇÃO 850 hPa DJF Captura bem o posicionamento dos anticiclones ERA40 low mid high unprtrb JJA ligeira superestimativa na velocidade dos ventos alísios ERA40 low mid high unprtrb
  11. 11. 1961-1990 PRECIPITAÇÃO DJF CRU low mid high unprtrb JJA CRU low mid high unprtrb 11
  12. 12. Subestimativa da temperatura na região Amazônica1961-1990 TEMPERATURA 2m DJF Superestimativa no Norte da Argentina CRU low mid high unprtrb Temperatura semelhantes às observações CRU JJA grande dispersão entre os membros na Amazônia. CRU low mid high unprtrb 12
  13. 13. RMSE Ens Mean + Spread precip2 a 6 mm/d 0,5 a 1 mm/d DJF JJA DJF JJA Temp DJF JJA DJF JJA mean errors > spread >> Under dispersive ensemble
  14. 14. Ciclo Anual por região Amaz: Amazonia Nord: Northeast Brazil Sud: Southèast Brazil Brazil EGU, Vienna, 2009
  15. 15. Ciclo Anual – Precipitação Eta 40kmAM NEBR SU EGU, Vienna, 2010 15
  16. 16. Ciclo Anual – Temperatura 2m Eta 40kmAM NEBR SU
  17. 17. 2011-40 2041-70 2071-2100 2011-40 2041-70 2071-2100 A B C M N ODJF D E F P Q RJJA G H IDJF HadCM3 Q0-aenwl A-F: Precipitation P (%) G-L: Surface air temperature ( C) J K L M-R: Precipitation-Evaporation P-E (%)JJA
  18. 18. Temperature increase 7 7 High Brazil High Amazon 6 Medium 6 Medium Low Low 5 5 Unperturbed Unperturbed 4 4 CC oo 3 3 2 2 1 1 0 0 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 Precipitation Annual cycle 2071-2100 Brazil Amazônia
  19. 19. Brazilian major river basins Marengo et al 2012
  20. 20. Marengo et al 20122011_2040 - 1961_1990 2041_2070 - 1961_19 90 2071_2100 - 1961_1990
  21. 21. Algumas conclusões Eta 40km– O downscaling com o Modelo Eta-HadCM3 (4 membros) para o clima presente reproduzem o padrão de circulação de grande escala da América do Sul– O padrão de precipitação em DJF e JJA é bem representado pelos 4 membros e apresentam melhoria em relação ao modelo HadCM3– Pequeno espalhamento entre os membros do ensemble. Necessidade de incluir mais membros– As projeções futuras do Modelo Eta-HadCM3 para o cenário A1B sugerem uma redução na precipitação no Norte da America do Sul e aumento no Sul no Verão.– Projeções sugerem redução da precipitação nas Bacias Amazônia e do rio São Francisco e as mudanças negligenciáveis de precipitação ​na bacia do rio Paraná.
  22. 22. Eta Model 20km characteristics• Domain Most part of South America Resolution: 20 km/38 layers; •Convection: Grid-point model Betts-Miller-Janjic scheme, Arakawa E grid • Stratiform rain:• Refined Eta vertical coordinate Zhao scheme(Mesinger, 1984; Mesinger et al 2012) • Turbulence:•Prognostic variables: Mellor Yamada 2.5, MO surface T, q, u, v, ps, TKE, cloud water/ice, layer, Paulson functions hydrometeors • Radiation:•Time integration: GFDL package 2 level, split-explicit • Land surface scheme: Adjustmet: forward-backward NOAH scheme, 4 soil layers, Horiz.Advection: first forward and then centered • Initial conditions HADCM3 Vert Advection: Piecewise Linear Scheme > finite volume Model •LBC: HadCM3 uptd 6/6 h,
  23. 23. TOPOGRAFIA Eta 20km STEPS (225X485X38) 40km STEPS (113X243X38)3464 3877 4319 4792 5298 5841 3464 3877 4319 4792 52981526 1790 2076 2386 2720 3079 1526 1790 2076 2386 2720 3079 398 533 690 867 1065 1285 398 533 690 867 1065 1285 0 21 65 118 191 284 0 21 65 118 191 284
  24. 24. TIPO DE VEGETAÇÃO Eta 20km VEGTYPE (225X485X38) 40km VEGTYPE (113X243X38)1 - BROADLEAF-EVERGREEN TREES (TROPICAL FOREST) 7 - GROUNDCOVER ONLY (PERENNIAL)2 - BROADLEAF-DECIDUOUS TREES 8 - BROADLEAF SHRUBS WITH PERENNIAL GROUNDCOVER3 - BROADLEAF AND NEEDLELEAF TREES (MIXED FOREST) 9 - BROADLEAF SHRUBS WITH BARE SOIL4 - NEEDLELEAF-EVERGREEN TREES 10 - DWARF TREES AND SHRUBS WITH GROUNDCOVER (TUNDRA)5 - NEEDLELEAF-DECIDUOUS TREES (LARCH) 11 - BARE SOIL6 - BROADLEAF TREES WITH GROUNDCOVER (SAVANNA) 12 - CULTIVATIONS (THE SAME PARAMETERS AS FOR TYPE 7)
  25. 25. Ciclo Anual – Precipitação CRU x Eta40km x Eta20kmCRU BR AME40kmE20km N NE
  26. 26. Ciclo Anual – Precipitação CRU x Eta40km x Eta20kmCRU S SEE40kmE20km CO SF
  27. 27. Ciclo Anual – Temperatura 2m CRU x Eta40km x Eta20km ( oC ) ( oC )CRUE40kmE20km BR AM ( oC ) ( oC ) N NE
  28. 28. Ciclo Anual – Temperatura 2m CRU x Eta40km x Eta20km ( oC ) ( oC )CRUE40kmE20km S SE ( oC ) ( oC ) CO SF
  29. 29. FREQUÊNCIA RELATIVA vs PRECIPITAÇÃO (mm/dia) Distribuição do% Eta-20km mais próxima da distribuição dos dados CRU Bacia São Francisco%%
  30. 30. Algumas conclusões Eta 20km– Os campos horizontais apresentam padrões semelhantes ao Eta-40km (caso piloto);– A simulação do ciclo anual de temperatura e precipitação do clima presente apresenta pequena melhoria sobre dados do Eta-40km);– A distribuição de frequência da precipitação do clima presente foi melhor descrita na versão Eta-20km
  31. 31. Em andamento....- Versão Eta-5km NH, mudanças climáticas (aplicação em estudos de megacidades, desastres naturais);- Preparação para leitura do alguns modelos globais do AR5:- BESM, HadGEM-ES, MIROC5, IPSL, ...- Novos cenários AR5 (Representative Concentration Pathway) – Ex: RCP4.5;- Inclusão de novos esquemas de superfície (Vegetação dinâmica): INLAND, NOAH-MP;- Inserção de áreas inundáveis;- inclusão de cultura perene: café;- Acoplamento com modelo oceânico- Esquema de radiação
  32. 32. OBRIGADO !andre.lyra@cptec.inpe.br
  33. 33. 1961-1990 PRECIPITAÇÃO CRU DJF MAM JJA SON Eta-20km DJF MAM JJA SON
  34. 34. 1961-1990 TEMPERATURA CRU DJF MAM JJA SON Eta-20km DJF MAM JJA SON
  35. 35. 1961-1990 CIRCULAÇÃO 200 hPa ERA 40 DJF MAM JJA SON Eta-20km DJF MAM JJA SON
  36. 36. 1961-1990 CIRCULAÇÃO 850 hPa ERA 40 DJF MAM JJA SON Eta-20km DJF MAM JJA SON
  37. 37. PROJEÇÕES PRECIPITAÇÃO DJF 1961-1990 2011-2040 2041-2070 2071-2099 MAM 1961-1990 2011-2040 2041-2070 2071-2099
  38. 38. PROJEÇÕES PRECIPITAÇÃO JJA 1961-1990 2011-2040 2041-2070 2071-2099 SON 1961-1990 2011-2040 2041-2070 2071-2099
  39. 39. PROJEÇÕES TEMPERATURA DJF 1961-1990 2011-2040 2041-2070 2071-2099 MAM 1961-1990 2011-2040 2041-2070 2071-2099
  40. 40. PROJEÇÕES TEMPERATURA JJA 1961-1990 2011-2040 2041-2070 2071-2099 SON 1961-1990 2011-2040 2041-2070 2071-2099
  41. 41. PROJEÇÕES CIRCULAÇÃO 200 hPa DJF 1961-1990 2011-2040 2041-2070 2071-2099 MAM 1961-1990 2011-2040 2041-2070 2071-2099
  42. 42. PROJEÇÕES CIRCULAÇÃO 200 hPa JJA 1961-1990 2011-2040 2041-2070 2071-2099 SON 1961-1990 2011-2040 2041-2070 2071-2099
  43. 43. PROJEÇÕES CIRCULAÇÃO 850 hPa DJF 1961-1990 2011-2040 2041-2070 2071-2099 MAM 1961-1990 2011-2040 2041-2070 2071-2099
  44. 44. PROJEÇÕES CIRCULAÇÃO 850 hPa JJA 1961-1990 2011-2040 2041-2070 2071-2099 SON 1961-1990 2011-2040 2041-2070 2071-2099

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