A comunidade científica brasileira e internacional ganhou um novo sistema capaz de fazer previsões simultâneas de tempo e de qualidade do ar na América do Sul em tempo real. O Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), em Cachoeira Paulista, no interior de São Paulo, lançou uma nova versão do modelo regional de previsão de tempo e estudos climáticos BRAMS.

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Desenvolvido com apoio da FAPESP, por meio de projetos coordenados pelo pesquisador Saulo Ribeiro de Freitas, do Inpe, a nova versão do software meteorológico – denominado BRAMS 5.2 – unificou os modelos para previsão de tempo e de qualidade do ar usados atualmente pelo CPTEC.

Além disso, agregou um novo modelo de superfície que permite simular o ciclo de carbono e outros ciclos biogeoquímicos – processos naturais em que ocorre a passagem de elementos, como a água, de um determinado meio para os organismos e vice-versa – e aqueles causados pela ação humana, como queimadas.

Dessa forma, o sistema permite avaliar de forma integrada os impactos da queima da floresta no balanço de carbono (os processos responsáveis pelas fontes e sumidouros do gás de efeito estufa) da Amazônia e dos aerossóis da fumaça das queimadas na fotossíntese das árvores, entre outros aspectos – uma vez que simula de forma conjunta e simultaneamente as interações entre a composição da atmosfera com a qualidade do ar e os ciclos biogeoquímicos.

“A unificação dos modelos de previsão de tempo e de qualidade do ar em um mesmo software possibilita simular de forma mais coerente e realista a interação do ecossistema da Amazônia com processos, como as emissões de aerossóis pelas queimadas, que modificam regimes de chuva, o nível da temperatura da superfície e têm impactos na saúde pública”, disse Freitas, à Agência FAPESP.

“O desenvolvimento dessa nova versão do BRAMS coloca o Brasil no estado da arte em modelagem integrada da atmosfera em escala regional com um sistema genuinamente nacional e com total domínio do software, além da dinâmica e das parametrizações de processos físicos e químicos”, avaliou.

A nova versão do sistema fornece previsões meteorológicas e de qualidade do ar (com base nas concentrações de monóxido de carbono, ozônio e aerossóis atmosféricos) da América do Sul com resolução de 20 quilômetros (km) e com antecedência de 3,5 dias. Já a previsão do tempo “pura” – sem incluir os aspectos químicos – tem resolução de 5 km.

Para isso, o software utiliza 9,6 mil processadores do supercomputador Tupã, instalado no CPTEC, adquirido com apoio da FAPESP e do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI).

Por meio dessa estrutura computacional, o BRAMS 5.2 permite a visualização da poluição atmosférica em megacidades da América do Sul, como São Paulo e Rio de Janeiro, e de plumas de monóxido de carbono de queimadas.

“Hoje, poucos centros de previsão de tempo e estudos climáticos no mundo possuem um sistema de previsão integrada como o BRAMS 5.2, que fornece simultaneamente previsão de tempo e de qualidade do ar na escala da América do Sul com resolução de 20 km”, disse Freitas.

Para cobrir toda a extensão da América do Sul, o software divide a região em 1.360 x 1.480 células horizontais e 55 níveis verticais.

As células de grade computacionais, em um total de 110 milhões, aproximadamente, são processadas simultaneamente nos 9,6 mil processadores do supercomputador em 20 minutos para gerar previsões para um dia.

“Em dez anos de operação do BRAMS pelo CPTEC o tempo de execução de previsão para um dia diminuiu quase 100 vez com a aquisição de computadores mais potentes, como o Tupã, com maior número de processadores”, disse Jairo Panetta, consultor do Grupo de Processamento de Alto Desempenho do CPTEC.

“Não há outra forma de tornar o tempo de execução de um modelo climático mais rápido que não seja aumentando cada vez mais o número de núcleos de processamento”, avaliou o pesquisador, que também é colaborador do Departamento de Ciência da Computação do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) e consultor do grupo de tecnologia geofísica da Petrobras.

INPE/CPTEC lança novo modelo de previsão do tempo e qualidade do ar (video YouTube)

Modelo nacional

O BRAMS foi baseado no Sistema de Modelagem Atmosférica Regional (RAMS, na sigla em inglês), desenvolvido originalmente por pesquisadores da Colorado State University, dos Estados Unidos, no final da década de 1980.

Voltado inicialmente para estudar microfísica e dinâmica de nuvens e modelagem de turbilhões, o modelo foi trazido ao Brasil pelos pesquisadores Pedro Leite da Silva Dias e Maria Assunção Faus da Silva Dias, ambos do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP).

Após ser usado durante anos em estudos voltados a entender a influência da Amazônia no clima regional e global, realizados por pesquisadores de universidades e instituições de pesquisa no país, foi introduzido em 2003 no CPTEC porque, de acordo com Freitas, era o único modelo climático disponível na época capaz de fazer previsões de qualidade do ar.

“O BRAMS começou com o modelo americano. Mas hoje é um software completamente diferente, com diversas finalidades que não existiam no modelo original”, explicou.

O modelo brasileiro é usado hoje por pesquisadores tanto do Brasil como de outros centros de pesquisa de clima na França, Portugal, Estados Unidos, Argentina, Colômbia e Peru, entre outros, em razão do papel desempenhado pela Amazônia no clima global.

A fim de aprimorá-lo, os pesquisadores do CPTEC, em colaboração com colegas da USP de outras universidades e instituições de pesquisa no Brasil e no exterior, vêm se dedicando a melhorar seu desempenho computacional e incorporar novas funcionalidades.

“Para incorporar mais processos e descrevê-los de forma fisicamente mais realística e melhorar a resolução espacial do modelo são necessários cada vez mais recursos computacionais”, afirmou Freitas.

Em razão do trabalho realizado com o BRAMS, o pesquisador recebeu e aceitou um convite da Nasa para trabalhar no grupo de modelagem climática da agência espacial norte-americana.

“A ideia é aumentar a colaboração entre a Nasa e o Inpe em modelagem climática em escala global”, disse.

A nova versão do sistema BRAMS pode ser acessada em http://brams.cptec.inpe.br.

Agência FAPESP