The chemistry CATT–BRAMS model (CCATT–BRAMS 4.5): a regional atmospheric model system for integrated air quality and weather forecasting and research

Longo, Karla M.; Freitas, Saulo R.; Pirre, Michel; Marécal, Virginie; Rodrigues, L. F.; Panetta, Jairo; Alonso, Marcelo Félix; Rosário, Nilton E.; Moreira, Demerval Soares; Gácita, Madeleine Sánchez; Arteta, Joaquim; Fonseca, Rafael M.; Stockler, R.; Katsurayama, Daniel Massaru; Fazenda, Álvaro Luiz; Béla, M.

doi:10.5194/gmdd-6-1173-2013

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“…The study was conducted using the Chemistry-Coupled Aerosol and Tracers Transport model with the Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System (CCATT-BRAMS, Freitas et al, 2009;Longo et al, 2010Longo et al, , 2013 developed at the Brazilian National Institute for Space Research for regional studies of air quality impact on public health, weather forecasting and climate processes. The presented results focus on the simulation of the AOD of the regional smoke plume and the associated radiative flux perturbation (RFP) of the solar radiation at the surface.…”

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Modeling the South American regional smoke plume: aerosol optical depth variability and surface shortwave flux perturbation

et al. 2013

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Intra-seasonal variability of smoke aerosol optical depth (AOD) and downwelling solar irradiance at the surface during the 2002 biomass burning season in South America was modeled using the Coupled Chemistry-Aerosol-Tracers Transport model with the Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System (CCATT-BRAMS). Measurements of total and fine mode fraction (FMF) AOD from the AErosol RObotic NETwork (AERONET) and solar irradiance at the surface from the Solar Radiation Network (SolRad-NET) were used to evaluate model results. In general, the major features associated with AOD evolution over the southern part of the Amazon basin and cerrado ecosystem are captured by the model. The main discrepancies were found for high aerosol loading events. In the northeastern portion of the Amazon basin the model systematically underestimated total AOD, as expected, since smoke contribution is not dominant as it is in the southern portion and emissions other than smoke were not considered in the simulation. Better agreement was obtained comparing the model results with observed FMF AOD, which pointed out the relevance of coarse mode aerosol emission in that region. Likewise, major discrepancies over cerrado during high AOD events were found to be associated with coarse mode aerosol omission in our model. The issue of high aerosol loading events in the southern part of the Amazon was related to difficulties in predicting the smoke AOD field, which was discussed in the context of emissions shortcomings. The Cuiabá cerrado site was the only one where the highest quality AERONET data were unavailable for both total and FMF AOD. Thus, lower quality data were used. Root-mean-square error (RMSE) between the model and observed FMF AOD decreased from 0.34 to 0.19 when extreme AOD events (FMF AOD_{550 nm} ≥ 1.0) and Cuiabá were excluded from the analysis. Downward surface solar irradiance comparisons also followed similar trends when extreme AOD were excluded. This highlights the need to improve modelling of the regional smoke plume in order to enhance the accuracy of the radiative energy budget. An aerosol optical model based on the mean intensive properties of smoke from the southern part of the Amazon basin produced a radiative flux perturbation efficiency (RFPE) of −158 Wm⁻²/AOD_{550 nm} at noon. This value falls between −154 Wm⁻²/AOD_{550 nm} and −187 Wm⁻²/AOD_{550 nm}, the range obtained when spatially varying optical models were considered. The 24 h average surface radiative flux perturbation over the biomass burning season varied from −55 Wm⁻² close to smoke sources in the southern part of the Amazon basin and cerrado to −10 Wm⁻² in remote regions of the southeast Brazilian coast

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Modeling the South American regional smoke plume: aerosol optical depth variability and surface shortwave flux perturbation

et al. 2013

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“…O BRAMS (Longo et al, 2013;Freitas et al, 2009) é um modelo de área limitada com dinâmica não-hidrostática compressível, que permite simulações realísticas do estado atmosférico a partir da assimilação de dados observados e/ ou análises atmosféricas. O modelo conta com estado-da-arte em parametrizações físicas de transferência radiativa, difusão turbulenta na camada limite planetária e microfísica de nuvens, dentre outros.…”

Section: Setembro 2015unclassified

Análise Da Convecção Resolvida Explicitamente Pelo Modelo Brams a Partir Da Comparação Com Radiâncias De Satélites

Negri

Machado

Freitas

2015

Rev. bras. meteorol.

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RESUMOEste 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. Palavras-chave: Modelo em escala de nuvens; avaliação; satélites meteorológico. ABSTRACT: ANALYSIS OF THE CONVECTION EXPLICITLY RESOLVED BY BRAMS USING SATELLITE RADIANCESThis 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. Keywords: Cloud scale model, evaluation; meteorological satellites para serem executados com maior resolução espacial e para descrever explicitamente os processos das nuvens. Em muitos centros, modelos regionais com resolução espacial em torno de 12 até 4 km tem sido implementados operacionalmente, sendo previsto que nos próximos anos os modelos com resolução espacial de 1 km serão comuns (Lean et al., 2008). Muitos INTRODUÇÃOCom o constante aumento da capacidade computacional, tornou-se possível nos presentes dias simular o estado da atmosfera com ...

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“…Os dados micrometeorológicos específicos do local da queimada podem ser obtidos com os modelos de mesoescala BRAMS [3] e WRF [2]. O acoplamento do modelo GILTT com um modelo de mesoescala é mais realístico e, portanto adequado para o estudo do caso.…”

Section: Introductionunclassified

Modelagem da Dispersão de Poluentes Emitidos por Queimadas Usando a Técnica GILTT

Carraro¹,

Buske

Carvalho

et al. 2015

Proceeding Series of the Brazilian Society of Computational and Applied Mathematics

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RESUMODevido ao caráter turbulento do campo de vento na camada limite atmosférica, torna-se extremamente difícil o estudo da dispersão e do transporte de contaminantes na atmosfera. Por causa da complexidade da turbulência, o estudo da dispersão de poluentes na atmosfera emprega modernas metodologias disponíveis na comunidade científica. Neste aspecto, ferramentas teóricas e dados observacionais são combinadas com simulações numéricas com o objetivo de se compreender e de descrever, em uma maneira mais adequada, o fenômeno de transporte turbulento. As ferramentas teóricas são ainda hoje um desafio, uma vez que a dispersão de poluentes ocorre em um campo turbulento que possui um número infinito de graus de liberdade. Simplificações nas equações são obtidas e validadas por experimentos de campo que auxiliam na compreensão do processo de difusão. Os modelos matemáticos são um instrumento útil no entendimento dos fenômenos que controlam o transporte, a dispersão e a transformação físico-química dos poluentes na atmosfera.Na estimativa do campo de concentração de poluentes na baixa atmosfera, emprega-se, normalmente, a equação de advecção-difusão, sendo que os modelos Eulerianos de dispersão têm como característica a solução desta. Na maioria dos casos encontrados na literatura, esta equação é resolvida analiticamente apenas em situações extremamente simplificadas, quase sempre com coeficientes de difusão constantes. Muitos avanços têm sido feitos no estudo da dispersão de poluentes utilizando o método conhecido na literatura como GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) para resolver a equação de advecção-difusão [4]. A idéia básica do método GILTT é a construção de um problema auxiliar de Sturm-Liouville associado ao problema estacionário, determinação da técnica da transformada integral em uma série truncada usando como base as autofunções do problema de Sturm-Liouville resolvido, substituição desta expansão no problema original. Tomando momentos, obtém-se uma equação diferencial ordinária matricial que é resolvida analiticamente pela técnica da transformada de Laplace e diagonalização.O objetivo deste trabalho é investigar o problema de emissões de poluentes resultante de queimadas e o transporte transfronteiriço deste poluente. Especificamente, investigar um evento ocorrido no mês de agosto de 2010, conhecido como chuva laranja, onde a pluma de poluentes advinda das queimadas ocorridas no cerrado brasileiro foi transportada ate o Rio Grande do Sul provocando a chuva laranja no dia 22.08.2010. Para atingir este objetivo utiliza-se a técnica GILTT para resolver analiticamente a equação de advecção-difusão.Neste trabalho, considera-se a equação de advecção-difusão com dependência temporal do campo de velocidades (por simplicidade, sem reações químicas), escrita como:

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The chemistry CATT–BRAMS model (CCATT–BRAMS 4.5): a regional atmospheric model system for integrated air quality and weather forecasting and research

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Modeling the South American regional smoke plume: aerosol optical depth variability and surface shortwave flux perturbation

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Análise Da Convecção Resolvida Explicitamente Pelo Modelo Brams a Partir Da Comparação Com Radiâncias De Satélites

Modelagem da Dispersão de Poluentes Emitidos por Queimadas Usando a Técnica GILTT

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