O objetivo desta pesquisa é implementar o modelo Global Eta Framework (GEF) e avaliar seu desempenho em simulações sazonais e de prazo médio. O GEF é um modelo atmosférico global em grade cúbica, desenvolvido a partir de uma combinação da técnica de grades quasi-uniformes e a estrutura numérica do modelo Eta regional. Seis modelos regionais, interconectados através da estrutura da grade cúbica, são integrados simultaneamente, um em cada face do cubo, para fornecer uma cobertura global e criar uma versão única "globalizada" do modelo Eta regional. Duas versões do modelo são desenvolvidas e configuradas, uma com resolução horizontal de 25 km para simulações sazonais e outra com a resolução horizontal de 8 km para testes de médio prazo. Um total de 10 integrações sazonais de aproximadamente 4 meses são realizadas para o período setembronovembro (SON) de 2011 e 2013 com o objetivo de avaliar a capacidade do modelo para simular o início da estação chuvosa na região Centro-Oeste do Brasil (COB). Integração para cada ano consiste de um conjunto de 5 membros. A comparação entre as medias diárias dos campos globais simulados e a reanálise ou as observações para o período SON indica boa concordância, tanto na distribuição espacial quanto na intensidade para a maioria das variáveis. A simulação de precipitação mostra desempenho mais baixo devido à superestimativa em algumas regiões oceânicas tropicais e à subestimativa em regiões continentais tropicais, incluindo a América do Sul. Outras variáveis avaliadas em diferentes níveis, incluem o vento de 200 hPa, altura geopotencial de 500 hPa, temperatura e vento de 850 hPa e pressão do nível médio do mar. O início da estação chuvosa é determinado utilizando os métodos baseados em precipitação e radiação da onda longa (ROL). A comparação de valores médios de 5 dias (pentadas) de precipitação e ROL dos membros de conjunto e a média do conjunto com os dados observados mostra a capacidade do modelo GEF em reproduzir o padrão de transição da x estação seca para estação chuvosa na região COB. No entanto, a maioria dos membros do conjunto tende a subestimar a precipitação e a superestimar a ROL. Um outro conjunto de integrações é produzido na resolução horizontal de 8 km, para o prazo de 10 dias. Um total de 22 integrações são realizadas com o lead time de 24 hs, 48 hs e 72 hs para analisar 8 casos selecionados de precipitação extrema sobre a cidade de Manaus, AM. O modelo demonstrou a capacidade de simular bem os padrões de grande escala no período de até 7 dias. O Equitable Threat Score (ETS) para os intervalos de tempo de 36 hs e 60 hs mostra que o modelo simula bem as áreas com precipitação, enquanto que para os limiares mais altos, os resultados estão no limite inferior dos valores referenciais. O índice BIAS (BIAS) mostra o valor próximo a 1 para o menor limiar "chuva-sem chuva" e diminui rapidamente para os outros limiares. As áreas com precipitação sobre a América do Sul são bem simuladas pelo modelo, com intensidade comparável em regiões extratropicais e valores principalmente subestimados nas regiões tropicais. O modelo simulou chuva para Manaus em quase todas as integrações, com valores subestimados na maioria dos casos, mostrando dificuldades na simulação das posições dos máximos de precipitação na Amazônia Central. A eficiência computacional do GEF e os resultados apresentados neste estudo confirmam que esforços contínuos no desenvolvimento do modelo podem dar uma contribuição significativa na melhoria da previsão sazonal e de médio prazo no CPTEC. As melhorias relacionadas principalmente com a parametrização de convecção e radiação, juntamente com o desenvolvimento contínuo da versão não hidrostática podem posicionar o GEF como um bom candidato para o futuro modelo unificado do centro, capaz de atuar em varias escalas.
The objective of this research is to implement the Global Eta Framework (GEF) model and evaluate its performance in medium and seasonal range integrations. GEF is a global atmospheric model on cubed-sphere grid, constructed as a combination of the technique of quasi-uniform gridding of the sphere and the numerical structure of the regional Eta model. Six regional models, interconnected through the cubed-sphere framework are integrated simultaneously, one on each side of the cube, to provide a global coverage and to create unique globalized version of the regional Eta model. Two model setups of the model are developed and configured, one at 25-km horizontal resolution for seasonal range runs and another at 8-km horizontal resolution for medium-range runs. Total of 10 seasonal integrations of approximately 4 months are performed creating 5 member ensembles for the period September- November (SON) of 2011 and 2013 with the objective to evaluate the model skill to simulate the onset of the rainy season in Western-Central Brazil (WCB). Comparative assessment of daily means of global model output fields against appropriate reanalysis and observations for the austral spring indicates high level of agreement, both in spatial distribution and intensity for most of the variables. The lowest skill is shown for precipitation which is overestimated over some tropical oceanic regions and underestimated over tropical continental regions, including South America. Other fields, evaluated at different levels include 200-hPa wind from upper-troposphere, 500-hPa geopotential height from mid-troposphere, 850-hPa temperature and wind representing lowertroposphere and mean sea level pressure (MSLP) at the surface. The onset of the rainy season is determined by using methods based on precipitation and outgoing long-wave radiation (OLR). Comparison of 5-day averaged values (pentads) of precipitation and OLR of the ensemble members and the ensemble mean against observed data shows the ability of GEF to reproduce the typical pattern of transition from dry to wet season in WCB almost in the same pentad determined by both methods. However, most of ensemble members tend to underestimate precipitation and overestimate OLR. The other set of integrations viii is performed at 8-km horizontal resolution, for the length of 10 days. The total of 22 integrations is performed with the lead times of 24 h, 48 h and 72 h to analyze 8 selected cases of extreme rainfall over the city of Manaus, Amazonas. The model demonstrates the ability to simulate well the large-scale patterns for the period of up to 7 days. The Equitable Threat Score (ETS) for the time ranges of 36 h and 60 h shows that the model simulates well the areas with precipitation, while for the higher thresholds, the results are on the lower limit of referential values. The BIAS score (BIAS) shows almost perfect score for the lowest rain-no rain threshold, and decreases rapidly for the other thresholds. The areas with precipitation over South America are well simulated by the model, with comparable intensity in extratropical regions and mostly underestimated values in the tropical regions. The model simulated rain for Manaus in almost every simulation, with underestimated values in most of the cases, in addition to showing the low skill in the simulation of the positions of the precipitation maxima in Central Amazon. The computational efficiency of GEF and the results presented in this study show that continuous efforts in the development of the GEF model can give significant contribution to the improvement of medium-range and seasonal forecasts at CPTEC. Improvements mostly related to the parameterization of convection and radiation, and the ongoing development of nonhydrostatic version should position GEF as a good candidate for future unified model of the centre, capable of running across a range of scales.
