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PublicouValentina De Melo Alterado mais de 9 anos atrás
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Assimilação de Dados no Clima Espacial, Aplicações Estatísticas.
Everson Mattos CRS/INPE Santa Maria-RS, Jun/2013
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Resumo 1 – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais;
2 – Clima Espacial; 3 – Modelo Matemático; 4 – Assimilação de Dados; 5 – Interpolação Espacial. 2 2 2 2
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Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais(INPE)
Missão: Produzir ciência e tecnologia nas áreas espacial e do ambiente terrestre e oferecer produtos e serviços singulares em benefício do Brasil. 3 3 3
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Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais(INPE)
Visão: Ser referência nacional e internacional nas áreas espacial e do ambiente terrestre pela geração de conhecimento e pelo atendimento e antecipação das demandas de desenvolvimento e de qualidade de vida da sociedade brasileira. 4 4 4
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Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais(INPE)
1961 DP cria o GOCNAE (Grupo de Organização da Comissão Nacional de Atividades Espaciais), embrião do INPE. 1993 Lançado SCD-1, primeiro satélite brasileiro, totalmente desenvolvido pelo INPE, da base de Cabo Canaveral, na Flórida (EUA) 5 5 5
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Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais(INPE)
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www2.inpe.br/climaespacial/
Missão: monitorar o ambiente de espaço sol-terra, ionosfera e o solo, e prever possível influência na atividade tecnológica e econômica. www2.inpe.br/climaespacial/ 7 7
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Clima Espacial Estuda os fenômenos da interação Sol-Terra.
Aeronomia é o estudo das relações físico-químicas da alta atmosfera. FONTE: 8 8 8
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Clima Espacial Os Fenômenos estudados pelo clima espacial são “caóticos” Sistemas do clima espacial (Santa Maria/Clusters) 9 9
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Ionosfera e 3D; densidade eletrônica em altitude.
Clima Espacial Ionosfera e 3D; densidade eletrônica em altitude. 10 10
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Clima Espacial Campo magnético. 11
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Interferências da Ionosfera, cotidiano.
Clima Espacial Interferências da Ionosfera, cotidiano. 12 12
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Modelo Matemático “ Um modelo matemático de um sistema real é um análogo matemático que representa algumas das características observadas em tal sistema mas não todas.” FONTE: AGUIRRE, L. A – Introdução à identificação de sistemas – Editora UFMG 13
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Modelo Matemático Tipos de modelos matemáticos:
Modelagem caixa branca – Conhece-se bem Modelagem caixa preta – Pouco ou nenhum conhecimento previu do sistema (identificação). Modelagem caixa cinza – Meio termo, usa informações auxilares. FONTE:AGUIRRE, L. A – Introdução à identificação de sistemas – Editora UFMG 14
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Fenômeno atmosféricos são caóticos!!!!
Modelo Matemático O Clima Espacial do INPE utiliza um modelo Físico- Quimico. Modelo de primeiros princípios, 8 milhões de pontos simulados por hora. Fenômeno atmosféricos são caóticos!!!! 15 15
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A assimilação de dados é uma generalização da teoria da estimação.
A teoria da estimação é um ramo da estatística que permite obter estimativas de certas variáveis e parâmetros, conhecendo-se apenas as observações e supondo que essas sejam afetadas por erros de natureza aleatória. FONTE: Assimilação de Dados em Modelos do Sistema Terra – 2o ciclo MOG – FCUL – Prof. Carlos Pires 16 16
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Assimilação de Dados Modelo de primeiro princípios, usa dados de diversos outros modelos, como entrada. 17 17
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Assimilação de Dados Os principais métodos de assimilação são:
Método de Correções Sucessivas Interpolação Ótima Ajuste Polinomial - Relaxação Newtoniana - 3D-Var - Assimilação Estatística no Espaço Físico (PSAS) - Filtro de Kalman - 4D-Var 18
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Assimilação de Dados 19
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Equação geral da Assimilação de Dados
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Assimilação de Dados Métodos empíricos, em geral, não distinguem boas observação de dados espúrios. A solução é o uso de Assimilação com técnicas estatísticas .
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Assimilação de Dados Suponha que precisamos medir a temperatura de um aparelho. Possuímos dois termômetros cada qual com seu erro, conhecido. Como estimar a temperatura verdadeira sem excluir nenhuma informação? Considerando medidas não tendenciosas (unbiased)
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Assimilação de Dados Considerando que a variância do erro:
Considerando o erro não correlacionado Objetivo é estimar Podemos usar uma combinação linear para melhorar a estimava da temperatura verdadeira.
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Assimilação de Dados A análise não deve ser tendenciosa, isso é:
será a melhor estimativa de quando os coeficientes da equação linear forem tais que minimize o erro médio quadrático de
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Assimilação de Dados
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Assimilação de Dados Minimizando a função:
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Assimilação de Dados Substituindo os coeficientes na equação (1)...
a precisão (definida como inverso da variância) da análise é a soma das precisões das medidas.
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Assimilação de Dados Método de Interpolação Ótima:
A análise (Ta) tenderá a aproximar-se da distribuição que possui a menor variância.
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Assimilação de Dados Fazendo troca de variáveis Resulta:
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Interpolação Espacial
Interpolação é um processo matemático que tem por objetivo estimar valores intermediários inexistentes tomando com base os dados existentes. 30
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Interpolação Espacial
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Interpolação Espacial
“A melhor forma de representação da variabilidade espacial de um elemento meteorológico é por meio de mapas de isolinhas (contorno), entretanto, na sua confecção é necessária à realização de uma interpolação.” FONTE: INTERPOLAÇÃO ESPACIAL NA CLIMATOLOGIA: ANÁLISE DOS CRITÉRIOS QUE PRECEDEM SUA APLICAÇÃO REVISTA GEONORTE, Edição Especial 2, V.1, N.5, p.606 – 618, 2012 32
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Interpolação Espacial
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Interpolação Espacial
Há vários métodos, dois serão comentados: Inverse Distance Weighting (IDW) Krigagem (método ótimo, MSE)
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Obrigado! Everson Mattos CRS/INPE www.inpe.br/crs/lcce
Santa Maria-RS, Jun/2013
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