Oceanografia por satélites

Apresentação em tema: "Oceanografia por satélites"— Transcrição da apresentação:

1 Oceanografia por satélites
Altimetria Oceanografia por satélites

2 Sumário O nível da superfície do mar O altímetro Motivação
Breve histórico Princípios de funcionamento Algumas definições Aplicações Trabalho sobre corrente geostrófica

3 A altimetria baseia-se no princípio que as correntes superficiais (magnitude e direção) podem ser estimadas conhecendo-se as elevações e depressões relativas da superfície do mar (topografia oceânica). Para tal o sensor, que na realidade é um radar, emite um pulso na faixa das microondas diretamente a nadir, e mede o tempo decorrido entre a emissão e recepção do pulso de retorno. A partir desta medida, de entendimento físico relativamente simples, é possível estimar a circulação oceânica superficial, com baixo curso relativo, e com caráter quase-sinóptico

4 1. O nível da superfície do mar
Montes submarinos e fossas Lua e sol atraindo o oceano, gerando marés Derretimento das geleiras Aquecimento solar, expansão Correntes oceânicas Ventos, ondas

5 1. O nível da superfície do mar

6 2. O altímetro órbita quasi-polar

7 Objetivo é medir as diferenças no nível da superfície do mar
2. O altímetro Radar que emite sua própria energia na banda das microondas opera em f =13.5 GHz ou λ=2.2 cm Objetivo é medir as diferenças no nível da superfície do mar

8 A energia das microondas

9 A energia das microondas
A absorção atmosférica nesta banda é pequena e se deve majoritariamente ao vapor dágua Atravessam as nuvens Oceano – opaco Atmosfera – quase totalmente transparente, produz erros Concentração de água na atmosf. altera velocidade de propagação do pulso;

10 3. Motivação Entender a circulação oceânica de grande escala
Principal objetivo é o estudo das correntes, mas depois percebeu-se outras aplicações Os dados da altimetria auxiliam em modelos para fornecer a circulação geostrófica de grande escala

11 4. Histórico

12 Nos anos 70, as primeiras missões espaciais para a observação da Terra foram lançadas.
Estes satélites eram divididos, basicamente, pelos tipo de sensores que carregavam (ativos e passivos) e pelo tipo de órbita (geoestacionária e polar/semi-polar).

13 Skylab 1973 Testar o conceito do altímetro orbital
Precisão a altura da ordem de 1m Medições grosseiras do geóide marinho – fossas oceânicas Altitude: 435 km

14 Geodynamics Experimental Ocean Satellite (GEOS-3)
melhor desempenho maior cobertura global ainda não era suficiente para bons resultados para a ciência altitude: 845 km

15 Seasat 1978 possuía 4 instrumentos funcionou por 110 dias
marco na observação dos oceanos permitiu a 1a visão global da circulação oceânica altitude: 800 km

16 Geosat 1985 missão com 2 fases: geodética e de repetição exata
marinha norte-americana 1a série temporal com vários anos de dados altitude: 800 km

17 ERS-1 1991 – 1999 em conjunto com o ERS-2 de 1995 a 1996
órbitas idênticas altitude: 785 km

18 TOPEX/Poseidon 1992 objetivo de estudar e entender a circulação oceânica projetado para durar 3 anos, mas atingiu 10 NASA e CNES dados a cada 10 dias substituído pelo Jason-1 altitude: 1336 km

19 GFO 1998 fornecer dados de topografia oceânica em tempo real para a marinha norte-americana sucessor do Geosat altitude: 880 km

20 1 Satélite Ano Freq. (GHz) Separação (km) Repetição (dias)
Precisão (m) Skylab 05/ /74 13.9 - 1 Seasat 06/ /78 13.5 0.5 Geosat 03/ /89 165 17 0.1 ERS1/2 06/91 - ativo 80 35 T/P 09/ /06 315 9.9156 0.03 GFO 02/98 - ativo 0.018∗ Jason 12/01 - ativo 0.025

21 Evolução

22 Os 4 satélites atuais Jason-1 e Jason-2: ciclo de repetição de 10 dias. Envisat: ciclo mais longo, 35 dias. ERS-2: mesma trajetória com intervalo de tempo menor que o Envisat.

23 órbita alta (1336 km) período orbital tem ~10 dias (127 revoluções) órbita tem 66o de inclinação (amostrando 90% dos oceanos) carregava um radiômetro para medir vapor d’água e fazer as devidas correções

24 O sistema de posicionamento do T/P apresentava 3 diferentes métodos, por isso a alta precisão das medidas Triangulação – ondas de rádio Laser enviando sinal (sistema Doris, efeito Doppler) GPS *video locate Precisões de 2 cm

25 Escalas Variações na circulação dos grandes giros ~ 0,5 m
Variações nas correntes geostróficas, mesoescala, variabilidade oceânica em geral 10 a 20 cm *video process

26 Aumentar o conhecimento e capacidade de previsão do papel dos oceanos nas mudanças climáticas futuras. Este projeto pretende produzir uma síntese cada vez mais precisa de todos os dados de gelo e do oceano em escala global com resoluções que resolvam vórtices e sistemas de corrente que transportam calor, carbono e outras propriedades.

27 Projeto ECCO2

28 5. Como funciona a altimetria

29 hs = c. dt/2 Mede o tempo de retorno do sinal velocidade do pulso
(vel. propagação da luz c = km/s) e distância percorrida tempo percorrido hs = c. dt/2

30 hs = c. dt/2 hs é a distância instantânea medida entre o centro de gravidade do altímetro e a superfície do mar c é a velocidade da luz dt o tempo decorrente entre a emissão e recepção do pulso

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32 6. Algumas definições Nível da superfície do mar: em relação ao elipsóide de referência Anomalia do nível do mar: variações em relação a média Geóide marinho superfície do oceano quando o mesmo está em repouso; ou ainda ao nível médio do mar de longo período Altura ou topografia dinâmica: altura da superfície do mar relativa a uma superfície de mesmo potencial gravitacional, o geóide marinho

33 Geóide marinho: não variável no tempo, somente no espaço;

34 O geóide Superfície de potencial gravitacional constante

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38 h = hs + hwet + hdry + hiono + hbaro + hotide + hetide + hEM
Onde: (hiono) Elétrons livres na Ionosfera; (hdry/wet) Troposfera seca e úmida (vapor d’água); (hEM) Estado do mar (ruído eletromagnético); (hbaro) Barômetro inverso (pressão atmosf. sobre a superfície do mar); (hetide) Maré Polar e Maré Terrestre; (hotide) Maré Oceânica (corrigida por modelo)

39 Sistema de posicionamento DORIS do T/P

40 Sistema de posicionamento DORIS
Importância da determinação precisa da posição do satélite. O sistema Doris (efeito Doppler) é o responsável por esta tarefa delicada. Envolve cálculo das coordenadas e possíveis velocidades em 3 dimensões em relação ao referencial (centro de massa da terra). Tarefa complicada pois o satélite está em movimento numa trajetória influenciada por parâmetros da lançamento e forçantes (atrito com a atmosf. e pressão da radiação solar).

41 Sistema Doris

42 Alguns sites (conteúdo)

43 7. Aplicações 7. 1. Correntes geostróficas Geodésia Marés Ondas de gravidade El Niño/La Niña Monitorar armazenamento de calor Estudo das Ondas de Rossby

44 1. Correntes Geostróficas
Geradas pelo desnível na superfície do oceano Elevações e depressões: TOPOGRAFIA Por mudar ao longo do tempo: DINÂMICA

45 Revisão do balanço geostrófico
Os principais termos da equação do movimento são, na forma vetorial, os seguintes: Cujas componentes ficam resumidas em:

46 AS ESCALAS DE INTERESSE:
L 106m f 10-4s-1 U 10-1m/s g 10 m/s2 H 103m r 103kg/m3                                                P = rhz = = 107Pa T = L/U = 107 s

47 O mesmo exemplo na equação horizontal do momento ficaria:
                                                                                           = Assim, o único balanço importante é entre os termos de P e g, o balanço hidrostático.                                     O mesmo exemplo na equação horizontal do momento ficaria: =

48 Assim, o balanço entre o termo de Coriolis e o do Gradiente de Pressão é o mais importante; este balanço é denominado BALANÇO GEOSTRÓFICO. As equações denominadas de equações geostróficas são:                                           Este BALANÇO domina os fluxos nos oceanos com escalas maiores que 50 Km e alguns dias !!!                                                            , e integrando p em z,

49 7. 1. Inclinações e Correntes Geostróficas
As correntes geostróficas são dominantes e estão associadas às inclinações da superfície através do balanço entre a força de Coriolis e o gradiente de pressão: fu = −g ∂η/∂y −fv = −g ∂η/∂x f = parâmetro de Coriolis; u e v = velocidades E-W e N-S; g = gravidade; η = elevação da superfície Maiores inclinações - correntes mais intensas - mais instabilidades

50 7. 1. Inclinações e Correntes Geostróficas

51 7. 2. Geodésia Trata das medidas e do monitoramento do tamanho e forma da Terra Erros não afetam as medidas de anomalia da altura, mas sim a altura absoluta. Projeto GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment)

52 GRACE Lançamento - março/2002
Mapear com acurácia as variações no campo gravitacional terrestre nos seus 5 anos de vida. Duas sondas espaciais idênticas sobrevoando a 220 km um do outro em uma órbita polar a 500 km da Terra. Medidas da distância entre os dois satélites com o uso de GPS e microondas Informação a respeito da distribuição e fluxo de massa no interior da Terra e arredores.

53 Animação grace F = (G.m1.m2) / R2

54 7. 3. Marés Dificuldades devido ao período amostral (10 a 35 dias), e as marés mais energéticas são as semidiurnas e diurnas.

55 7. 4. Ondas de gravidade Rugosidade da superfície pode ser detectada pelo altímetro Reflexão na crista ocorre antes da reflexão no cavado Possível estimar a altura média das ondas Utilizado para correções de dados altimétricos

56 7. 5. El Niño Junho 2009

57 El Niño Julho 2009

58 El Niño Agosto 2009

59 El Niño Setembro 2009

60 El Niño Outubro 2009

61 Out. 1997 Out. 2004 Out. 2009

62 7. 6. Armazenamento de calor

63 7. 6. Armazenamento de calor
Apesar da máxima compressão da água ser de 4% (praticamente incompressível), ainda afeta o nível do mar em vários cm, para a altimetria tem diferença.

64 7. 7. Ondas de Rossby Transferem a energia para o interior dos oceanos proveniente dos contornos Propagação para oeste Restauração pela lei da conservação da vorticidade potencial

65 Diagramas de Hovmöller

66 8. Trabalho Dados podem ser adquiridos na página da AVISO
(Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Data in Oceanography) Objetivo do trabalho é determinar a velocidade geostrófica de correntes de contorno oeste a partir dos dados de topografia dinâmica, extraídos do produto altimétrico 5 correntes de contorno = 5 grupos

67 Trabalho Dado: 1/3o x 1/3o Produto AVISO: médias de 7 dias
Calculada médias semestrais para remover ruídos Merged: combinação de dados de mais satélites

68 1o semestre 2008

69 2o semestre 2008

70 Mais alguns sites (produtos e dados)