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Metadados

%0 Thesis
%4 sid.inpe.br/mtc-m21c/2019/08.28.23.03
%2 sid.inpe.br/mtc-m21c/2019/08.28.23.03.32
%A Diniz, Fábio Luiz Rodrigues,
%T A 40-year perspective on the contribution of observations to forecast error reduction
%D 2019
%E Aravéquia, José Antônio (presidente),
%E Herdies, Dirceu Luis (orientador),
%E Todling, Ricardo (orientador),
%E Coelho, Simone Marilene Sievert da Costa,
%E Dias, Pedro Leite da Silva,
%E Harter, Fabrício Pereira,
%8 2019-08-26
%J Uma perspectiva de 40 anos sobre as contribuições das observações à redução dos erros das previsões
%I Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
%C São José dos Campos
%K numerical weather prediction, data assimilation, observation impact, previsão numérica de tempo, assimilação de dados, impacto das observações.
%X Operational and quasi-operational weather prediction centers have been routinely assessing the contribution from various observing systems to reducing errors in shortrange forecasts for a number of years now. The original technique, Forecast Sensitivity Observation Impact (FSOI), involves definition of a forecast error measure and evaluation of sensitivities with respect to changes in the observations that require adjoint operators of both the underlying tangent linear model and corresponding analysis technique. The present work applies FSOI to reanalysis and aims at providing an expanded view of the contribution of various observing systems over nearly 40 years of assimilation. Specifically, this study uses MERRA-2 given that its supporting software includes all ingredients necessary to calculate FSOI. Part of this work shows how the quality of forecasts improves over the course of the reanalysis, and examines forecast sensitivities relevant to FSOI. The global assessment here finds, for example, that: conventional observations are a major player in reducing forecast error throughout the 40 years of reanalysis, even when their volume reduces from 45% in the earlier periods to about 5% in the modern era; satellite radiances, especially microwave instruments, are major contributors to error reduction from the early single platform TIROS-N days to the current multi-platform scenario; though their fractional contribution reduces slightly from the early 2000s onward after the increased availability of wind observation from aircraft and atmospheric motion vector (AMV), and the introduction of GPSRO; infrared instruments play a secondary role to microwave but are significant still, with the peculiar result of fractional impacts contribution from modern hyperspectral instruments being roughly similar to those from early infrared instruments. This work also provides an assessment of these impacts over the Amazon basin. Over this region, under self-verification, forecast errors are found to slightly increase from the early data-sparse days to more recent years, when data dramatically increases. Throughout the reanalysis, satellite radiances dominate in volume, but only in before 1999 they dominate the impacts. Beyond 1999, over 50% of forecast error reduction is associated with conventional observations (radiosondes). AMVs are also found to be large contributors to error reduction, but their contribution reduces in dry periods. In opposition to AMVs, satellite radiances tend to contribute more in the dry season. Results provide motivation for additional conventional observations and the use of all-sky treatment of radiances. The dependence of results on the chosen error measure is emphasized throughout. RESUMO: Centros de previsão de tempo operacionais e quase-operacionais tem avaliado rotineiramente a contribuição de vários sistemas de observação para reduzir os erros das previsões de curto prazo há vários anos. A técnica original, denominada Impacto Observação Sensibilidade Previsão (FSOI), envolve a definição de uma medida de erro de previsão e a avaliação das sensibilidades com relação às condições iniciais e observações, as quais requerem operadores adjuntos de ambos: o modelo linear tangente e a técnica de análise correspondente. O presente trabalho aplica a técnica FSOI em uma reanálise e visa fornecer uma perspectiva da contribuição de vários sistemas de observação ao longo de quase 40 anos de assimilação. Especificamente, este estudo utiliza o MERRA-2, uma vez que seus utilitários incluem todos os ingredientes necessários para calcular a técnica FSOI. Parte deste trabalho mostra como a qualidade das previsões melhora ao longo da reanálise, e examina as sensibilidades das previsões relevantes para a técnica FSOI. A avaliação global aqui encontra, por exemplo, que: as observações convencionais são as mais importantes na redução dos erros de previsão ao longo dos 40 anos de reanálise, mesmo quando o seu volume diminui de 45% nos períodos iniciais para aproximadamente 5% na era moderna; radiâncias de satélites, especialmente instrumentos de microondas, são os principais contribuidores para a redução de erros desde a época da plataforma única TIROS-N até o atual cenário de multiplataformas; embora sua contribuição fracional diminua ligeiramente a partir do início dos anos 2000, após o aumento da disponibilidade de observação de vento de aviões e de Vetores de Movimento Atmosférico (AMVs) e a introdução das observações de Radio Ocultação do Sistema de Posicionamento Global (GPSRO); instrumentos infravermelho desempenham um papel secundário com relação aos instrumentos de microondas, mas ainda assim significativos, com o resultado peculiar da contribuição dos impactos fracionais dos instrumentos hiperespectrais modernos ser semelhante aos dos primeiros instrumentos infravermelho. Este trabalho também fornece uma avaliação desses impactos sobre a bacia amazônica. Nesta região, os erros de previsão aumentam ligeiramente desde os primeiros dias, os quais eram esparsos de dados até o período mais recente, quando os dados aumentam dramaticamente. Ao longo da reanálise, radiâncias de satélite dominam em volume, porém somente dominam os impactos antes no período prévio à 1999. A partir dos anos 2000, mais de 50% da redução dos erros das previsões está associada às observações convencionais (principalmente radiossondas). AMVs também são considerados grandes contribuidores para a redução dos erros, porém sua contribuição apresenta sazonalidade, reduzindo sua contribuição nos períodos secos. Ao contrário dos AMVs, as radiâncias de satélites tendem a contribuir mais durante a estação seca. Os resultados fornecem motivação para adição de observações convencionais e o tratamento das radiâncias por meio da técnica todo-o-céu (do inglês all-sky). A dependência dos resultados à medida de erro escolhida é enfatizada.
%P 110
%@language en
%9 Tese (Doutorado em Meteorologia)
%3 publicacao.pdf


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