Fenômenos naturais

Previsão numérica do tempo: observações assimiladas, equações numa grade e supercomputadores

Publicado em 13/10/2026 · Última alteração em 13/10/2026

Assuntos: Tempo e clima

A previsão numérica do tempo calcula em computador como a atmosfera evolui. Primeiro, a assimilação de dados combina observações dispersas com uma previsão curta anterior para montar o estado inicial do ar. Depois, as equações físicas da atmosfera são resolvidas em pontos de uma grade que cobre o globo, um passo de tempo após o outro. O que a grade não alcança entra por aproximações chamadas parametrizações, e por isso toda previsão carrega incerteza.

Um modelo numérico trata a atmosfera como um problema de valor inicial: dado o estado do ar agora, as equações dizem como ele muda no instante seguinte. O estado fica guardado numa grade de pontos, em várias camadas de altitude, e cada passo de tempo (de poucos segundos a alguns minutos) usa o resultado do anterior como ponto de partida. O problema é que o ponto de partida nunca é conhecido por inteiro: as medições são esparsas e imperfeitas. Por isso o ciclo tem duas metades que se alimentam, a assimilação, que estima o estado atual, e o modelo, que o projeta para a frente. Os dados vêm de balões, satélites, aviões comerciais e estações em terra e no mar. Lewis Fry Richardson tentou esse cálculo à mão em 1922; só com computadores ele virou rotina.

Dez quadrilhões de contas por rodada

Segundo a NOAA, uma rodada completa do modelo global GFS exige mais de 10 quadrilhões de cálculos e leva duas horas, e o modelo roda quatro vezes por dia. É por isso que a previsão numérica depende de supercomputadores.

Primeiro o estado inicial: a assimilação de dados

Medições não bastam: milhões chegam por dia, mas continuam insuficientes para descrever toda a atmosfera, e vêm de lugares, horas e instrumentos diferentes. A assimilação as projeta na grade do modelo, ajusta-as no tempo e corrige erros dos sensores. É um ciclo: uma previsão curta anterior, o background, é comparada com as observações novas, o estado é atualizado (a análise) e dele parte a previsão seguinte. Os métodos atuais são variacionais (3D-Var, 4D-Var), de conjunto (filtro de Kalman) ou híbridos.

A grade, o passo de tempo e o que fica de fora

O modelo resolve as equações do ar em cada célula da grade e repete o cálculo a cada passo de tempo. Mais células dão mais detalhe, mas custam mais: no exemplo da NOAA, uma grade 6 x 6 pede quatro vezes a computação de uma 3 x 3 na mesma área. Nos modelos globais, as células cobrem alguns quilômetros quadrados. O que é menor que a célula, como convecção, turbulência e microfísica de nuvens, entra por parametrizações: aproximações empíricas, ajustadas, não calculadas a partir das equações.

Como sabemos que a previsão melhorou, e até onde

A melhora é medida comparando previsões passadas com o que de fato aconteceu, por exemplo a correlação de anomalia da altura geopotencial de 500 hPa, que resume o padrão de grande escala. Segundo uma revisão de 2021, o modelo do ECMWF mantém 80% por cerca de 7 dias, o erro da temperatura a 2 m em 72 horas fica perto de 2 K e trajetórias de furacões são previstas com 150 km de precisão até 4 dias antes. Isso vale para esse modelo e essas métricas; para o tempo local, a incerteza é maior, e outros centros e variáveis dão resultados diferentes.

Por que a previsão tem limite

Há dois limites. A atmosfera é caótica: nunca se conhece o estado inicial exato, e pequenas diferenças crescem. Os modelos, além disso, simplificam processos pequenos. Por isso centros como o ECMWF rodam um conjunto de 51 previsões com condições iniciais e modelo perturbados, tema de outro post. Desde fevereiro de 2025, o ECMWF também opera um modelo de aprendizado de máquina (AIFS) ao lado do físico (IFS); a página institucional não compara a precisão dos dois.

Como sabemos

O processo (assimilação, grade, parametrizações) está sustentado por uma revisão aberta e páginas institucionais; os números de acerto vêm de uma única revisão de 2021.

Fontes

  1. Philosophical Transactions of the Royal Society A — Can deep learning beat numerical weather prediction?
    Schultz, M. G. et al. · 2021 · Revisão ou síntese científica · lida na íntegra · consultada em 13/10/2026 DOI 10.1098/rsta.2020.0097
  2. NOAA / National Weather Service — Weather Models (JetStream)
    NOAA National Weather Service · s.d. · Documento institucional · lida na íntegra · consultada em 13/10/2026
  3. European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) — Modelling and Prediction
    ECMWF · s.d. (menciona 2025) · Documento institucional · lida na íntegra · consultada em 13/10/2026
  4. European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) — Data assimilation
    ECMWF · s.d. · Documento institucional · lida na íntegra · consultada em 13/10/2026
  5. NOAA / National Weather Service — About Models
    NOAA National Weather Service · s.d. · Documento institucional · lida na íntegra · consultada em 13/10/2026
Histórico de alterações
  • Versão 1 · 13/10/2026 — Primeira versão (produção 1.000, lote 14; conferência de trechos automatizada)

Encontrou um erro? Avise o WikiMundi · Como verificamos