Estimativa de precipitação usando dados de sensor Microondas Departamento de Física 2011 Detecção Remota Pratica II Joao Gonçalo Ricardo Rodrigues - 45365

Índice Introdução Comparação entre Microondas e IR Taxa de Precipitação - no local Escolha do comprimento de onda Espectro infravermelhos Espectro electromagnético - Passivo Espectro passivo do Microondas Espectro electromagnético - Activo Modelo de nuvens convectivas Sensor remoto infravermelho Sensores de baixa frequência Sensores de alta frequência Sensores Remotos activos Sensores passivos e activos Conclusões Bibliografia

Fig.1 - previsão da taxa de precipitação (meted.ucar.edu) Introdução Bases cientificas utilizadas na previsão da precipitação, usando sensores remotos de microondas; Comparar técnicas de monitorização; Explicar a dificuldade de previsão em terra e no mar, e suas diferenças; Propriedades das nuvens, relevantes a previsão de precipitação; Taxa de precipitação; Microondas passivos e activos Exemplos do estudo. Fig.1 - previsão da taxa de precipitação (meted.ucar.edu)

Comparação entre Microondas e IR Obtenção de dados mais dificultada em, relação a TPW* e CLW**, pois as nuvens contem agua e gelo; Imagem tirada a 89Ghz AMSR-E da costa este da América do norte; Pontos azuis no mar indicam precipitação derivada de uma frente convectiva; Base da previsão da precipitação. *TPW - total precipitable water ** CLW - cloud liquid water Fig.2 - Microondas Sensor AMSR-E de 89Ghz (meted.ucar.edu)

Comparação entre Microondas e IR Obtenção de dados mais dificultada e, relação a TPW e CLW, pois as nuvens contem agua e gelo; Imagem IR GOES da mesma zona; Podemos observar a frente de convecção. Fig.3 - Sensor GOES-10 de Infravermelho (meted.ucar.edu)

Taxa de precipitação - remota Fig.4 - Taxa de precipitação a nível mundial para o dia 9 de novembro de 2005 (meted.ucar.edu) Dados de precipitação e de queda de neve; Dados obtidos tanto em mar, quando em terra;

Taxa de precipitação - no local Fig.5 - Rede internacional de Pluviometros (meted.ucar.edu) Mapa global de recolha de dados relativos a precipitação; Diferenças de densidade de informação; Oceano quase sem informação; Unidade de medida da precipitação mm/hora .

Escolha do comprimento de onda Fig.6 - Relação entre Comprimento de onda e transmitancia de sinal (meted.ucar.edu) Diferentes comprimentos de onda, conseguem resoluções e resultados diferentes; Nenhum é perfeito;

Espectro infravermelhos Mais usado pelos meteorologistas; Informação obtida pelos satélites geoestacionarios; Boa resolução espacial; Com nuvens, os valores obtidos, são os do topo da nuvem. Fig.7 - Comprimento de onda do Infravermelho (meted.ucar.edu)

Espectro electromagnético- passivo Usado em satélites polares; Recebe sinal da existência de agua e gelo nas nuvens; Dados obtidos mais precisos. Fig.8 - comprimento de onda para sensores passivos e activos (meted.ucar.edu)

Espectro passivo do Microondas Frequência mais baixo, corresponde a canais de Emissão. A energia reflectida nestes casos corresponde a gotas de agua; As frequências mais altas, ou canais de Scattering, recebem informação pelas partículas de gelo acima do ponto de fusão; Num futuro próximo, espera-se poder juntar os dois canais, num novo satélite chamado “National Polar-orbiting Operational Environemental Satellite System”(NPOESS) Fig.9 - Diferença entre Frequências (meted.ucar.edu)

Espectro electromagnético - Activo Utiliza radares, e a aviação; Exemplos de microondas activos: RADARSAT-1 Scatterometry Altimetry Uso conjunto, cria mapa 2D de zonas com agua; Melhor resultado obtido, tanto para horizontal, quanto vertical. Fig.10 - exemplo de sensor activo (http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect8/Sect8_8.html)

Modelo de nuvens convectivas Nuvem constituída por agua em diferentes estados; Exemplo do que o satélite observa; Acima do “Freezing level” é composto por partículas de gelo; Nesta parte funciona as Frequências altas; Fig.11 - Zona de funcionamento das frequências altas (meted.ucar.edu)

Modelo de nuvens convectivas Nuvem constituída por agua em diferentes estados; Exemplo do que o satélite observa; Abaixo do “Freezing level” é composto por goticulas de agua; Nesta parte funciona as baixas frequências; Abaixo disto, forma-se chuva. Fig.12 - Zona de funcionamento das baixas frequências (meted.ucar.edu)

Sensor remoto infravermelho Energia imitada pelo topo das nuvens; Não recolhe informação acerca da parte congelada nem da liquida da nuvem; Pouca informação acerca da taxa de precipitação. Fig.13 - Funcionamento do sensor de Infravermelho (meted.ucar.edu)

Sensor remoto infravermelho Podemos “advinhar” que esta a chover, pela temperatura baixa do topo das nuvens; Difícil de estimar o taxa de precipitação. Fig.14 - Sensor GOES-10 infravermelho (meted.ucar.edu)

Sensores de baixa frequência Exemplo de um sensor de baixa frequência de 37Ghz; Estudo sobre agua; A energia aumenta a medida que sobe na nuvem, recebe mais energia pela goticulas de agua( como visto atras); Valor final é superior ao inicial. Video1 - Funcionamento de sensor de baixa frequência (meted.ucar.edu)

Sensores de baixa frequência Exemplo de um sensor de baixa frequência de 37Ghz; Zonas azuis, superfície do mar; Zonas laranjas superfícies terrestre; Manchas azuis em mar, representam presença de nuvens e de agua. Fig.15 - Sensor AMSR-E 37ghz e interpretação da zona de nuvens (meted.ucar.edu)

Fig.16 - Sensor AMSR-E 37Ghz sobre terra (meted.ucar.edu) Sensores de baixa frequência Exemplo de um sensor de baixa frequência de 37Ghz; Superfície é terra; Difícil de identificar nuvens; Temperatura superficial idêntica a da nuvem; Principal defeito da baixa frequência, sobre terra, não é eficaz. Fig.16 - Sensor AMSR-E 37Ghz sobre terra (meted.ucar.edu)

Sensores de Alta frequência Exemplo de um sensor de alta frequência de 85Ghz; Energia sofre difração ao passar pelo gelo; Energia final é mais baixa que a inicial. Video 2 - Funcionamento de sensor de alta frequência (meted.ucar.edu)

Sensores de Alta frequência Sensor GOES IR, sobre terra; Zona mais alaranjada, corresponde a zona de nuvens, temperatura mais baixa; pouca informação quanto a se vai chover, ou se esta a chover. Fig.17 - Sensor GOES IR e interpretação da zona com nuvens (meted.ucar.edu)

Sensores de Alta frequência Sensor AMSR-E de 89 Ghz; Zonas azuis escuras, representam nuvens com gelo, que futuramente iram começar a chover. Fig.18 - Sensor AMSR-E 89Ghz e interpretação das zonas com gelo (meted.ucar.edu)

Sensores de Alta frequência Sensor AMSR-E de 89 Ghz; Podemos agora calcular a taxa de precipitação, recorrendo aos dados da imagem anterior; Fig.19 - Sensor AMSR-E e estimativas da taxa de precipitação (meted.ucar.edu)

Sensores Remotos activos Sensores activos imitem um impulso de microonda, que interage com a atmosfera, ao perder energia, o satélite ou aparelho que o esta a medir, interpreta o que atravessou; Funciona como os antigos aparelhos de previsão meteorológica que imitem impulsos. Video 3 - Funcionamento de sensores remotos activos (meted.ucar.edu)

Sensores passivos e activos Resolução espacial; Vista nocturna; Ambos veiem a mesma frente de nuvens; . Fig.20 - Radar NEXRAD 2Km comparado com o Sensor AMSR-E (meted.ucar.edu)

Fig.1 - cor natural RGB do norte de África (meted.ucar.edu) Conclusões Radares em terra, tem uma baixa zona coberta, e baixa presença nos oceanos; Sensores infravermelhos presentes nos satélites geoestacionarios, oferecem boa base de dados espacial e temporal, no entanto apenas observam o topo das nuvens; Sensores de microondas passivas são bons para fazer estimativas da precipitação; Sensores de microondas activos oferecem estimativas muito precisas de precipitação; Fig.1 - cor natural RGB do norte de África (meted.ucar.edu)

Bibliografia The COMET® Program. "Clouds, Precepitation, & Water Vapor." Microwave Remote Sensing. University Corporation for Atmospheric Research. Web. 25 Sept. 2011. <http://www2.ucar.edu/>; Apontamentos disponiveis torre.fis.ua.pt. http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect8/Sect8_8.html http://en.wikipedia.org/wiki/NPOESS