A avaliação da turbulência da camada limite em simulações de previsão do tempo numérica de alta resolução usando lidar Doppler

Resumo Este estudo introduz uma nova metodologia generalizável para avaliar a representação da turbulência da camada limite em simulações numéricas de tempo sub-quilométricas através da comparação direta com medições de lidar Doppler de alta resolução e anemômetros sônicos. Derivamos parâmetros-chave da camada limite, como altura de aerossol, altura da base das nuvens, altura de mistura turbulenta, fluxo de calor sensível e classificação da camada limite, usando um algoritmo observacional estabelecido e diagnósticos similares de saídas recém-disponíveis de alta resolução temporal das simulações UKV (1,5 km) e WMV (300 m) do Modelo Unificado. Para o estudo de caso considerado aqui, há concordância na evolução temporal e na magnitude das características gerais da camada limite para ambas as simulações, incluindo o momento da transição matinal de condições de superfície estáveis para instáveis. No entanto, diferenças significativas são encontradas na forma e na magnitude dos perfis de variância da velocidade vertical. Nas simulações UKV, a variância da velocidade vertical de pico é subestimada em até um fator de 5 em comparação com as observações, enquanto as diferenças nas simulações WMV são menores (até um fator de 3). Nas simulações UKV, a turbulência é predominantemente não resolvida (parametrizada). Em contrapartida, nas WMV, mais de 90% da variância da velocidade vertical é resolvida explicitamente no meio da camada limite uma vez que o regime convectivo é estabelecido. Esses resultados demonstram que, para este estudo de caso, a turbulência parametrizada é subestimada em ambas as simulações de previsão do tempo numérica. De forma mais ampla, este trabalho destaca o valor das observações de alta resolução no diagnóstico do desempenho do modelo e fornece uma estrutura de avaliação transferível aplicável em qualquer local com dados de simulação de alta frequência e observações de lidar Doppler.