Como aprimorar a previsão de chuvas no Brasil no período que desafia meteorologistas

Publicado originalmente em portal Ciência UFPR. Para acessar, clique aqui.

Entendimento da interação entre monções e a Oscilação Madden Julian, fenômeno que acontece no Pacífico, permitiu antecipar previsão de chuvas para até três semanas com precisão razoável em quase todo o território nacional

Sempre ouvimos falar da importância das monções para alguns países asiáticos, ao criar duas estações bem definidas uma seca e outra chuvosa. O fenômeno, em termos bem simplificados, ocorre porque no verão o aquecimento mais rápido do continente causa a elevação do ar quente que assim cria uma zona de menor pressão para onde sopra o vento, trazendo o ar úmido dos oceanos, durante o inverno o processo se inverte marcando a estação seca.

Mais recentemente, os critérios de classificação das monções se modernizaram, o conceito clássico levava em conta principalmente a reversão de direção dos ventos superficiais. Os novos critérios consideram a mudança de direção dos ventos, a formação de estações chuvosas e secas bem definidas (verão úmido e inverno seco) e a variação do índice pluviométrico. O fenômeno pode ser assim identificado também na América do Sul, atingindo praticamente todo o território brasileiro.

Edição de vídeo: Jéssica Tokarsi

Segundo a pesquisadora de meteorologia, Alice Grimm, professora do Departamento de Física da UFPR, a intensidade das monções no Brasil pode ser comparada com a da Índia. Grimm tem se dedicado a entender como as monções acontecem em nosso continente e sua interação com outros fenômenos climáticos para melhorar a precisão e a antecedência da previsão com que ocorrem.

A pesquisadora explica que “a melhoria da previsão na estação chuvosa é de extrema importância, assim como é importante o aumento da antecedência das previsões (previsão subssazonal), pois permitem melhor planejamento das atividades em diversos setores da sociedade tais como agricultura, gerenciamento de recursos hídricos, produção e distribuição de energia elétrica, turismo, defesa civil, entre outros, com semanas de antecedência”.

Intervalo entre previsão climática e do tempo cria período de ‘vazio’ na previsão

Imagem mostra a diferença da direção dos ventos em Janeiro e Julho na América do Sul, marcando a criação de estações chuvosas no verão e seca no inverno, no Brasil.
Imagem: Agência Espacial Americana.

Para entender a questão da previsão é fundamental entender as diferenças entre tempo e clima. Como explica Grimm: “Tempo é o estado da atmosfera num dado local e num dado instante ou curto intervalo. Clima constitui toda a informação estatística sobre o tempo (médias, variabilidade e demais comportamento estatístico de parâmetros meteorológicos num intervalo maior). Portanto, a previsão do tempo prevê o estado da atmosfera (vento, precipitação, temperatura, pressão, umidade, etc.) em determinada data, que atualmente só é possível até um limite de 2 semanas. A confiabilidade das previsões é praticamente 100% em 24 horas, chegando a 70% com 5 dias de antecedência”.

Segundo a pesquisadora ainda é impossível fazer uma previsão precisa de tempo com meses de antecedência, embora seja possível prever mudanças significativas com antecedência de cerca de 10 a 15 dias. Tal limitação deve-se em parte à necessidade de mais conhecimento sobre os fenômenos atmosféricos e como representá-los, mas como coloca Grimm, a maior limitação decorre do componente caótico da atmosfera. “Edward Lorenz, pioneiro da teoria matemática do caos, trabalhava em Meteorologia e demonstrou, em 1965, que a previsibilidade atmosférica possui um limite teórico de duas semanas”, salienta.

“Edward Lorenz, pioneiro da teoria matemática do caos, trabalhava em Meteorologia e demonstrou, em 1965, que a previsibilidade atmosférica possui um limite teórico de duas semanas”Alice Grimm, professora do Departamento de Física da UFPR

Já no caso da previsão climática a situação é outra, pois deriva principalmente da previsibilidade de outros fatores. “Condições de contorno, sobretudo da temperatura da superfície do mar e da sua grande influência nas condições atmosféricas futuras, ou seja, a variabilidade climática sazonal é controlada principalmente pelas lentas variações das temperaturas dos oceanos. Portanto, é possível fazer com precisão útil (60% ou mais, ou seja, melhor que os 50% do “cara ou coroa”) uma previsão das características estatísticas da próxima estação”, explica a pesquisadora.

A previsão climática depende assim de fenômenos de mais longa duração, como as variações climáticas, também conhecidas como oscilações. Dois desses fenômenos, que ocorrem no oceano Pacífico, já são bem conhecidos no Brasil: El Niño e La Niña, mas existem outros. Grimm destaca a importância de conhecer os efeitos de cada uma dessas oscilações e também de seus efeitos combinados em cada região para as previsões.

A previsão climática ajuda a complementar os dados dos modelos que fazem a previsão do tempo, mas existe uma espécie de buraco nestas previsões, que deve ser preenchido pelo que os especialistas chamam de previsão subssazonal, que ainda são pouco precisas.

“Pode-se ver que há previsão de tempo muito boa até uma semana e previsão climática sazonal, para antecedência de 1 mês ou mais, para prever características estatísticas do tempo durante uma estação. Portanto, vê-se que existe um ‘vazio’ de previsão entre a previsão de tempo e a previsão climática sazonal, que deveria ser preenchido pela previsão subssazonal. Previsões subssazonais com antecedência de 2 ou mais semanas usam geralmente médias semanais de previsão do tempo”, explica.

Informações das monções, OMJ e índices de circulação ajudaram a melhorar previsão

Monções (área demarcada em vermelho) atinge quase todo o território brasileiro.
Imagem: Alice Grimm (2011).

Na busca de preencher este buraco na previsão, um outro fenômeno, de duração um pouco mais curta, que também ocorre no Pacífico, acabou por indicar uma saída, a Oscilação de Madden-Julian (OMJ). A equipe de Grimm estudou as interações do fenômeno com as monções na América do Sul, o que permitiu melhorar sensivelmente as previsões para este período. Segundo a pesquisadora, “os resultados mostram a possibilidade de previsão da precipitação na região núcleo da monção com 3 semanas de antecedência, a partir da previsão de um índice de circulação”. Os resultados foram publicados em um artigo no periódico Climate Dynamics, um dos mais importantes da área.

A influência da OMJ também ficou explícita. “No Sudeste, por exemplo, algumas fases desta oscilação podem aumentar em média a chuva diária durante a estação chuvosa (verão) em mais de 30% da média climatológica e mais do que dobra o risco de eventos extremos de chuva. Imagine-se o impacto em regiões com riscos de enchentes e deslizamentos!”, alerta Grimm, que publicou os resultados em outro artigo no mesmo periódico.

No artigo com os resultados do estudo sobre previsão da monção, Grimm também apresentou os resultados da análise de dois dos principais modelos de previsão utilizados no mundo o do European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), da União Européia, e o do National Centers for Environmental Prediction (NCEP), dos Estados Unidos, buscando avaliar a precisão de cada um deles e a relação com a OMJ.

“No Sudeste, por exemplo, algumas fases desta oscilação podem aumentar em média a chuva diária durante a estação chuvosa (verão) em mais de 30% da média climatológica e mais do que dobra o risco de eventos extremos de chuva. Imagine-se o impacto em regiões com riscos de enchentes e deslizamentos!”

Alice Grimm, professora do Departamento de Física da UFPR

Segundo Grimm, a análise mostrou que os modelos apresentaram uma boa precisão na previsão dos períodos de chuva e seca, mas o mais importante e um dos principais objetivos da pesquisa era estabelecer como estes modelos representam a distribuição de chuvas dentro da estação chuvosa. Além disso, a pesquisadora se propôs a entender como a OMJ ajuda a produzir estas épocas de seca e chuva, e como a influência deste evento climático apareceria dentro destes modelos. Isso permitiu verificar a qualidade das previsões.

“Embora os modelos reproduzam aproximadamente a distribuição de épocas secas e chuvosas na estação chuvosa associada a cada fase da OMJ, eles produzem uma pequena defasagem nesta distribuição, o que significa que preveem os impactos da fase da OMJ que mais afeta o Brasil de forma um pouco adiantada, talvez porque os modelos estabeleçam teleconexões atmosféricas um pouco mais rápidas entre a OMJ e a circulação atmosférica no Brasil”, explica a pesquisadora.

Quanto à qualidade das previsões a professora explica que “os modelos tiveram bom desempenho de previsão até a segunda semana de antecedência, tanto para um índice de chuva como para um índice de circulação atmosférica. Na terceira semana, o ECMWF ainda apresentou desempenho útil para o índice de circulação, o que é um bom resultado”.

Método abre caminho para melhorias futuras ao identificar fatores que afetam os modelos de previsão

A circulação atmosférica é a movimentação das grandes massas de ar e aparece como uma determinante essencial para a previsão do tempo. Em geral, os modelos conseguem prever melhor a circulação do que a precipitação. No estudo, por exemplo, um índice da monção baseado na circulação foi bem previsto com até três semanas de antecedência, enquanto um índice baseado na precipitação teve boa previsão com antecedência de até duas semanas.

Novo método também permite melhorar previsão de eventos extremos como enchentes e deslizamentos em áreas populosas, nos últimos anos incidentes deste tipo aconteceram em diversas regiões abrangidas pelas monções.

“Os processos que produzem precipitação são de escala temporal e espacial menores que as geralmente possíveis nos modelos e tem que ser, portanto, parametrizados, ou seja, simulados em função de outros parâmetros, o que é uma das maiores fontes de erros”, explica. Uma solução para esta limitação é, como explica Grimm, “estabelecer relações estatísticas entre circulação e precipitação para cada região”.

A partir disso, a professora avaliou os resultados da relação entre circulação e precipitação para chegar em uma previsão mais precisa para a terceira semana. O que é especialmente importante, já que os modelos começam a ter resultados ruins para tal antecedência. Além disso, as previsões também podem ser feitas a partir de dados da OMJ e dessa relação entre circulação e precipitação, mas elas não se mostraram muito boas nas primeiras semanas, mas sozinhas mostraram-se mais precisas para previsões para quatro semanas de antecedência.

Com os novos métodos, será possível antecipar a previsão de chuvas e melhorar sua precisão, colaborando para que saibamos com antecedências uma série de dados que afetam diversas atividades econômicas, bem como prever possíveis eventos extremos ligados às tempestades e quantidade de chuvas

“Embora a OMJ contribua para a oscilação das chuvas, há outros processos mais rápidos que também contribuem mais para a variabilidade diária das chuvas, os chamados processos sinóticos e os intrassazonais de alta frequência (mais rápidos que a OMJ). Portanto, usando apenas uma relação matemática simples entre a chuva e a OMJ, ela dá piores resultados que os modelos analisados até a terceira semana de antecedência de previsão, pois estes modelos incluem os outros processos. Contudo, a partir da quarta semana de antecedência, a previsão de oscilação da chuva feita apenas com a OMJ é melhor que a destes modelos, embora a precisão já seja baixa em ambos os casos”, explica.

A professora destaca que além da proposta estabelecer métodos melhores para fazer previsão também ajuda a entender melhor as relações entre todos esses fenômenos o que permite melhorar ainda mais essas previsões no futuro. “Os resultados mostram a possibilidade de previsão da precipitação na região núcleo da monção com 3 semanas de antecedência, a partir da previsão de um índice de circulação. Além disto, mostram possíveis razões para que o desempenho não seja ainda melhor, para que modeladores possam fazer correções e melhorias”, conclui.

Com os novos métodos, será possível antecipar a previsão de chuvas e melhorar sua precisão, colaborando para que saibamos com antecedências uma série de dados que afetam diversas atividades econômicas, bem como prever possíveis eventos extremos ligados às tempestades e quantidade de chuvas, como as enchentes e deslizamentos, que afetaram várias regiões na história recente do país.

Alice Grimm foi a pesquisadora da UFPR mais citada do ano de 2019, destacando-se em um levantamento feito pela Universidade de Stanford dos Estados Unidos, que indicou os 100 mil cientistas mais influentes daquele ano, ocupando a posição 26.338. Ela é, ainda, a representante da América do Sul no painel de estudos de monções da Organização Meteorológica Mundial e lidera o Laboratório de Meteorologia da UFPR, ligado ao Departamento de Física da universidade.

Artigos citados

Active and break phases of the South American summer monsoon: MJO influence and subseasonal prediction.
Climate Dynamics – Autoria: Alice Grimm, Leonardo R. Hakoyama, Luana A. Scheibe

Madden–Julian Oscillation impacts on South American summer monsoon season: precipitation anomalies, extreme events, teleconnections, and role in the MJO cycle
Climate Dynamics – Autoria: Alice Grimm

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