Perguntas frequentes - Sigma

Perguntas freqüentes
1. O que é o produto “sondagem atmosférica por sensoriamento remoto”?
São produtos, normalmente perfis de temperatura e de umidade e informações obtidas
através desses perfis, produzidos a partir de informações de radiâncias medidas através
de sensores a bordo de satélites meteorológicos. Os perfis são obtidos fazendo-se uso da
Equação de Transferência Radiativa (ETR) que irá relacionar a radiância medida pelo
satélite com perfis de temperatura e umidade.
2. Como surgiu essa linha de estudo?
As primeiras imagens das nuvens foram obtidas no início dos anos 40 durante a Segunda Guerra
Mundial. Porém somente na década de 50 é que surgiram as primeiras propostas para explorar a
estrutura vertical da atmosfera terrestre a partir de sensores de radiação a bordo dos satélites.
3. Quais são os satélites utilizados e onde são recebidos os dados e processados os
produtos disponibilizados?
Os satélites atualmente (janeiro/2011) utilizados são os satélites de órbita polar NOAA18 da série TIROS/NOAA, TERRA e AQUA do Programa de Observação da Terra.
Além do satélite geoestacionário GOES-12. Os satélites de órbita polar possuem pelo
menos duas passagens por dia enquanto o geoestacionário tem seis passagens por dia.
As estações de recepção dos dados desses satélites pelo INPE estão localizadas em
Cachoeira Paulista-SP (NOAA-18 e GOES-12) e Cuiabá-MT (AQUA e TERRA). Para
o ano de 2011 espera-se que a estação de Natal-RN comece a receber os dados dos
satélites NOAA.
Todos os produtos apresentados na pagina de sondagem da DSA são processados em
Cachoeira Paulista-SP.
4. Quais são os produtos disponibilizados pelo INPE na área de sondagem?
São diversos produtos gerados e distribuídos diariamente através da página de
sondagem. Entre eles pode-se destacar campos de temperatura e razão de mistura para
diversos níveis (950, 850, 700, 500 e 250 mb), temperatura de superfície, Índice de
estabilidade atmosférica K, umidade relativa, além dos diagramas SkewT/LogP para
diversas localidades da América do Sul. Os sensores a bordo dos satélites AQUA e
TERRA também tornam possíveis a geração de produtos como Concentração de
monóxido de carbono (CO) e outros gases como gás carbônico (CO2), Metano (CH4) e
conteúdo total de Ozônio (O3)
5. Como é obtido o produto?
Os sensores utilizados para a inferência de perfis atmosféricos, também chamados de
sondadores atmosféricos, trabalham da seguinte forma: a radiação proveniente da
atmosfera que é detectada pelo sondador em diferentes freqüências origina-se, em
grande parte, de uma determinada camada da atmosfera e está relacionada com a
temperatura ou (se a temperatura for conhecida) com a concentração do gás absorvedor
(vapor d’água, ozônio, entre outros) naquele nível. Observações feitas em freqüências
cujos coeficientes de absorção são diferentes permitem a determinação da temperatura
ou da concentração de vapor d’água em níveis mais altos ou mais baixos da atmosfera,
por maio da solução da Equação de transferência Radiativa. Embora existam diversos
métodos matemáticos propostos para solucionar este problema, ele continua sendo
objeto de pesquisas. A resolução vertical da sondagem varia de acordo com o
instrumento, a freqüência e o parâmetro que está sendo estimado.
6. Qual a importância e utilidade desses produtos?
A vantagem da sondagem atmosférica através de satélites é que possuímos informações
do estado da atmosférica em diversas regiões remotas que dificulta a instalação de redes
de observações a partir da superfície, como oceano e regiões de florestas. Além disso,
essas informações têm grande importância para a previsão numérica de tempo, que faz
uso de modelos matemáticos, particularmente no Hemisfério Sul onde existe um baixo
número de dados convencionais. Com a geração do produto Diagrama SkewT/LogP
(inicialmente para os satélites NOAA-18 e GOES-12) pode-se obter as mesmas
informações que as radiosondagens convencionais realizadas nos Aeroportos do Brasil,
com a vantagem de existirem mais pontos disponíveis.
7. Quais outras informações são úteis sobre os produtos gerados?
A tabela abaixo sumariza diversas informações técnicas sobre os satélites e sensores
utilizados para geração dos produtos gerados na página.
Tabela 1 – Sensores dos satélites e esquema operacional utilizados na inferência de perfis
verticais no CPTEC/INPE.
Características
técnicas
Sensor de inferência de sondagens e algoritmos de processamento
Satélite
AQUA
Sensor
AIRS
Órbita/Hora da
Passagem: UTC
Polar/ 5 e 17
Local. Antena
Cuiabá - MS
NOAA18
HIRS
AQUA
GOES10&12
AQUA
AIRS
GOES-Sounder
MODIS
Geo. /(1hora /setor)
Polar/ 3,
Polar/5 e 17
Polar/5 e 17
5,16, e 18
AMS = 4 setores
Cach.Pta Cuiabá - MS
SP
TERRA
MODIS
Polar/2, 14
e 15
Cach.Pta - SP
Cuiabá - MS
Cuiabá-MS
Ma et al., 1999
IMAPPMODIS
IMAPPMODIS
de recepção
Modelo de
Inversão
NASA
IAPP
IMAPP
v5.2.1
Algorítimo
Condição inicial
(MYD07)
(MOD07)
Regressão
Regressão
(12)
(12)
( N. de canais
espectrais usados)
(20)
(20)
(27)
CPTEC Global
Model T213L42
(18)
Res. Esp. (km)
50
100
50
10
5
5
N. níveis verticais
100
42
28/100
40
20
20
08/2005
10/2006
04/2007
09/2007
09/2007
Atual
Atual
Perfis
Perfis
NCEP/gblav Regressão
Regressão
07/2007Período dos dados
do produto
02/2009
Atual
Atual
Atual
07/2010 - Atual
Produto
Perfis e
Gases
Perfis
Perfis
Perfis
8. Quando os dados disponibilizados são atualizados na página de sondagem?
O horário estimado para que os produtos estejam disponíveis na pagina de sondagem irá
variar conforme o satélite e o tempo de processamento de cada produto. Em geral os
produtos são atualizados conforme citado abaixo:
NOAA18 – 07, 19 UTC
AQUA_AIRS_IMAPP – 12 UTC (produto do dia anterior devido dependência de
arquivos oriundos da NASA e arquivos auxiliares de outras fontes)
AQUA_AIRS_NASA – 06, 07, 18 e 19 UTC
AQUA_TERRA_MODIS
Aqua: 06, 19 UTC
Terra: 05, 16 UTC
GOES12 – 00, 04, 08, 12, 16 e 20 UTC
9. Qual a confiabilidade dos produtos disponibilizados?
Para sondadores atmosféricos que operam no infravermelho, os resultados são
expressivos sobre regiões de céu claro. Em situações de céu nublado, os dados de
satélite contaminados pela presença de nuvem não possuem um nível de confiabilidade
alto, por isso as regiões cobertas por nuvem não possuem as informações em alguns
produtos disponibilizados na página. Para solucionar o problema utilizam-se sondadores
que operam na faixa das microondas não afetadas pela maioria dos tipos de nuvem. Os
perfis atmosféricos de temperatura e de umidade estimados operacionalmente na DSA a
partir de dados do satélite NOAA atingiram níveis de qualidade aceitáveis que estão
dentro das especificações dos sensores, que prevê erros de até 1,5K para os perfis de
temperatura e de 1,5g/kg para os de umidade. Por outro lado, os erros esperados nos
perfis atmosféricos inferidos a partir de dados de sondadores mais sofisticados, como
por exemplo os sensores do satélite AQUA, são de 1K e 1g/kg para temperatura e
umidade, respectivamente.
10. Qual são os algoritmos de recuperação dos produtos disponibilizados de cada
satélite?
Devido a diferença entre sensores, cada satélite necessita de um algoritmo diferente para
recuperação dos produtos disponibilizados na pagina de sondagem a partir das
radiâncias medidas. Abaixo apresenta-se um sumário do processo utilizado na DSA
retirado do artigo Rodrigues et al, 2010 (Congresso Brasileiro de Meteorologia).
AQUA-AIRS-NASA
Foi desenvolvido por Susskind et al (2003). Este modelo permite inferir diversas variáveis
atmosféricas ( Temperatura da Superficie; Nebulosidade; Água líquida; Pressão do topo de
nuvem; Temperatura do ar; Água Preciptável; Altura da Tropopausa), incluindo gases
atmosféricos de efeito estufa (CO, CO2, O3, CH4). Utiliza basicamente 3 dados no
processamento: arquivos de radiâncias nivel 1B da NASA (National Aeronautics and Space
Administration) do sensor AIRS (Advanced Infrared Sounder) e AMSU (Advanced Microwave
Sounding Unit) e a condição inicial proveniente das análises do NCEP (National Centers for
Environmental Prediction) denominado GBLAV (Global Operational Aviation Analyses and
fore-casts). São utilizados o método físico-estatístico e o algoritmo denominado RTA (Rapid
Transmittance Algorithm).
A Figura 1 apresenta um exemplo da cobertura espacial do satélite AQUA para representar as
variáveis atmosféricas mencionadas na seção 2.1.
Figura 1. Exemplo do produto Temperatura do Ar do satélite AQUA.
MODELO AQUA-AIRS-IMAPP
Para processamento é utilizado o Modelo de Inversão IMAPP - International MODIS/AIRS
Processing Package, desenvolvido pela NASA-Jet Propulsion Laboratory e Universidade de
Wisconsin, usando os arquivos de dados brutos recebidos pela antena de Cuiabá. Gera as
seguintes variáveis: Água Precipitável; Altura da Tropopausa; Nebulosidade; Pressão do Topo
da Nuvem; Temperatura da Superfície e Temperatura do Ar.
Figura 2. Exemplo do produto Temperatura do satélite AQUA.
MODELO PRODUTOS MODIS – AQUA e TERRA
O sensor MODIS (Moderate- resolution Imaging Spectoradiometer), a bordo dos satélites
AQUA e TERRA, não é essencialmente um sondador, mas possui canais com resolução
espectral necessária para gerar sondagens. Para processamento é utilizado o Modelo de Inversão
IMAPP - International MODIS/AIRS Processing Package, desenvolvido pela NASA-Jet
Propulsion Laboratory e Universidade de Wisconsin. São utilizados arquivos de radiâncias e
geolocalização como dados de entrada, gerando as variáveis atmosféricas: Temperatura de
Superfície; Temperatura do Ar; Temperatura de Orvalho; Ozônio Total; Água Precipitável e
Índices de Instabilidade (K, TT e Levantamento).
Figura 3. Exemplo do produto Temperatura do Ar do satélite TERRA
MODELO NOAA-18
Utiliza o Modelo de Inversão IAPP (International ATOVS Processing Package), que recupera
os parâmetros atmosféricos em 4 etapas: detecção e remoção de nuvens, ajuste de viés,
recuperação de regressão estatística e física não-linear. Utiliza dados de entrada: HIRS (nível
L1D), dados de modelo de previsão, observações de superfície e dados de topografia. Gera as
seguintes variáveis atmosféricas: Temperatura do Ar; Umidade; Total de Ozônio; Água
Precipitável e Temperatura da Superfície.
Figura 4. Exemplo do produto Temperatura do Ar do satélite NOAA18
MODELO GOES-10/12
Destaca-se em relação aos demais por gerar perfis (Temperatura e Razão de Mistura) a cada 4
horas por setor. A América do Sul tem 4 setores. O modelo de inversão foi desenvolvido por
CIMSS (Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies), e é baseado em um
algoritmo físico não-linear. A inferência inicia-se com uma condição inicial de perfil de
temperatura e vapor de água provenientes do modelo de previsão do CPTEC.
Figura 5. Exemplo do produto Temperatura de Brilho do satélite GOES10.
11. Qual a ligação com outros produtos da DSA?
Os perfis atmosféricos gerados a partir de informações de satélites podem ser utilizados
nas estimativas de “Radiação Solar e Terrestre” e de “Radiação Ultravioleta”. No
primeiro, as informações sobre a umidade atmosférica são fundamentais nas estimativas
do saldo de radiação solar e no segundo, os perfis de ozônio são importantes nas
estimativas de radiação ultravioleta. Os diagrama SkewT/LogP apresentados também
podem ser úteis na ausência de estações de radiossondas convencionais (usualmente
lançadas em alguns aeroportos brasileiros) ou para comparação de seus dados.
12. O que é o produto “Índice K de estabilidade atmosférica” para os satélites NOAA-18,
GOES-12 e sensor MODIS dos satélites TERRA e AQUA?
O índice em questão é uma medida do potencial de tempestades baseado na taxa vertical de
variação de temperatura, no conteúdo de umidade na baixa troposfera e na extensão vertical da
camada úmida.
O seu cálculo é realizado através da equação (1):
K = [T(850) - T(500)] + Td(850) - Dd(700)
Onde:
T é a temperatura do ar (em 850 e 500)
Td é a temperatura do ponto de orvalho (em 850)
Dd é a depressão do ponto de orvalho onde Dd(700) = T(700) – Td(700)
O índice K tende a melhor captar condições favoráveis à ocorrência de tempestades em
ambientes úmidos em toda a troposfera, como é típico de ambientes tropicais.
Usualmente entende-se que quanto mais positivo for este índice, maior será a probabilidade de
ocorrência de tempestades. Entende-se que a relação entre o valor do índice K e a probabilidade
de ocorrência de tempestade é expressa abaixo:
< 15 : 0 %
15 a 20: 20 %
21 a 25: 20 a 40 %
26 a 30: 40 a 60 %
31 a 35: 60 a 80 %
36 a 40: 80 a 90 %
> 40: perto de 100 %
13. O que é o produto “Água Precipitável” existente também nos diagramas SkewT/LogP
para os satélites GOES-12 e NOAA-18?
Água precipitável é a quantidade de água, expressa em altura ou em massa (no caso apresentado
pelo DSA é em massa), que seria obtida se todo o vapor de água contido numa coluna de
atmosfera de seção transversal horizontal unitária se condensasse e precipitasse.
Entende-se que valores altos de água precipitável podem indicar subseqüentes precipitações.
Assim, quando existem altos valores associados a instabilidades locais como as calculadas e
apresentadas no diagrama SkewT/LogP, chuvas, em alguns casos até intensas, podem vir a
ocorrer.
14. O que consiste os chamados “setores” em alguns produtos dos satélites NOAA18 e GOES-12?
Alguns sensores não possuem a capacidade de observar uma grande área, como a
América do Sul inteira, em somente uma passagem/varredura. Por isso, para realizar a
varredura dessa área por completo é necessário duas passagens, como no caso dosatélite
NOAA-18 e quatro para o satélite GOES-12.
Abaixo são mostrados os setores e horários de passagem:
Setores do sondador do Satélite GOES-12
O sondador do GOES-12 de modo semelhante ao do GOES-10, realiza as medições simultâneas
em 4 linhas sucessivas conforme mostrado na figura, movendo-se 10 km de oeste para leste.
Após o término dessa linha o sondador irá realizar as medições nas próximas quatro linhas ao
sul, entretanto no sentido leste para oeste. Dessa maneira, após 4 horas de medidas tem-se uma
cobertura completa da América do Sul.
Figura – Setores onde são realizadas as sondagens do GOES-12. Fonte: Gonçalves (2009)
adaptado de NOAA (2008).
Os horários (UTC) do sondador do satélite GOES-12 estão apresentados na figura abaixo:
Setor
Horário (UTC)
Setor 01
03
07
11
15
19
23
Setor 02
04
08
12
16
20
00
Setor 03
05
09
13
17
21
01
Setor 04
06
10
14
18
22
02
Setores do sondador do Satélite NOAA-18
Exemplo dos setores para o satélite NOAA-18 estão apresentados abaixo. Ressalta-se
que ocorre deslocamento dos setores todos os dias.
Setor 1
Setor 2
Setor 2
Setor 1
Figura – Setores onde são realizadas as sondagens do NOAA-18 para a passagem as 07Z e 19Z.
Os horários (UTC) do sondador do satélite NOAA-18 estão apresentados na figura abaixo:
Setor
Horário (UTC)
Setor 01
06
18
Setor 02
07
19
15. Como sei o horário exato da medição sobre um determinado ponto?
Através das órbitas dos satélites disponibilizadas pelos links abaixo:
NOAA18: http://www.ssec.wisc.edu/datacenter/NOAA18/
AQUA: http://www.ssec.wisc.edu/datacenter/aqua/
TERRA: http://www.ssec.wisc.edu/datacenter/terra/
Lembramos que o satélite GOES12 é geoestacionário, portanto as órbitas serão fixas.
16. Porque determinadas áreas/regiões dos produtos como Temperatura e Razão
de Mistura em um determinado nível de altura não aparecem?
Devido a limitações dos sensores infravermelhos, nas regiões onde existe a
“contaminação” devido à presença de nuvens, o algoritmo para recuperação dos perfis
de temperatura e umidade possuem níveis de confiança relativamente baixos e não são
disponibilizados na pagina de sondagem.
17. Porque em certas ocasiões 1 dos 4 setores dos produtos do satélite GOES-12 ou
1 dos 2 setores dos produtos do NOAA-18 não aparecem?
É necessário o recebimento dos dados dos satélites a partir de uma das estações de
recepção do INPE no Brasil (Cuiabá-MT e/ou Cachoeira Paulista/SP conforme o satélite
em questão). Dessa forma se houver alguma falha no envio dos dados ou na recepção
dos mesmos por essas estações algum dos setores não serão disponibilizados.
18. Quais são os próximos passos nessa área?
Pretende-se reformular os produtos de sondagem derivados dos satélites TERRA e AQUA, além
de disponibilizar a validação dos produtos de todos os satélites utilizados para os usuários.
Um processo importante será a assimilação de radiâncias operando na faixa do microondas nos
modelos operacionais do CPTEC/INPE. Dessa forma irá trazer grandes melhorias nos produtos
gerados por esses modelos. Estima-se que esse processo será realizado nos anos de 2011 e 2012.
19. Como fazer para referenciar o uso dos dados de sondagem do INPE?
Citando a página internet deste sistema, http://www.satelite.cptec.inpe.br/sondagens