☀️ Potencial Fotovoltaico (SWDOWN)

Radiação de onda curta descendente (Shortwave Downward Radiation) na superfície. É a componente direta + difusa da radiação solar que atinge o solo, calculada pelo esquema de radiação do WRF (RRTMG). À noite, o valor é zero.

Cálculos derivados: O painel lateral estima a produção fotovoltaica usando o modelo de temperatura da célula (T_célula = T_ar + (NOCT − 20) × G / 800) e a equação de rendimento: P = (G/1000) × η_painel × η_inversor × [1 + α(T_célula − 25)], onde α é o coeficiente de temperatura (%/°C).

💨 Potencial Eólico (POT_EOLICO)

Velocidade do vento interpolada verticalmente para alturas de hub de turbinas eólicas. A interpolação utiliza os níveis sigma do WRF e o perfil logarítmico de vento na camada limite atmosférica.

Cálculos derivados: Densidade de potência eólica (P_d = ½ρv³), onde ρ é a densidade do ar corrigida pela temperatura (ρ = ρ₀ × 288/(273+T)). Produção energética estimada usando área do rotor (A = π(D/2)²) e coeficiente de potência Cp.

🌬️ Vento a 10m (WIND)

Magnitude resultante do vento de superfície a 10 metros, calculada a partir das componentes U10 e V10 do WRF: |V| = √(U10² + V10²). É a variável padrão de referência para estações meteorológicas de superfície.

Cálculos derivados: Classificação Beaufort simplificada (Muito Fraco a Extremo) e estimativa de rajadas (fator de rajada ≈ 1.3×).

🌡️ Temperatura do Ar (TEMP)

Temperatura do ar a 2 metros de altura (variável diagnóstica T2 do WRF), a referência padrão da Organização Meteorológica Mundial (OMM) para medições de superfície. O WRF calcula essa variável utilizando a teoria de similaridade de Monin-Obukhov na camada superficial.

Cálculos derivados: Sensação térmica (modelo de Wind Chill para T ≤ 10°C e v ≥ 1.34 m/s; modelo de Heat Index para T ≥ 26.7°C e UR ≥ 40%) e índice de calor baseado na pressão parcial de vapor.

🎯 Pressão Atmosférica (PRES)

Pressão atmosférica na superfície, reduzida ao nível do mar para permitir comparação entre diferentes altitudes. Utiliza escala dinâmica centrada em 1013.25 hPa (pressão média ao nível do mar) com colormap divergente (RdBu_r): tons vermelhos indicam alta pressão, tons azuis indicam baixa pressão.

Cálculos derivados: Classificação Alta/Baixa pressão, desvio em relação à normal (1013.25 hPa).

💧 Umidade Relativa (VAPOR)

Umidade relativa do ar a 2 metros, derivada da razão de mistura Q2 e da pressão de saturação de vapor (equação de Clausius-Clapeyron). Indica o grau de saturação do ar: 100% = ar completamente saturado (ponto de orvalho = temperatura do ar).

Cálculos derivados: Índice de conforto térmico (Seco/Confortável/Úmido), risco de formação de orvalho (UR > 85%) e potencial de evapotranspiração (100 − UR).

🌧️ Precipitação (RAIN)

Precipitação acumulada em cada intervalo de uma hora, somando a componente convectiva (RAINC, do esquema de parametrização de cumulus, ex.: Kain-Fritsch) e a componente de grade (RAINNC, resolvida explicitamente pela microfísica, ex.: Thompson ou WSM6).

Cálculos derivados: Classificação de intensidade segundo a OMM (Leve < 2.5 mm/h, Moderada 2.5–10 mm/h, Forte > 10 mm/h) e avaliação de impacto agrícola.

🔥 Calor Sensível (HFX)

Fluxo turbulento de calor sensível na superfície (H = ρ c_p C_H |V| (T_sfc − T_ar)). Representa a transferência de energia térmica entre a superfície e a atmosfera por convecção e turbulência, sem mudança de fase da água. Valores positivos indicam aquecimento da atmosfera pela superfície.

Cálculos derivados: Classificação da magnitude (Fraca < 100 W/m², Moderada 100–300 W/m², Forte > 300 W/m²) e indicação do tipo de regime (Aquecimento vs. Resfriamento).

💧 Calor Latente (LH)

Fluxo turbulento de calor latente na superfície (LE = ρ L_v C_E |V| (q_sfc − q_ar)). Representa a energia associada a mudanças de fase (evaporação/condensação). Valores positivos indicam evaporação (transferência de umidade da superfície para a atmosfera), que é a fonte primária de umidade para formação de nuvens e precipitação.

Cálculos derivados: Classificação da atividade convectiva (Fraca/Moderada/Intensa) e indicação de Evaporação vs. Condensação.

O que é o WRF?

O WRF (Weather Research and Forecasting) é um sistema de modelagem numérica atmosférica de mesoescala, desenvolvido colaborativamente pelo NCAR (National Center for Atmospheric Research), NOAA, AFWA e diversas universidades. É utilizado mundialmente tanto para pesquisa atmosférica quanto para previsão operacional do tempo, com aplicações que vão desde a simulação de furacões até a previsão de recursos energéticos renováveis.

O modelo resolve as equações primitivas de Euler (conservação de massa, momento e energia) em uma grade tridimensional, usando coordenadas verticais terrain-following (sigma). Processos físicos sub-grade (radiação, microfísica, turbulência, solo) são representados por parametrizações.

Configuração desta Simulação

• 4 Domínios Aninhados (Nesting): Técnica de two-way nesting que permite resolução progressiva:
  • D01 — 27 km: Escala sinótica/regional. Cobre o Sul-Nordeste do Brasil (~2500×2500 km). Captura frentes, ciclones e massas de ar.
  • D02 — 9 km: Escala intermediária. Cobre o Nordeste (~800×800 km). Resolve convecção organizada e brisas de escala meso-α.
  • D03 — 3 km: Escala local. Cobre a Bahia (~270×270 km). Resolução suficiente para resolver convecção profunda explicitamente (sem parametrização de cumulus).
  • D04 — 1 km: Alta resolução. Cobre Salvador e Região Metropolitana (~90×90 km). Captura efeitos topográficos, brisa marítima e ilha de calor urbana.
• Dados de Entrada (Condições Iniciais e de Contorno): GFS (Global Forecast System) da NOAA, resolução 0.25°, atualizações a cada 6h.
• Resolução Temporal: Saídas horárias (73 timesteps para 72h de previsão).
• Coordenadas Verticais: ~40 níveis sigma, com maior concentração na camada limite planetária (CLP).

Parametrizações Físicas

• Radiação (RRTMG): Calcula os fluxos de radiação de onda curta e longa considerando interação com nuvens, aerossóis e gases atmosféricos.
• Microfísica (Thompson/WSM6): Simula os processos de formação e evolução de hidrometeoros (vapor, chuva, neve, graupel, gelo, gotículas de nuvem).
• Camada Limite Planetária (YSU/MYJ): Parametriza o transporte turbulento de calor, umidade e momento na CLP.
• Superfície Terrestre (Noah-MP): Modelo acoplado de solo e vegetação que calcula fluxos de calor sensível e latente na interface superfície-atmosfera.
• Cumulus (Kain-Fritsch): Parametriza a convecção sub-grade nos domínios D01 e D02. Desativada em D03 e D04 (Δx < 4 km), onde a convecção é resolvida explicitamente.

Pipeline de Dados

Os arquivos brutos do WRF (NetCDF) são processados pelo pipeline Python labmim-wrf-geojson:

Limitações e Considerações

• O erro das previsões numéricas cresce progressivamente com o horizonte temporal (especialmente após 48h).
• A topografia complexa (como o Recôncavo Baiano) pode introduzir viés local, especialmente em variáveis de superfície.
• A resolução do modelo pode não capturar fenômenos convectivos isolados (< Δx) nos domínios D01/D02.
• A assimilação de dados observacionais locais (estações, radiossondas) melhoraria significativamente a acurácia, mas não está implementada nesta configuração.
• Variáveis de fluxo de superfície (HFX, LH) são especialmente sensíveis à representação do uso do solo no modelo Noah-MP.

Mais Informações

Para aprender mais sobre o WRF:
https://www.mmm.ucar.edu/models/wrf