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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.14.2022.tde-31052022-093032
Documento
Autor
Nome completo
Alberto José Bié
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2022
Orientador
Banca examinadora
Camargo, Ricardo de (Presidente)
Camargo, Suzana Junqueira de
Dias, Pedro Leite da Silva
Mavume, Alberto Francisco
Pezzi, Luciano Ponzi
Título em português
Ciclones tropicais no Sudoeste do Oceano Índico: representação em reanálises atmosféricas e experimentos de sensibilidade com modelo regional acoplado
Palavras-chave em português
Canal de Moçambique
Ciclones tropicais
COAWST
modelagem acoplada.
Reanálise
SWIO
Resumo em português
Os ciclones tropicais são um dos sistemas meteorológicos mais devastadores que existem. Sobre os países que fazem parte do Sudoeste do Oceano Índico (SWIO), eles são o principal fenômeno ambiental responsável pela perdas de vidas e propriedades. Apesar do seu enorme potencial em causar desastres, nesta região estes sistemas tiveram pouca atenção até recentemente, em comparação com outras bacias oceânicas. A caracterização destes sistemas bem como sua previsão são de crucial importância para mitigar seu impacto sobre as populações. Para ajudar na compreensão destes sistemas no SWIO, o objetivo deste trabalho é duplo: (i) avaliar a representação de ciclones tropicais no SWIO em duas reanálises atmosféricas modernas e (ii) verificar se um modelo atmosférico regional acoplado de alta resolução é capaz de melhorar a representação destes sistemas nesta porção oceânica e como o acoplamento influencia nessa representação. Para o objetivo (i), a avaliação da representatividade dos ciclones foi feita sobre as reanálises do CFS e do ERA5 entre 1979 e 2019 contra a referência dada pelo IBTrACS. Os resultados mostraram que ambos conjuntos tiveram um desempenho semelhante, embora algumas peculiaridades podem ser destacadas. O CFS apresentou melhor capacidade detecção dos sistemas. Para posições, os erros geralmente diminuem com a intensidade dos sistemas em ambas as reanálises, com o ERA5 sendo ligeiramente melhor durante os estágios iniciais, enquanto CFS supera o ERA5 nos demais estágios. Ambas reanálises degradam rapidamente a intensidade dos sistemas à medida que se intensificam. O CFS (ERA5) pareceu ser ligeiramente melhor em termos de vento máximo (pressão mínima), representando sistemas mais intensos. Ambas as reanálises não foram capazes de reproduzir intensidades de vento além da categoria de ciclone tropical, com ERA5 sub-representando a relação vento-pressão dos sistemas. Para o objetivo (ii), foram feitos experimentos de sensibilidade com diferentes níveis de complexidade na representação do acoplamento oceano-atmosfera com o COAWST. Para o estudo de caso escolhido, a regionalização foi capaz de reproduzir um sistema de trajetória e intensidade comparáveis a observação, mesmo em uma previsão tão longa (7 dias). Para este sistema, apesar das diferenças evidentes nos fluxos de calor, o impacto do acoplamento oceânico através da temperatura da superfície do mar (TSM) imposta como condição de fronteira na superfície do modelo parece ter sido mínimo para representação da intensidade, embora a inclusão de uma TSM variável tenha mostrado melhorias na representação do vento máximo do sistema durante seu pico de intensidade bem como das condições oceânicas relacionadas ao sistema. Não obstante, a inclusão de uma TSM variável e, consequentemente, representação mais realística da superfície do oceano mostraram-se essenciais para melhoria das estimativas das taxas de precipitação pelo modelo, reduzindo ligeiramente as superestimativas. Tentativas de generalizar o impacto do acoplamento oceano-atmosfera na representação dos sistemas mostraram que, em média, a inclusão de uma TSM variável apresenta erros menores para a intensidade dos sistemas, contudo grau de melhoria é dependente da velocidade de translação do sistema.
Título em inglês
Tropical cyclones in the Southwest Indian Ocean: representation within atmospheric reanalyses and sensitivity experiments with a regional coupled model
Palavras-chave em inglês
COAWST
coupled modeling.
Mozambique Channel
Reanalysis
SWIO
Tropical cyclones
Resumo em inglês
Tropical cyclones are among the most devastating meteorological systems. Within the Southwest Indian Ocean (SWIO) bordering countries they are the major environmental phenomenon responsible for the loss of life and property. Despite having disastrous consequences, in this ocean basin these systems have received little attention compared to other ocean basins. To help mitigate their impact on society, their characterization, as well as their accurate prediction, are of prime importance. To help understand these systems in the SWIO, the objective of this study is twofold: (i) evaluate how are SWIO tropical cyclones represented within two modern atmospheric reanalyses and (ii) assess if a high-resolution regional coupled model is able to improve the representation of these systems in a portion of SWIO and how the ocean-atmosphere coupling influences this representation. For objective (i), the tropical cyclones were evaluated within the CFS and ERA5 reanalyses datasets between 1979 and 2019 against the observational reference given by IBTrACS. Results show that both datasets have comparable performance although some characteristics may be highlighted. CFS have improved probability of detection tailored to its vortex rellocation system. For positions, errors generally decrease with the intensity of the systems in both reanalyses, with ERA5 being slightly better during the early stages, while CFS outperforms ERA5 in the remaining stages. Both reanalyses rapidly degrade the intensity as the systems reach high intensity stages. CFS (ERA5) appeared to be slightly better in terms of maximum wind (minimum pressure), representing more intense systems. Both reanalyses were unable to reproduce wind intensities beyond the Tropical Cyclone category, with ERA5 misrepresenting the wind-pressure relationship of the systems. For the chosen case study, regionalization with COAWST was able to reproduce a system with trajectory and intensity comparable to observation, even in such a model hindcast (7 days). For this system, despite the evident differences in heat fluxes, the impact of ocean coupling through the sea surface temperature (SST) imposed as boundary condition on the surface the model seems to have minimal effect in representing the intensity of the system, although the inclusion of a time-varying SST has shown improvements in the representation of the maximum wind of the system during its peak intensity as well as the oceanic conditions related to the system. Nevertheless, the inclusion of a variable SST and, consequently, a more realistic representation of the ocean surface proved to be essential for improving the estimates of precipitation rates by the model by reducing overestimation. Attempts to generalize the impact of ocean-atmosphere coupling in the representation of systems showed that, on average, the inclusion of a time-varying SST leads to smaller errors for the intensity representation although the degree of improvement is dependent on the translation speed of the system.
 
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Data de Publicação
2022-05-31
 
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