Análise de sensibilidade de modelos de fenômenos atmosféricos para avaliar precipitação na bacia hidrográfica do Rio Paraíba do Sul

This paper is aimed at performing a group of experiments to evaluate the sensitivity to cumulus and microphysics schemes, as represented in numerical simulations of the Weather Research and Forecasting (WRF) model. The convective schemes of Kain-Fritsch (KF), Betts-Miller-Janjic (BMJ), Grell-Devenyi (GD), Grell-Freita (GF), Grell 3D (G3D), Tiedtke and New Tiedtke (NT) were tested in association with the microphysics schemes of Kessler, Purdue Lin, WSM3, WSM5, WSM6, ETA (Ferrier) and Goddard (totaling forty-nine experiments) in order to identify the combination which best represents the cumulative rainfall distribution in the Paraíba do Sul watershed. In order to evaluate the best performance experiments, they were submitted to statistical tests of bias (BIAS), root mean square error (RMSE), absolute mean error (MAE) and Coefficient of Determination (R2). Results show that combinations WSM5 and GD; Goddard and G3D; Perdue Lin and G3D; WSM5 and G3D form a group of four physical configurations statistically similar and able to predict well the mean rainfall in the Paraiba do Sul watershed. It was noticed also that the cumulus scheme has a greater weight than microphysics in rainfall simulations being GD3 the best performing.Este trabalho tem como objetivo realizar um conjunto de experimentos para avaliar a sensibilidade a esquemas cumulus e microfísicos, representados em simulações numéricas do modelo Weather Research and Forecasting (WRF). Os esquemas convectivos de Kain-Fritsch (KF), Betts-Miller-Janjic (BMJ), Grell-Devenyi (GD), Grell-Freita (GF), Grell 3D (G3D), Tiedtke e New Tiedtke (NT) foram testados em associação com os esquemas microfísicos de Kessler, Purdue Lin, WSM3, WSM5, WSM6, ETA (Ferrier) e Goddard (totalizando quarenta e nove experimentos) com a finalidade de identificar a combinação que melhor representa a distribuição acumulada de chuvas na bacia do Paraíba do Sul. Os esquemas de camada limite planetária, camada superficial, radiação de onda longa e radiação de onda curta foram definidos a partir de quatro experimentos configurados com parametrizações físicas já utilizadas na mesma região, e disponíveis na literatura. O modelo Global Forecast System (GFS) foi usado como dados de condição de contorno lateral para o procedimento de downscaling, e a resolução horizontal utilizada foi de 0,05° (~5,5km) na grade mais fina. Os experimentos foram realizados para o período de tempo entre 02 e 06 de janeiro de 2019, por ser o período de maior instabilidade média, registrado pelas 19 estações automáticas do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), distribuídas na bacia para o ano de 2018/ verão 2019. Para avaliar os experimentos de melhor desempenho, eles foram submetidos aos testes estatísticos de viés (BIAS), raiz quadrada do erro médio (RMSE), erro médio absoluto (MAE) e coeficiente de determinação (R2). Os resultados mostram que as combinações WSM5 e GD; Goddard e G3D; Perdue Lin e G3D; WSM5 e G3D formam um conjunto de quatro configurações físicas estatisticamente semelhantes e capazes de prever bem a precipitação média na bacia do Paraíba do Sul. Percebeu-se também que o esquema cumulus tem um peso maior que a microfísica nas simulações de chuva sendo GD3 o de melhor desempenho