Modelados

Dados

Os dados provêm da reanálise ERA5 do Centro Europeu de Previsão do Tempo a Curto e Médio Prazo (ECMWF), sendo disponibilizada através do Copernicus Climate Change Service (C3S).

Método

A metodologia usada para a geração da climatologia modelada para o Território Nacional baseia-se na implementação do processo de downscaling dinâmico, com recurso ao modelo numérico de previsão do estado do tempo WRF (Weather Research and Forecasting Model) versão 4.2 (Skamarocket al. 2008).

O modelo WRF é um modelo não hidrostático, adequado para simular uma ampla gama de escalas espaciais. O modelo tem uma ampla escolha de opções disponíveis no que toca as parametrizações físicas disponíveis para a sua execução- condição que o torna num modelo bastante adequado para diversos fins, especialmente para fins climatológicos.

O downscaling dinâmico, que é um processo essencialmente numérico e requer uma utilização intensiva de recursos computacionais o que implica um gasto apreciável de tempo na sua execução. De forma a minimizar os erros do modelo, foram executados alguns testes de curta duração, onde se definiu o conjunto de parametrizações físicas que são usadas (seguem as definidas em Miranda, et al. 2020).
Com estes testes também foi evidente que, para reduzir o tempo de processamento computacional, no caso do Arquipélago dos Açores, a forma mais rápida foi dividir os Açores em três subdomínios de alta resolução, cada um deles para cada grupo de ilhas.

As simulações foram forçadas a cada 3h com dados da reanálise ERA5 (Hersbach, et al., 2020). A configuração tem dois níveis de domínios encaixados de forma unidirecional: um domínio externo com resolução horizontal de 9 km (D2) e um domínio interno com resolução horizontal de 3 km resolução (D3/D4/D5).

As simulações históricas cobrem o período de 43 anos (1979-2022), tendo sido gerados dois períodos da normal climatológica: 1981-2010 e 1991-2020.

Este conjunto de indicadores climáticos:

• correspondem ao clima simulado para as 3 regiões, Continente, Arq. dos Açores e Madeira, e são disponibilizados em integrações mensais, sazonais, anuais e nos períodos das normais climatológicas (30 anos);
• estão acessíveis para as seguintes agregações espaciais: Concelhos, Distritos, NUTS3 e Regiões Hidrográficas, sendo que a estatística espacial contempla o valor mínimo, médio e máximo para cada Unidade Territorial;
• são atualizados de acordo com a sua integração, sendo que as integrações mensais são atualizadas no início (até ao 8 dia) do mês subsequente, dependendo da data de atualização do conjunto dados de reanálise ERA5.

Indicadores

A lista de indicadores climáticos disponibilizados nesta plataforma tem por base os indicadores utilizados nos processos relacionados com a monitorização mensal que o IPMA desenvolve.

Numa primeira fase foram processados os seguintes indicadores:

• Temperatura média, mínima e máxima do ar
• Número de dias com temperatura mínima do ar < 0Cº (dias frios)
• Número de dias com temperatura mínima do ar > 20Cº (noites tropicais)
• Número de dias com temperatura máxima do ar > 25Cº (dias de verão)
• Número de dias com temperatura máxima do ar > 35Cº (dias muito quentes)
• Número de dias com temperatura máxima do ar > 40Cº (dias extremamente quentes)
• Quantidade de precipitação
• Dias com precipitação >1mm (número dias com precipitação)
• Dias com precipitação >10mm (número dias com precipitação forte)
• Dias com precipitação >20mm (número dias com precipitação muito forte)
• Dias com precipitação >30mm (número dias com precipitação extremamente forte)
• SPEI 3, 6, 9, 12 meses
• SPI 3, 6, 9, 12 meses
• Indice de aridez
• Evapotranspiração de referência (ET0)

Erro

O conhecimento do erro associado à modelação climática é fundamental para avaliar o desempenho das simulações na representação do clima das diversas regiões de Portugal. Para o efeito, foi efetuada uma avaliação da precipitação e da temperatura máxima e mínima do ar para as simulações de downscaling do WRF, comparando o resultado do modelo com o conjunto de dados resultado dos programas de observação de superfície efetuados pelo IPMA. Com o objetivo de simplificar a comparação, todas as estatísticas têm por base as médias retiradas dos resultados individuais das diferentes estações disponíveis.

O modelo WRF foi validado com recurso aos dados observados na rede de Estações Meteorológicas do IPMA para as mesmas série temporais, sendo que os valores modelados para a temperatura do ar são também ligeiramente subestimadas.

Precipitação

Os resultados obtidos com recurso ao downscaling dinâmico (WRF/ERA5) foram analisados recorrendo à comparação com os dados obtidos nas 109 estações meteorológicas (da rede do IPMA e da APA) para o período 1981-2010. Deste modo, podemos afirmar que a precipitação (em média) é sobreestimada pelo modelo para os locais onde as estações estão instaladas, ou seja, o modelo apresenta valores superiores aos observados.

Os maiores valores da intensidade e dispersão de resíduos ocorrerem nos meses de Outubro, Novembro, Dezembro e Janeiro. O mês de Julho é o mês com menor erro sendo também o mês com menor precipitação. Os primeiros gráficos apresentados (Figura 1 e 2) representam as diferenças entre os valores observados e modelados para o local de cada estação. Na Tabela 1 são apresentadas estatísitcas de RMSE (erro médio quadrático), MAE (erro médio absoluto) e MBE (erro médio de viés).

Figura 1. Intensidade e dispersão de resíduos do downscalling WRF/ERA5 para a precipitação.

Figura 2. Intensidade e dispersão de resíduos do downscalling WRF/ERA5 para a precipitação, em percentagem, derivados da diferença entre os valores observados e modelados.

Tabela 1. Valores de RMSE, MAE e MBE para a precipitação.

Temperatura do ar

O comportamento do modelo WRF apresenta resultados diferenciados para a temperatura mínima, média e máxima do ar (Figura 2).

Figura 3. Intensidade e dispersão de resíduos do downscalling WRF/ERA5, para as variáveis da temperatura máxima, média e mínima.

Assim, para a temperatura mínima do ar, mantém-se os resíduos num intervalo de -3ºC a +3ºC, sendo que este intervalo diminui para, -2ºC a +2ºC, para o valor médio e para valor máximo da temperatura da ar. O melhor desempenho do modelo verifica-se para a temperatura máxima do ar. Contrariamente a temperatura minima do ar apresenta um desempenho pior. Na Tabela 2 são apresentados os valores de RMSE (erro médio quadrático), MAE (erro médio absoluto) e MBE (erro médio de viés).

Tabela 1. Valores de RMSE, MAE e MBE para a Tmax, Tméd e Tmin.

Observados

Dados

Os dados in-situ provêm da rede de estações meteorológicas clássicas e automáticas do IPMA.

Método

Os dados climatológicos disponibilizados nesta plataforma foram obtidos nas estações meteorológicas da rede nacional de referência climática, sendo que estas estações devem, pelo menos, registar os parâmetros temperatura do ar e precipitação, no entanto outros elementos climatológicos devem também fazer parte do programa de observação climática, nomeadamente direção e velocidade do vento, humidade do ar, pressão atmosférica, radiação solar e temperatura do solo.

A seleção das estações meteorológicas representadas nesta plataforma teve por base as seguintes características:

programa de observação contemplar os parâmetros descriminados;

1. Atualmente em funcionamento;
2. Pertença à rede atual do IPMA;
3. Séries históricas longas disponíveis (com pelo menos 2 normais climatológicas, sempre que possível);
4. Distribuição espacial representativa do território e por regiões;

O apuramento dos dados mensais foi efetuado de acordo com as normas da Organização Mundial de Meteorologia (OMM). Os valores em falta para os parâmetros temperatura do ar e precipitação foram complementados com dados de modelo, nomeadamente downscalling WRF (Weather Research and Forecasting Model) forçado com ERA5 (conjunto de dados de reanálise do modelo do ECMWF).

As series de dados de temperatura e precipitação das estações consideradas foram verificadas com testes de homogeneidade, tendo sido utilizado o software package RClimDex. Foram identificados breakpoints em algumas estações (variações significativas dos valores dos dados) que foram validados ou rejeitados após verificação da metadata (ver exemplo do Porto/Pedras Rubras na Figura 4).

Para as normais climatológicas o processamento foi efetuado sobre séries de dados observacionais, devidamente validados por processos de controlo de qualidade. Para o cálculo das normais, determinam-se primeiro os apuramentos dos valores mensais de cada parâmetro, com base nestes, determinam-se os valores anuais e em seguida os valores médios nos 30 anos de acordo com a normas da OMM.

Figura 4. Breakpoint identificado na temperatrua máxima da estação meteorológica do Porto/Pedras Rubras.

Descrição das estações meteorológicas clássicas

A informação descritiva apresentada sobre as estações meteorológicas clássicas foi baseada nas informações disponíveis no livro publicado pelo Serviço Meteorológico Nacional (atual IPMA):

Ferreira, H. A. (1970). O clima de Portugal: Normais climatológicas de Portugal Continental, Açores e Madeira correspondentes a 1931–1960 (Fascículo XIII, 2ª ed.). Serviço Meteorológico Nacional.