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@PhDThesis{Mattos:2016:AnAcPr,
               author = "Mattos, Jo{\~a}o Gerd Zell de",
                title = "A an{\'a}lise do acoplamento de processos de superf{\'{\i}}cie 
                         continental e atmosfera e o impacto da assimila{\c{c}}{\~a}o de 
                         dados no modelo global do CPTEC-INPE",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2016",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2016-02-29",
             keywords = "assimila{\c{c}}{\~a}o de dados, acoplamento 
                         superf{\'{\i}}cie-atmosfera, superf{\'{\i}}cie, data 
                         assimilation, land-atmosphere coupling, surface.",
             abstract = "Na {\'u}ltima d{\'e}cada, um conjunto crescente de estudos 
                         num{\'e}ricos de sensibilidade sugere que a variabilidade 
                         atmosf{\'e}rica {\'e} fortemente influenciada pelo acoplamento 
                         superf{\'{\i}}cie-atmosfera, em especial {\`a} anomalias na 
                         umidade do solo. Neste sentido, esta tese tem por prop{\'o}sito 
                         mostrar que por meio da melhor representa{\c{c}}{\~a}o da 
                         umidade do solo nas condi{\c{c}}{\~o}es iniciais do MCGA-CPTEC 
                         s{\~a}o produzidas melhores simula{\c{c}}{\~o}es de 
                         precipita{\c{c}}{\~a}o. Para isto, foi efetuada inicialmente uma 
                         s{\'e}rie de experimentos num{\'e}ricos para estimar a 
                         sensibilidade do MCGA-CPTEC {\`a}s anomalias de umidade do solo e 
                         verificar a habilidade deste modelo em simular as principais 
                         caracter{\'{\i}}sticas atmosf{\'e}ricas, como por exemplo a 
                         variabilidade da precipita{\c{c}}{\~a}o. Estes passos foram 
                         necess{\'a}rios pois a literatura indica que existem diferentes 
                         {\'a}reas no globo que s{\~a}o sens{\'{\i}}veis {\`a}s 
                         anomalias de umidade do solo e que, no entanto a grande maioria 
                         dos modelos num{\'e}ricos mostra uma intensidade do acoplamento 
                         superf{\'{\i}}cie atmosfera bastante vari{\'a}vel. Enquanto 
                         alguns apresentam um forte acoplamento, outros parecem 
                         insens{\'{\i}}veis {\`a}s anomalias de umidade do solo. 
                         Al{\'e}m disso, n{\~a}o existem trabalhos at{\'e} o momento que 
                         indiquem a intensidade do acoplamento 
                         superf{\'{\i}}cie-atmosfera no MCGA-CPTEC. Assim, por meio de 
                         uma s{\'e}rie de simula{\c{c}}{\~o}es, verificou-se que o 
                         MCGA-CPTEC apresenta um acoplamento superf{\'{\i}}cie-atmosfera 
                         considerado entre fraco {\`a} moderado e dependente da escolha do 
                         esquema de superf{\'{\i}}cie e da parametriza{\c{c}}{\~a}o 
                         convectiva. Por outro lado, as {\'a}reas de forte acoplamento 
                         s{\~a}o compat{\'{\i}}veis com as reportadas pela maioria dos 
                         modelos j{\'a} analisados. O acoplamento 
                         superf{\'{\i}}cie-atmosfera n{\~a}o {\'e} uma medida da 
                         destreza do modelo, principalmente porque n{\~a}o existem dados 
                         observacionais a respeito deste acoplamento. Ainda assim, foi 
                         essencial verificar a habilidade do MCGA-CPTEC em simular as 
                         principais caracter{\'{\i}}sticas atmosf{\'e}ricas. Uma 
                         simula{\c{c}}{\~a}o de 17 anos mostrou que o modelo {\'e} capaz 
                         de reproduzir os principais padr{\~o}es atmosf{\'e}ricos 
                         sazonais, no entanto a simula{\c{c}}{\~a}o com uso do esquema de 
                         superf{\'{\i}}cie IBIS caracterizou-se por grandes 
                         discrep{\^a}ncias na varia{\c{c}}{\~a}o latitudinal da 
                         temperatura do ar e da press{\~a}o ao n{\'{\i}}vel m{\'e}dio 
                         do mar sobre a regi{\~a}o polar. O perfil vertical da temperatura 
                         do ar tamb{\'e}m foi caracterizado por erros significativos que 
                         foram refletidos no perfil vertical de vento. Estas 
                         diferen{\c{c}}as, que sugerem algum problema na 
                         implementa{\c{c}}{\~a}o do esquema de superf{\'{\i}}cie IBIS, 
                         levaram {\`a} escolha da configura{\c{c}}{\~a}o do modelo que 
                         disp{\~o}e do esquema de superf{\'{\i}}cie SSiB e da 
                         parametriza{\c{c}}{\~a}o convectiva Kuo para realizar o processo 
                         de assimila{\c{c}}{\~a}o de dados de umidade do solo no 
                         MCGA-CPTEC. A an{\'a}lise das diferen{\c{c}}as entre as 
                         simula{\c{c}}{\~o}es com e sem assimila{\c{c}}{\~a}o de dados 
                         mostrou que em geral houve uma adi{\c{c}}{\~a}o constante de 
                         {\'a}gua no solo, sugerindo a exist{\^e}ncia de erros 
                         sistem{\'a}ticos no modelo. Estes erros podem estar relacionados 
                         {\`a} simplifica{\c{c}}{\~o}es e defici{\^e}ncias do esquema 
                         superf{\'{\i}}cie, ao inv{\'e}s de erros aleat{\'o}rios 
                         provenientes das for{\c{c}}antes atmosf{\'e}ricas. Contudo, as 
                         mudan{\c{c}}as consecutivas no conte{\'u}do de {\'a}gua no solo 
                         impactaram na sua distribui{\c{c}}{\~a}o horizontal e, por 
                         consequ{\^e}ncia, nos fluxos de calor latente e 
                         sens{\'{\i}}vel, levando {\`a} melhorias nas previs{\~o}es das 
                         vari{\'a}veis atmosf{\'e}ricas em baixos n{\'{\i}}veis, 
                         principalmente nos campos de umidade relativa. Tais 
                         modifica{\c{c}}{\~o}es contribu{\'{\i}}ram para a melhor 
                         representa{\c{c}}{\~a}o do ciclo anual m{\'e}dio da 
                         precipita{\c{c}}{\~a}o em diferentes regi{\~o}es do globo, 
                         refletindo-se nos totais trimestrais. Em vista disso, {\'e} 
                         poss{\'{\i}}vel afirmar que a melhor representa{\c{c}}{\~a}o 
                         da umidade do solo no MCGA-CPTEC resultou em uma melhoria da 
                         simula{\c{c}}{\~a}o da precipita{\c{c}}{\~a}o. Al{\'e}m 
                         disto, a partir da an{\'a}lise das simula{\c{c}}{\~o}es {\'e} 
                         poss{\'{\i}}vel afirmar que os resultados s{\~a}o dependentes 
                         tanto da escolha do esquema de superf{\'{\i}}cie quanto da 
                         parametriza{\c{c}}{\~a}o convectiva. ABSTRACT: During the last 
                         decade, an ever growing number of numerical sensibility studies 
                         suggested that the atmospheric variability is strongly influenced 
                         by the land-atmosphere coupling, in particular due to soil 
                         moisture anomalies. Consequently, this thesis aim to demonstrate 
                         that through a better representation of the soil moisture states 
                         in the AGCM-CPTEC initial conditions, improved precipitation 
                         simulations can be achieved. To that end, a number of numerical 
                         experiments were conducted in order to estimate the AGCM-CPTEC to 
                         soil moisture anomalies and then to verify the model capability to 
                         simulate the main atmospheric features, like precipitation 
                         variability. It was necessary to go through these steps since 
                         previous works in the literature have shown that there are 
                         different regions in the globe sensitive to such anomalies where 
                         some present a strong coupling whereas other regions seem 
                         insensitive to soil moisture anomalies. Moreover, there is not, up 
                         to the moment of this thesis, study that investigates the 
                         land-atmosphere coupling strength in the AGCM-CPTEC. Hence, 
                         through a series of simulations it was verified that that model 
                         shows a weak to moderate coupling that is dependent upon the 
                         choice of surface scheme and convective parameterization. In other 
                         hand, all the coupling areas confirm the ones previously found in 
                         past studies using other global models. The land-atmosphere 
                         coupling strength is not a measure of the model skill, specially 
                         because there is no observational data with respect to the 
                         coupling itself. Nevertheless, it was critical to verify the model 
                         capability to simulate the major atmospheric atmospheric 
                         characteristics. A 17-years simulation using the AGCM-CPTEC showed 
                         that this model is capable of producing the major atmospheric 
                         seasonal patterns, however, when using the IBIS surface scheme, 
                         there were large discrepancies in the air temperature and sea 
                         level pressure over the polar region. The vertical temperature 
                         profile also showed significant errors that in turn reflected into 
                         the wind vertical profile. These errors that seem to be related to 
                         some problems in the IBIS land surface scheme implementation led 
                         to the choice of the SSiB land surface scheme and the Kuo 
                         convective parameterization the carry further on the land surface 
                         data assimilation experiments in the AGCM-CPTEC. The analyses of 
                         the differences between the simulations with and without data 
                         assimilation showed that in general, there was a constant addition 
                         of water in the soil, suggesting the presence of systematic errors 
                         in the AGCM-CPTEC. These errors in turn could be associated to 
                         simplifications and deficiencies in the land surface 
                         parameterization instead of random errors from the atmospheric 
                         forcing. Nevertheless, consecutive changes in the soil water 
                         content impacted the horizontal distribution of soil moisture and 
                         consequently the latent and sensible heat fluxes leading to an 
                         improvement in the forecast of the variables in the lower 
                         atmospheric levels, mainly the relative humidity. These 
                         modifications contributed to a better representation of the annual 
                         mean precipitation cycle over different regions of the world, as 
                         seem in the total trimester precipitation. In view of this, one 
                         can say that the better representation of soil moisture in the 
                         AGCM-CPTEC has resulted in an improvement to the simulation of 
                         rainfall. In addition, from the analysis of the simulations one 
                         can say that the results are dependent on both the choice of 
                         surface scheme as parameterization.",
            committee = "Freitas, Saulo Ribeiro de (presidente) and Herdies, Dirceu Luis 
                         (orientador) and Gon{\c{c}}alves, Luis Gustavo Gon{\c{c}}alves 
                         de (orientador) and Oliveira, Gilvan Sampaio de and Dias, Pedro 
                         Leite da Silva and Grunmann, Pablo Javier",
           copyholder = "SID/SCD",
         englishtitle = "x",
             language = "pt",
                pages = "226",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3L9KS8B",
                  url = "http://urlib.net/rep/8JMKD3MGP3W34P/3L9KS8B",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "11 ago. 2020"
}


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