caracterÍsticas das ondas de gravidade …livros01.livrosgratis.com.br/cp121404.pdf · de...
TRANSCRIPT
Universidade do Vale do Paraíba Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento
LÁZARO MESSIAS DE ALMEIDA
CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS DE GRAVIDADE OBSERVADAS NA REGIÃO CENTRAL DO BRASIL
São José dos Campos, SP 2010
Livros Grátis
http://www.livrosgratis.com.br
Milhares de livros grátis para download.
Lázaro Messias de Almeida
CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS DE GRAVIDADE OBSERVADAS NA REGIÃO CENTRAL DO BRASIL
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Física e Astronomia, como complementação dos créditos necessários para a obtenção do título de Mestre em Física e Astronomia. Orientadores: Prof. Dr. Cristiano Max Wrasse
Prof. Dr. José Ricardo Abalde Guede
São José dos Campos, SP 2010
Autorizo exclusivamente para fins acadêmicos e científicos, a reprodução total ou parcial desta Dissertação de Mestrado (ou Tese de Doutorado), por processos fotocopiadores ou transmissão eletrônica, desde que citada a fonte.
Assinatura do aluno:
Data: 19 de fevereiro de 2010.
A448c
Almeida, Lazaro Messias de. Características das ondas de gravidade observadas na região central do Brasil.
Lázaro Mesias de Almeida. Orientadores Profs. Drs. Cristiano Max Wrasse e José Ricardo Abalde Guede. São José dos Campos, 2010.
1 disco laser. color Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Física e Astronomia do
Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento da Universidade do Vale do Paraíba, 2010.
1. Onda de Gravidade. 2. Mesosfera 3. Hidroxila. 4. Imageador all-sky. 5.
Dimâmica da atmosfera I. Wrasse, Cristiano Max, Orient. II. Guede, José Ricardo Abalde, Orient. III.Título.
CDU :551.511.31
AGRADECIMENTOS
Agradeço imensamente os meus orientadores Prof. Dr. Cristiano Max Wrasse, Prof. Dr. José
Ricardo Abalde Guede e a todos do Departamento de Física e Astronomia da UNIVAP,
devido a minha grande dificuldade do começo até o final, de minha parte um esforço
extraordinário e de meus mestres um incentivo e muita paciência, principalmente do Prof.
Cristiano que ficará marcada como uma experiência a mais a ser levada no futuro de minha
profissão.
Agradeço ainda a minha namorada Maria Aparecida de Souza, ao meu irmão Cláudio de
demais familiares, às amigas Helenice e Joyce, que de uma maneira e ou de outra, quando se
encontrava um obstáculo sempre apareceram com uma mão amiga para nos ajudar na jornada
e principalmente a minha mãe Getulina Castilho de Almeida, que na sua simplicidade e
grande sabedoria de vida, nunca deixou de me prestigiar e de se orgulhar vendo um ente tão
querido conseguir galgar degraus mais altos.
Ao departamento de Física e Astronomia da UNIVAP pelo apoio e total dedicação para que
todas as etapas, didáticas e financeiras, fossem concluídas no tempo previsto a fim de que
qualquer consequência negativa pudesse impedir a conclusão dessa caminhada.
À CAPES pelo financiamento do curso sem o qual não seria possível a concretização do
mesmo.
Agradeço também, a todos os colegas e amigos cujo convívio permanecerá na memória e esta
caminhada uma agradável lembrança.
CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS DE GRAVIDADE OBSERVADAS NA REGIÃO CENTRAL DO BRASIL
RESUMO
O principal objetivo do presente trabalho de dissertação foi caracterizar as ondas de gravidade observadas em Palmas (TO) (10,16ºS, 48,26ºO), na região central do Brasil. As ondas de gravidade foram observadas utilizando um imageador all-sky para medir as emissões do OH, entre setembro de 2007 e dezembro de 2008. Neste período foram observadas ondas do tipo banda, ripple e frente mesosférica, perfazendo um total de 160 eventos. As ondas de gravidade analisadas foram divididas, segundo sua morfologia, em bandas e ripples. A grande maioria das bandas apresentou as seguintes características: comprimento de onda horizontal entre 10 e 35 km; período observado entre 5 e 25 minutos e velocidade de fase observada entre 5 e 60 m/s. As bandas apresentaram uma anisotropia na direção de propagação, com direção preferencial para norte e sul. Os ripples apresentaram características semelhantes às bandas, com comprimento de onda entre 5 e 15 km; período observado de 5 a 15 minutos e velocidade de fase entre 5 e 30 m/s. Assim como as bandas, os ripples também apresentaram direção preferencial de propagação para norte e sul. As características das ondas de gravidade observadas em Palmas (TO) foram comparadas com outras observações realizadas no Brasil durante os últimos 15 anos. Todas as ondas observadas no Brasil apresentam características semelhantes, sendo que as ondas observadas próximo ao equador apresentam velocidades de fase maiores que nas outras regiões. Para explicar a variação sazonal na direção de propagação das ondas de gravidade, foram utilizados mapas de radiação de onda longa (OLR) para localizar regiões com intensa atividade convectiva (OLR < 220 W.m-2) na baixa atmosfera. Nos períodos de verão e outono as possíveis fontes de ondas de gravidade estão bem correlacionadas com atividades convectivas localizadas, principalmente, à oeste e à noroeste de Palmas.
Palavras chave:Mesosfera; Aeroluminescência; Ondas de Gravidade; Dinâmica Atmosférica.
CHARACTERISTICS OF MESOSPHERIC GRAVITY WAVES OBSERVED IN THE CENTRAL REGION OF BRAZIL
ABSTRACT
Gravity waves observations were carried out at Palmas (TO) (10.16ºS, 48.26ºW) between September 2007 and December 2008, using an all-sky airglow imager to measure the OH emission. The gravity waves were divided in two groups following they morphology as band and ripples type waves. The main characteristics of the band type waves are: horizontal wavelength between 10-35 km; observed period raging from 5 to 25 minutes; observed phase speed between 5-60 m/s. Preferential propagation directions of the bands are northward and southward, showing a clear anisotropy. For the ripples the main wave parameters are: horizontal wavelength ranging between 5 and 15 km; observed period mainly distributed between 5 and 15 minutes and horizontal phase velocity from 5 to 30 m/s. The ripples showed the same anisotropy as in the preferential propagation direction as the band type waves. The gravity wave characteristics observed at Palmas were compared with other observations carried out in Brazil, showing similar features. In order to explain the seasonal variation of the wave propagation direction, maps of Outgoing Longwave Radiation (ORL) were used to locate regions with intense deep convection (OLR < 220 W.m-2) in the lower atmosphere. During summer and autumn the wave sources regions are well correlated with deep convection areas located at west and northwest of Palmas.
Keywords: Mesosphere; Airglow; Gravity Waves; Atmospheric Dynamics.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO................................................................................................................13
1.1 Objetivo Geral ..........................................................................................................16
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.........................................................................................17
2.1 Aeroluminescência ...................................................................................................17
2.2 A molécula do OH....................................................................................................19
2.2.1 A fotoquímica da molécula do OH*.................................................................21
2.3 Ondas de Gravidade .................................................................................................23
2.3.1 Equações Matemáticas Empregadas para Descrever as Ondas de Gravidade..24
2.3.2 Observações Recentes de Ondas de Gravidade................................................31
3 INSTRUMENTAÇAO E METODOLOGIA ...................................................................35
3.1 O Imageador .............................................................................................................35
3.2 Transformação de Coordenadas ...............................................................................37
3.3 Calibração Espacial das Imagens da Aeroluminescência.........................................40
3.4 Pré-Processsamento das Imagens .............................................................................46
3.5 Analise Espectral das Imagens da Aeroluminescência.............................................48
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES....................................................................................55
4.1 Observação da Atividade de Ondas de Gravidade ...................................................55
4.2 Morfologia e Características das Ondas de Gravidade.............................................58
4.3 Comparação das Ondas de Gravidade Observadas no Brasil...................................62
4.4 Direção Preferencial de Propagação.........................................................................66
5 CONCLUSÕES................................................................................................................71
REREFÊNCIAS .......................................................................................................................71
13
1 INTRODUÇÃO
A atmosfera terrestre é a camada gasosa que rodeia e acompanha a Terra formada há cerca de
4,6 bilhões de anos. Inicialmente os gases presos no interior da Terra (CO2, H2 e H2O),
escapavam e a envolviam; com as plantas a atmosfera evoluiu até se tornar o espesso manto
de ar que é hoje (KIRCHHOFF, 1991).
No estudo e compreensão da atmosfera terrestre ela pode ser divida em regiões ou camadas de
acordo com diferentes parâmetros tais como temperatura, densidade e composição química. A
Figura 1.1 apresenta a atmosfera neutra de acordo com seu perfil vertical de temperatura,
dividida em quatro camadas. Os conceitos a seguir são descritos com base nos trabalhos de:
Rishbeth e Garriott (1969), Banks e Kockarts (1973), Brasseur e Solomon (1986), Kirchhoff
(1991).
Troposfera – é a camada mais próxima da superfície terrestre, estendendo-se até
aproximadamente 15 km, onde a temperatura diminui com a altitude a partir da temperatura
superficial de 290 K, numa taxa de -7 K.km-1, atingindo o valor de 220 K. Nesta região a
radiação e a convecção são processos importantes para a transferência de energia, isto é, na
dissipação do calor. A absorção direta da radiação solar no visível e no infravermelho
contribui para o balanço radiativo e influenciam também na determinação da temperatura.
Estratosfera – é a camada que se encontra acima da troposfera, situada entre 15 e 50 km de
altitude, onde a temperatura aumenta com a altitude ficando em torno de 270 K. Nesta região
a convecção deixa de ser um mecanismo importante na dissipação de calor, dando lugar ao
processo de radiação. A absorção da radiação solar pela molécula do ozônio e pelo vapor d’
água, na região do ultravioleta, dão origem ao máximo de temperatura em torno de 50 km de
altitude.
Mesosfera – esta camada situa-se acima da estratosfera, estendendo-se de 50 a 90 km de
altitude. A temperatura diminui com a altitude atingindo 190 K, sendo esta a região mais fria
de toda a atmosfera. A radiação é ainda um importante mecanismo na remoção de calor nestas
altitudes.
Termosfera – esta camada inicia em torno de 90-100 km de altitude e estende-se até
aproximadamente 300 km. A temperatura aumenta com a altitude atingindo valores maiores
14
que 1000 K. O principal mecanismo para a dissipação de energia é a condução, sendo mínima
a convecção.
As regiões de transições entre as camadas atmosféricas acima descritas são caracterizadas por
um gradiente de temperatura nulo, sendo classificadas em:
Tropopausa – região compreendida entre a troposfera e a estratosfera, onde ocorre o mínimo
de temperatura entre estas regiões. Situa-se a uma altitude em torno de 15 km nos trópicos,
com uma temperatura em torno de 195 K, e de 8 a 10 km nos pólos com uma temperatura em
torno de 220K.
Estratopausa – região entre a alta estratosfera e a baixa mesosfera. Situa-se em torno de 50 km
de altitude com uma temperatura em torno de 270 K.
Mesopausa – é o limite entre a mesosfera e termosfera e situa-se em torno de 85-95 km de
altitude, apresentando uma temperatura em torno de 190 K, considerada a mais baixa
temperatura atmosférica.
150 200 250 300 350 400 450 5000
20
40
60
80
100HETEROSFERA
HOMOSFERA
EXOSFERA
IONOSFERA
TERMOSFERA
MAGNETOSFERA
MESOPAUSA
ESTRATOPAUSA
TROPOPAUSA
MESOSFERA
ESTRATOSFERA
TROPOSFERA
ALT
ITU
DE
(K
m)
TEMPERATURA (K)
500
1000
Figura 1.1 – Distribuição vertical da temperatura na atmosfera terrestre. Fonte: Adaptada de Wrasse (2000).
15
A aeroluminescência atmosférica é resultado de reações químicas na atmosfera devido ao
armazenamento da energia radiativa do sol durante o dia, a qual é reemitida mais tarde.
Durante a noite, essa quimioluminescência contribui significativamente para o brilho do céu,
especificamente no infravermelho próximo. Os estudos da luminescência atmosférica têm
contribuído bastante para a pesquisa sobre a dinâmica da mesosfera e baixa termosfera
(GARDNER, 1995).
Historicamente, as primeiras emissões da aeroluminescência estudadas foram as linhas de
emissão no visível do oxigênio atômico (em 557,7 nm), a qual apresenta um pico de emissão
em aproximadamente 96 km e a linha de emissão do sódio (NaD) centrada em 589,2 nm, com
pico de emissão em torno de aproximadamente 90 km. Os estudos realizados nos anos 50
revelaram uma nova fonte de emissão na banda da hidroxila (OH) (banda de Meinel) com
pico em aproximadamente 87 km, a qual emite na região do infravermelho próximo (NIR)
(MEDEIROS, 2001).
A aeroluminescência atmosférica é utilizada para se estudar ondas de gravidade devido à
perturbação que estas ondas causam sobre as camadas emissoras. Parte-se do princípio que, a
passagem de ondas pela região emissora pode elevar ou baixar a altura destas camadas
adiabaticamente. Assim, é possível relacionar a perturbação na altura da camada também com
mudanças de temperaturas pelo processo adiabático. Enquanto a mudança na densidade é
responsável pela mudança na intensidade, as mudanças de temperatura irão afetar os
coeficientes de taxa de reação nos processos que produzem as camadas, e então a intensidade
de luz radiada irá mudar (MEDEIROS, 2001).
Com os estudos realizados utilizando fotômetros de solo, descobriu-se que estas camadas de
emissões não eram uniformes e apresentavam irregularidade, denominadas de “estruturas”. A
maioria destas estruturas apresentava muitas variações, mas em algumas ocasiões a
intensidade de emissão apresentava um comportamento semelhante ao movimento de ondas.
Com o aperfeiçoamento dos equipamentos nos últimos 30 anos, as observações da
aeroluminescência têm aumentado e atualmente já está estabelecido que muito destes
movimentos de ondas são causados pela passagem de ondas internas de gravidade de curto
período (menores do que 1 hora) através da camada de emissão (MEDEIROS, 2001).
As ondas de gravidade são causadas pelo desequilíbrio entre a força gravitacional e o
gradiente de pressão. Estudos recentes sugerem que as ondas de gravidade atuam como
16
importante fonte de perturbação de mesoescala na atmosfera. Em determinadas alturas
mesosféricas, as ondas sofrem efeitos de saturação e, consequentemente, depositam energia e
transferem momento ao fluxo médio, um processo que passa a ser um importante fator na
escala de circulação global da alta atmosfera (FRITTS e ALEXANDER, 2003).
1.1 Objetivo Geral
O objetivo deste trabalho é estudar a dinâmica da mesosfera terrestre, utilizando a
aeroluminescência noturna para observar a atividade de ondas de gravidade em Palmas (TO).
Este é o primeiro estudo extensivo realizado na região central do Brasil e visa apresentar os
tipos de ondas observados bem como suas principais características morfológicas e físicas.
A dissertação está estrutura na presente introdução e mais quatro capítulos. No Capítulo 2 é
apresentada uma revisão bibliográfica sobre as principais emissões observadas na mesosfera
terrestre, em particular a hidroxila (OH). Também é apresentada uma revisão sobre ondas de
gravidade, com sua descrição matemática e algumas observações recentes utilizando
imageadores all-sky.
No Capítulo 3 é realizada a descrição do imageador utilizado para medir as ondas de
gravidade, bem com o processo de transformação de coordenadas entre a imagem original e as
coordenadas geográficas. A metodologia empregada para determinar os parâmetros
característicos das ondas de gravidade, assim com um exemplo, também são apresentados no
Capítulo 3.
Os resultados encontrados neste estudo são apresentados no Capítulo 4, bem como as
discussões e a comparação dos resultados com outros sítios de observação de ondas de
gravidade no Brasil.
Finalmente, no Capítulo 5 são sumarizados os principais resultados e é apresentada a
conclusão deste trabalho, além de sugestão para trabalhos futuros.
17
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Aeroluminescência
O fenômeno óptico chamado de aeroluminescência é causado pela emissão de fótons por
átomos e moléculas, os quais são excitados pela absorção da radiação solar ou por processos
químicos existentes na atmosfera superior. Aeroluminescência ou airglow, caracteriza-se por
ser uma radiação tênue e de extensa faixa espectral, que se estende desde o ultravioleta
( 250 nm) até ao infravermelho ( m4 ) (CHAMBERLEIN, 1961).
A aeroluminescência pode ser classificada segundo o ângulo zenital da radiação solar em:
diurna ou dayglow: que é a emissão atmosférica que ocorre durante o dia; crepuscular ou
twilight: que ocorre apenas quando a alta atmosfera é iluminada durante o crespúsculo ou
ocaso; noturna ou nightglow: que ocorre durante a noite devido a quimiluminescência. A
Figura 2.1 apresenta uma imagem de uma camada de emissão da aeroluminescência noturna
vista a partir da Estação Espacial Internacional.
Figura 2.1 – Imagem obtida da Estação Espacial Internacional mostrando uma camada da
aeroluminescência vista do espaço. Fonte: Atoptics (2008).
A Figura 2.2 apresenta o espectro da aeroluminescência noturna e suas principais linhas de
emissões causadas por átomos e moléculas. Observa-se que as emissões do OH estendem-se
por uma grande região espectral, onde também é possível observar as linhas verde (OI 557,7
18
nm) e vermelha (OI 630,0 nm) do oxigênio atômico, bem como as emissões do oxigênio
molecular.
Comprimento de Onda (Å) Comprimento de Onda (Å)
Comprimento de Onda (Å) Comprimento de Onda (Å)
Inte
nsi
dad
e (R
/Å)
Inte
nsi
dade
(R/
Å)
Comprimento de Onda (Å) Comprimento de Onda (Å)
Comprimento de Onda (Å) Comprimento de Onda (Å)
Inte
nsi
dad
e (R
/Å)
Inte
nsi
dade
(R/
Å)
Figura 2.2 – Espectro da aeroluminescência noturna e suas principais linhas e bandas de emissão. Fonte: Adaptado de Johnston e Broadfoot (1993, p.2159).
As principais emissões observadas na região da mesosfera terrestre são as bandas de Meinel
OH (720-910 nm), a linha verde do oxigênio atômico (OI 557,7 nm), estudas por Chapman
em 1931, e as emissões do oxigênio molecular O2(0-1) (~864,5 nm). A Figura 2.3 apresenta
os perfis de concentração de algumas espécies químicas que dão origem a aeroluminescência
noturna, bem como o pico emissão de emissão em função da altura. Observa-se que a camada
de emissão do OH apresenta um pico de concentração em de 87 km de altura, com uma
espessura entre 7 a 10 km. A camada de emissão do oxigênio molecular (O2) apresenta um
pico de emissão em aproximadamente 94 km de altura, com uma espessura de ~12 km. Já a
camada de emissão do oxigênio atômico (OI) a apresenta um pico em torno de 96 km de
altura, com uma espessura em torno de 8 km. Na década de 80, os perfis de emissões das
camadas da aeroluminescência atmosféricas, bem como seus picos, foram determinados a
partir de sondagem realizadas por instrumentos a bordo de foguetes.
19
Figura 2.3 – Perfis de concentração das espécies químicas que dão origem a aeroluminescência noturna na região da mesosfera terrestre. Fonte: Fechine (2004).
No presente trabalho será analisada a atividade de ondas de gravidade na região da mesosfera,
oriunda das emissões da molécula da OH. Desta forma, a seguir serão descritos em mais
detalhes a fotoquímica e os processos de excitação do OH.
2.2 A molécula do OH
As emissões do OH, também conhecidas como bandas de Meinel (MEINEL, 1950), surgem
das transições vibracionais-rotacionais, que emitem radiação entre os comprimentos de onda
de 520 nm a 4 m e possuem uma intensidade total integrada de aproximadamente 4,5
MegaRyleigh (EGELAND et al., 1973). As emissões da molécula do OH na
aeroluminescência terrestre ocorrem devido às transições vibracionais-rotacionais dentro de
um mesmo estado eletrônico fundamental, o estado 2 , e podem ser descritas pela seguinte
relação:
)( '','',2
',',2
JviJvi XXOH (2.1)
onde, 1i representa o estado eletrônico 2/3 e 2i representa o estado eletrônico 2/1 , v
representa o nível vibracional e J o nível rotacional da molécula (KHOMICH et al., 2008).
20
Quanto a excitação vibracional podem ocorrer entre os níveis v de 0 a 9. Cada banda
vibracional envolve uma estrutura rotacional, com as linhas agrupadas em ramos
denominados P, Q e R. A Figura 2.4 apresenta a estrutura vibracional e rotacional da
molécula OH dentro do seu estado eletrônico fundamental. Na Figura 2.4(A) observa-se a
estrutura vibracional do OH, as transições que ocorrem dentro deste poço de potencial dão
origem às bandas de emissão da molécula. A Figura 2.4(B) apresenta transições rotacionais do
nível vibracional 8 para o nível vibracional 3. Estas transições vibracionais-rotacionais dão
origem às linhas de emissão da banda OH(8,3), a linha P1(3) por exemplo, significa que
ocorre uma transição do nível rotacional J=5/2, dentro do nível vibracional ν=8, para o nível
rotacional J=7/2, dentro do nível vibracional ν=3 (WRASSE, 2000).
(A)
0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.000
5000
10000
15000
20000
25000
30000
ENERGIA VIBRACIONAL
G(
) (
cm-1)
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Distância Entre os Núcleos (Å)
(B )
Q 1(3)
P 1(3)
3/2
15/2
5/2
7/2
11/2
13/2
9/2
3/2
15/2
5/2
7/2
11/2
13/2
9/2
R 1(3)
1/23/2
5/2
7/2
11/2
13/2
9/2
R 2(3)
Q 2(3)
1/23/2
5/2
7/2
11/2
13/2
9/2
P 2(3)
J
JJ
J
EN E R G IA R O TA C IO N A L
0
200
400
600
800
1000
F(J), (cm -1)
=8
0
200
400
600
800
1000
F(J), (cm -1)
=3
F1
2 3/2
F2
2 1/2
Figura 2.4 – Representação dos níveis vibracionais e rotacionais que originam as linhas de emissão
do espectro do OH. Fonte: Adaptada de Krassosvky et al (1962, p. 895 e 896).
21
2.2.1 A fotoquímica da molécula do OH*
O mecanismo mais eficiente para produção do OH* )9'( v na mesosfera superior foi
proposta por Bates e Nicolet (1950) e é expresso pela seguinte reação:
,)9'( 2*
31 OvOHOH k (2.2)
onde, 1k é a taxa de reação. O processo é exotérmico e libera energia de 3,34 eV, o que é
suficiente para excitar o OH ao nível vibracional 9'v , concordando com as observações da
aeroluminescência noturna (TAKAHASHI, 1981). A ocupação ocorre preferencialmente nos
níveis 7, 8 e 9 (KLENERMAN e SMITH, 1987).
Para explicar as distribuições populacionais nos níveis vibracionais inferiores ( 6'v ) foi
proposta uma reação química adicional (LE TEXIER, et al., 1987):
,)6'( 2*
2 OvOHOHO (2.3)
A energia liberada por esta reação é de 2,33 eV, é suficiente para excitar os níveis
vibracionais até 6'v . Entretanto, fortes evidências sugerem que esta reação não possui
eficiência cinética (SIVJEE, 1992). Desta forma, outros mecanismos foram sugeridos para
ocupar os níveis vibracionais inferiores (McDADE e LLEWELLYN, 1987), entre eles
destacam-se os processos via cascata radiativa:
hvvOHvOH vvA )''()'( *)'','(* (2.4)
onde hv é a energia do fóton liberado, )'','( vA é o coeficiente de Einstein ou a
probabilidade de transição entre os níveis vibracionais.
Outro mecanismo proposto é a desativação colisional (quenching):
i
vv
i MvOHkMvOHMi
)''()'( *)",'(* 2 (2.5)
onde )",'(2 vvkMi é o parâmetro que representa o decaimento da colisão de 'v para ''v e iM
representam as molécula de N2 ou O2 envolvidas neste processo. O último mecanismo
proposto foi o da remoção química, dada pela seguinte reação:
22
)'(
* 3)'(v
ikMvOH
Mi
produtos diferentes do OH* (2.6)
onde iM representa os constituintes O, O2 ou N2.
Estudos realizados em laboratórios (GREENBLATT e WIESENFIELD, 1982) colocaram em
dúvida os valores dos coeficientes de desativação vibracional utilizados nos estudos das
bandas de Meinel. Na tentativa de determinar os coeficientes de desativação, se a reação (2.2)
fosse a única fonte química do OH*, McDade e Llewellyn (1987) consideraram dois modelos.
No primeiro modelo, chamado de desativação colisional de morte súbita, assume-se que a
remoção colisional não constitui uma fonte de outros níveis excitados do OH. Este modelo
pode ser representado pela seguinte reação:
ik
i MvOHMvOHMi
)0'()'(* (2.7)
E o segundo modelo, chamado de cascata colisional, é suposto como sendo o modelo
dominante, onde a remoção colisional é simples e gradativa:
ik
i MvOHMvOHMi
) 1'()'(* (2.8)
onde a remoção colisional ocorre em passos de 1'v .
Considerando a reação (2.2) como sendo a única fonte do OH* e supondo condições de
equilíbrio fotoquímico, onde a taxa de produção é igual às perdas químicas, para uma altitude
fixa à camada de emissão, a taxa de produção e perda do )'(vOH é balanceada por:
i
i
i
i
Mi
M
Mi
M
vv
MvkvAvOHMvvkvvAvOHkOH ])['()'()'(*])[',"()',"()]"(*[ 312
9
1'"13
(2.9)
Logo, a taxa de emissão volumétrica de uma determinada banda do OH é dada por:
i
i
i
i
Mi
M
vv Mi
M
OH MvkvA
MvvkvvAvOHvvAkOHvfvvA
vvV])['()'(
])[',"()',"()]"(*[)'','()'()'','(
)',"(3
9
1'"23
* (2.10)
23
onde )'(vf representa a fração do OH no estado vibracional 'v que é formado na reação (2.2).
)'','( vvA é a probabilidade de transição entre dois estados e )'(vA é o inverso do tempo de
vida no nível )'(v .
2.3 Ondas de Gravidade
Hines (1960) numa série de artigos propôs que os ventos irregulares observados na alta
atmosfera poderiam ser explicados como o resultado de uma soma de modos de propagação
de ondas internas (HINES, 1974). A força restauradora para as oscilações das ondas de
gravidade, um tipo de onda interna, é a gravidade, resultando em deslocamentos adiabáticos
das parcelas de ar características do distúrbio. As ondas de gravidade apresentam períodos de
oscilações da ordem de minutos à horas, sendo o limite inferior o período de Brünt-Väisälä, o
qual na mesosfera é da ordem de 5 minutos (BEER, 1974).
A geração das ondas de gravidade depende da condição de estabilidade atmosférica e da
presença de algum distúrbio que possa gerar tais instabilidades e levar a formação da onda
(WRASSE, 2004). Na troposfera, as possíveis fontes de geração das ondas de gravidade são
os fluxos de ar sobre montanhas, as tempestades convectivas, as atividades frontais, o
cisalhamento de vento e as interações onda-onda (FRITTS e ALEXANDER, 2003).
Forbes et al. (1997) utilizando dados de satélite, relacionaram a atividade de ondas de
gravidade às fortes convecções em regiões tropicais. Medeiros et al. (2004) relacionam as
fontes de ondas de gravidade observadas em Cachoeira Paulista com as convecções
troposféricas que ocorrem à oeste de Cachoeira Paulista no verão e à sudoeste de Cachoeira
Paulista durante o inverno. Wrasse (2004) mostrou que em torno de 16% das ondas de
gravidade observadas em Cachoeira Paulista (SP) tem sua origem na região troposférica,
associados as frentes frias, as fortes convecções e o efeito orográfico.
Wrasse (2004) também mostrou que em torno de 23% das ondas de gravidade observadas em
São João do Cariri (PB) tiveram sua origem na troposfera. A principal fonte de geração destas
ondas foram as fortes convecções troposféricas. O fenômeno meteorológico mais
predominante e efetivo na geração destas ondas foram as Linhas de Instabilidades formadas
por nuvens do tipo cumulonimbus.
24
2.3.1 Equações Matemáticas Empregadas para Descrever as Ondas de Gravidade
As ondas de gravidade podem ser descritas através de uma teoria de perturbação de primeira
ordem que é válida para movimentos ondulatórios de pequena amplitude. Porém, nesta
aproximação a velocidade do fluido deve ser muito menor que a velocidade de fase da onda, o
que resulta na filtragem de todas as interações de ordem superior entre as ondas de diferentes
comprimentos de onda e períodos (FECHINE, 2007).
Devido ao decréscimo exponencial da densidade atmosférica em função da altura, as ondas de
gravidade crescem em amplitude à medida que se propagam verticalmente. Isto ocorre até que
a onda atinge uma camada limite, a qual não suporta oscilações desta escala devido às
instabilidades. Neste regime, a teoria linear das ondas deixa de ser válida e termos não
lineares devem ser considerados no conjunto de equações para que se possa ter uma descrição
completa do movimento (BEER, 1974).
No presente trabalho as ondas de gravidade serão descritas no sistema de coordenadas
Cartesiano, onde x , y e z representam as coordenadas norte, leste e vertical (para cima),
respectivamente. As equações que descrevem o movimento atmosférico, seguem o
formalismo matemático apresentado por Gossard e Hooke (1975), são expressas por:
Fgpv
dt
vd
11
2 (2.11)
0.
vdt
d (2.12)
1
Dt
Dp
dt
dTcQ v (2.13)
RTp (2.14)
A Equação (2.11) descreve a conservação do momentum representada pelo campo de
velocidade wvuv ,,
;
v representa a força de Coriolis, onde ),,0( zy
é a
25
velocidade angular da Terra;
g é a aceleração da gravidade. As variáveis atmosferas e p
são a densidade e a pressão atmosférica e
F caracteriza uma força externa.
A Equação (2.12) é a equação da continuidade que representa a conservação da massa dentro
de um dado volume. A Equação (2.13) representa a conservação da energia, onde o termo
.vtDt
D é conhecido como operador de Stokes e representa a derivada total do sistema
Euleriano. O parâmetro vc é o calor específico a volume constante e Q é quantidade de calor
recebida por uma massa de ar por unidade de massa e por unidade de tempo. O termo
1
Dt
Dp é o trabalho realizado pela massa de ar quando esta sofre uma expansão ou
contração. A Equação (2.14) é a equação geral dos gases que pode ser aplicada para condição
de ar seco, onde R é a constante dos gases e T é a temperatura.
As equações descritas acima são difíceis de serem solucionadas devido aos termos não
lineares, por esse motivo será empregada a teoria linear ou teoria de perturbação de primeira
ordem (estado básico mais estado perturbado), nos parâmetros das Equações (2.11) à (2.14).
Assim, tem-se:
),,,,(),,,,(),,,,( 1111100000 pwvupwvupwvu (2.15)
Onde os parâmetros representados pelo subscrito “0” indicam o estado básico; os parâmetros
representados pelo subscrito “1” indicam o estado perturbado e é um parâmetro
proporcional ao desvio do estado médio. Ao substituir as perturbações acima nas Equações
(2.11) à (2.13) e equacionar os termos de primeira ordem, obtém-se outra forma do conjunto
das equações básicas para a atmosfera, que podem ser expressas pelas equações abaixo:
02. 000
vx
puv
t
uz (2.16)
02. 000
uy
pvv
t
vz (2.17)
0.00
gz
pwv
t
w (2.18)
26
0.. 00
0
vz
wvt
(2.19)
zwv
tc
z
pwpv
t
ps
00
200 ..
(2.20)
Supondo soluções do tipo onda-plana é necessário fazer uma transformação dos parâmetros
atmosféricos da seguinte forma:
)(exp),,,(),,,( 0000 mzlykxtipwvuPWVU (2.21)
onde, ),,,( PWVU são quantidades perturbadas nos campos de vento e pressão, porém sem o
subscrito 1. Os parâmetros 0 e s são a densidade do gás majoritário médio e a densidade a
uma altura de referência. Considerando o caso de um modelo de atmosfera básica,
compressível, sem a rotação da Terra )0( , sem difusividade, mas com cisalhamento
vertical, as Equações (2.16) à (2.20) podem ser escritas da seguinte forma:
z
uu
x
PWu
Dt
DU
s
0'0
'0 ,0
1
(2.22)
z
vv
y
PWv
Dt
DV
s
0'0
'0 ,0
1
(2.23)
01
2
Wzx
U
Dt
DP
css (2.24)
012
2
2
P
zDt
DWN
Dt
D
s (2.25)
O parâmetro 2sc representa a velocidade do som, enquanto é o coeficiente de Eckart, que
reflete a influência do gradiente de densidade nos termos inerciais e é expresso por:
20
02
1
sc
g
z
(2.26)
27
O parâmetro N representa a frequência de Brunt-Väisälä, dada em radianos/segundo, que é
representado pela seguinte relação:
20
0
2 1
sc
g
zgN
(2.27)
Utilizando a aproximação hidrostática )exp( RTgzp pode-se obter uma expressão
matemática mais elementar para a frequência de Brunt-Väisälä, dada por:
1
12
2
22
RT
g
c
RT
RT
gN
s
(2.28)
onde, vp cc e os parâmetros pc e vc representam o calor especifico a pressão constante e
o calor especifico a volume constante, respectivamente.
Reescrevendo o operador de Stokes de forma mais conveniente, tem-se:
iczuikDt
D )( (2.29)
onde, kc e definido como sendo a frequência angular ou aparente, tem-se :
)(zuck (2.30)
A frequência intrínseca ̂ da onda é determinada por um observador que se movimenta junto
com o vento médio de fundo e a sua relação com a frequência aparente é dada por
uk . .
Quando as ondas movimentam-se mais rápido do que o vento, ̂ é positivo; caso contrário é
negativo. Na Equação (2.29) assume-se que as soluções são proporcionais a tkxi exp .
Substituindo a Equação (2.29) nas Equações (2.24) a (2.25) e eliminando-se P e U entre
elas, pode-se encontrar a seguinte relação:
20
2"0
22
0
'0
0
"0
20
2
2
2
,02
z
uuondeWk
cu
u
cu
u
cu
N
z
Wh
(2.31)
28
Desconsiderando os efeitos de compressibilidade (ondas acústicas), 0 , a Equação (2.31) é
conhecida como equação de Taylor-Goldstein, a qual é o ponto de partida para análise dos
efeitos do cisalhamento e gradientes térmicos sobre o regime de propagação das ondas de
gravidade. Assim, tem-se:
02
0
"0
20
2
2
2
Wkcu
u
cu
N
z
Wh (2.32)
Sabendo-se que 2N e 0u é funções da altura e considerando que estas quantidades variam
lentamente, pode-se usar a aproximação de Wentzel-Kramer-Brillouin (WKB) para
determinar a solução da equação de Taylor-Goldstein. A aproximação WKB pode ser
empregada quando as propriedades do meio variam lentamente numa escala comparável com
o comprimento de onda. Assim, a relação de dispersão pode ser descrita por:
2
0
"0
20
22
)( hkcu
u
cu
Nm
(2.33)
Onde, zm 2 é o número de onda vertical e hhk 2 é o número de onda horizontal.
De acordo com a equação de Taylor-Goldstein, as ondas de gravidade podem ser classificadas
como propagantes )0( 2 m ou evanescentes )0( 2 m . As ondas propagantes são
caracterizadas por propagarem-se tanto na horizontal quanto na vertical, enquanto que a
principal característica das ondas evanescentes é que estas ondas não se propagam
verticalmente, apenas horizontalmente (WRASSE, 2004).
As ondas propagantes, as quais incluem as ondas internas de gravidade, ao se propagarem na
vertical de modo ascendente, aumentam a amplitude de oscilação à medida que a densidade
da atmosfera diminui, conforme apresentado na Figura 2.5. Não havendo dissipação de
energia, a amplitude da onda torna-se tão grande, devido à diminuição da densidade com a
altura, que esta pode sofrer um processo de quebra e transferir momentum e energia para o
meio, acelerando ou desacelerando o fluxo básico e provocando turbulência (WRASSE,
2004).
29
Figura 2.5 – Modo de propagação ascendente de uma onda de gravidade. Note que a energia da onda propaga-se perpendicularmente à direção de propagação de fase da onda. Fonte: Adaptada de Hangreaves (1982, p.126).
Existem três regiões distintas no espectro de frequência onde as ondas de gravidade ocorrem,
conforme mostra a Figura 2.6. A região de altas frequências )( a é dominada pelas
ondas acústicas, a região de baixas freqüências )( g é dominada pelas ondas de
gravidade internas ( a é a frequência de corte acústico e Ng é freqüência de Brunt-
Väisälä). No intervalo destas freqüências )( ag , as ondas são denominadas
evanescentes, e neste caso não existe propagação vertical das ondas (BEER, 1974).
k
m2 > 0
m2 > 0
m2 < 0
k
m2 > 0
m2 > 0
m2 < 0
Figura 2.6 – Regiões do espectro de frequência onde se encontram as ondas acústicas, de gravidade e
evanescentes. O eixo da abscissa representa o número de onda zonal, enquanto que o eixo da ordenada, representa a frequência angular da onda. Fonte: Adaptada de Beer (1974, p.55).
30
Sabe-se que os ventos na atmosfera variam em função da altura. Define-se como nível crítico,
a região onde a velocidade do vento médio é igual a velocidade da fase horizontal da onda de
gravidade czu )( 00 . O nível crítico pode ser representado pela singularidade na Equação
(2.32), de Taylor-Goldstein. A Figura 2.7 apresenta o comportamento de uma onda de
gravidade ao se aproximar de um nível crítico (WRASSE, 2004).
Figura 2.7 – Ilustração de uma onda de gravidade se propagando em direção a um nível critico. Fonte: Adaptada de Gossard e Hooke (1975).
Quando uma onda se aproxima do nível crítico, )( cz , a frequência intrínseca da onda tende a
zero )0( , e consequentemente, o número de onda vertical tende ao infinito )( m . Se
o tempo necessário para onda atingir o nível crítico for muito grande, )( t , a onda será
absorvida pelo nível crítico, em vez de ser refletida ou transmitida (WRASSE, 2004). A
existência de níveis críticos na baixa atmosfera, onde os fluxos rápidos são possivelmente os
maiores absorvedores de onda de gravidade, estes filtram as ondas com comprimento de onda
horizontal pequeno, as quais apresentam uma baixa velocidade de fase vertical (BEER, 1974).
Na atmosfera, as variações nos campos de vento e também da temperatura podem afetar a
propagação das ondas de gravidade. O aparecimento de gradientes nestes campos
(temperaturas e ventos) podem levar as ondas a serem refletidas ou aprisionadas em canais de
ondas. As ondas que são aprisionadas nestes canais se propagam por grandes distancias
horizontais com pequena perda de energia (WRASSE, 2004).
31
As ondas de gravidade canalizadas são ondas aprisionadas entre duas regiões de
comportamento evanescente )0( 2 m ou entre uma região evanescente e o solo, exibindo
algum tipo de ressonância (FRANCIS, 1975). A forma pela qual estas ondas são canalizadas
deve-se aos gradientes na temperatura, denominados canais térmicos, ou aos gradientes nos
ventos médios, denominados canais Doppler ou a ambos, e que neste caso são chamados de
dutos ou canais dual (ISLER et al.,1997).
O surgimento destes canais na atmosfera limita a propagação vertical das ondas de gravidade
e restringe o transporte de energia e momentum destas ondas para a área confinada pelo canal,
podendo a onda deslocar-se grandes distâncias horizontais. A Figura 2.8 ilustra um canal
Doppler causado por um gradiente no vento médio. A região propagante é contornada por
duas regiões evanescentes (WRASSE, 2004).
Figura 2.8 – Perfil do numero de onda vertical no caso de um canal Doppler, mostrando as regiões onde a onda é propagante e evanescente. Fonte: Adaptada de Chimonas e Hines (1986).
2.3.2 Observações Recentes de Ondas de Gravidade
Nos últimos anos a observação de ondas de gravidade utilizando métodos ópticos tem
crescido em torno do mundo. Nesta seção serão reportados alguns dos resultados apresentados
por estes trabalhos.
Wrasse et al. (2006) apresentaram as características observadas das ondas de gravidade
identificadas em quatro sítios: Cachoeira Paulista (22,7ºS, 45ºO); São João do Cariri (7,4ºS,
32
36,5ºO); Tanjungsari (6,9ºS, 107,9ºE) e Shigaraki (34,9ºN, 136ºE). Os parâmetros
característicos obtidos para Cachoeira Paulista foram: comprimento de onda horizontal
distribuído principalmente entre 10 e 30 km; período observado de 5 a 15 minutos e
velocidades de fase entre 10 e 40 m/s. Em São João do Cariri o comprimento de onda
horizontal ficou distribuído principalmente entre 5 e 25 km, período observado com máxima
ocorrência no intervalo de 5 a 10 minutos e velocidade de fase de 25 a 70 m/s.
Em Tanjungsari as ondas de gravidade apresentaram comprimento de onda horizontal
distribuído principalmente entre 5 e 40 km, período observado de 5 a 15 minutos e
velocidade de fase entre 25 e 75 m/s. Em Shigaraki o comprimento de onda horizontal
apresentou uma distribuição principal entre 5 e 25 km, período de 5 a 15 minutos e
velocidade de fase entre 10 e 70 m/s. Observa-se que o intervalo típico das velocidades de
fase das ondas observadas em Tanjungsari e Cariri (baixas latitudes) é muito similar. Porém,
em Cachoeira Paulista e Shigaraki nota-se um intervalo típico de velocidade bem distinto dos
sítios de baixa latitude, com um limite inferior de velocidade menor. Os demais parâmetros
(período observado e comprimento de onda horizontal) mostraram-se muito similares nos
quatro sítios.
Medeiros et al. (2007) apresentaram uma climatologia das ondas de gravidade observadas em
São João do Cariri (7,4ºS, 36,5ºO), com 1010 eventos de onda observados entre 2000 e 2004,
com 48% dos eventos classificados como bandas e os demais 52% foram identificados como
ripples. Eles observaram que a maior freqüência de ocorrência para os comprimentos de onda
foi de 10 a 15 km para os ripples e entre 15 e 20 km para as bandas, os ripples exibiram um
intervalo de períodos mais estreito que as bandas um intervalo, isto é, os ripples com períodos
de 4 a 12 minutos e as bandas entre 4 e 14 minutos. As velocidades de fase também
mostraram diferenças entre as bandas e os ripples, sendo que os ripples mostraram
velocidades típicas no intervalo de 10 a 50 m/s, enquanto as bandas apresentaram um
intervalo de velocidades entre 10 e 70 m/s.
As direções preferências de propagação para os ripples, em São João do Cariri, foram
tipicamente para nordeste e sudoeste na primavera e verão, respectivamente, enquanto que no
inverno a propagação foi para todas as direções, com exceção da direção leste. Para as bandas,
as direções preferenciais de propagação no verão foram para nordeste e sudeste, no inverno a
direção preferencial foi para nordeste e na primavera a maioria das bandas se propagou para
sudeste (MEDEIROS et al., 2007).
33
Em Cachoeira Paulista as direções preferenciais de propagação das ondas são para leste e
oeste durante o verão e inverno, respectivamente, enquanto que na primavera a maioria das
ondas se propaga para a direção nordeste. No outono, as direções de propagação são para
noroeste e nordeste (WRASSE et al., 2006).
Em Kototabang (0,2ºS, 100,3ºO) na Indonésia, foram observadas ondas de gravidade com
comprimento de onda horizontal distribuído principalmente entre 30 e 90 km, velocidades de
fase aparente de 40 a 70 m/s e período intrínseco entre 5 e 25 minutos. Nesta região as ondas
apresentam uma direção preferencial de propagação para o leste entre os meses de maio a
agosto e para o oeste nos meses de novembro a fevereiro (SUZUKI et al., 2009a).
Suzuki et al. (2009b) também reportaram observações de ondas de gravidades em alta latitude
do hemisfério norte, Resolute Bay (74,7ºN, 265,1ºE), Canadá. As ondas identificadas por
estes autores, apresentaram comprimentos de onda horizontal distribuídos entre 20 e 50 km,
velocidade de fase aparente de 30 a 60 m/s e períodos intrínsecos de 5 a 15 minutos. A
direção preferencial de propagação das ondas foi para oeste.
Nielsen et al. (2009) apresentaram a caracterização de 221 eventos de onda de gravidade do
tipo bandas, observados na Estação Halley, Antártica (76°S, 27°O). Essas ondas apresentaram
uma distribuição principal de comprimento de onda entre 15 e 40 km, períodos típicos entre 6
e 12 minutos e velocidades de fase entre ~ 10 e 100 m/s, com maior ocorrência entre 30 e 60
m/s. Essas observações mostraram uma anisotropia característica durante os dois anos
observados, com a maioria das ondas propagando-se em direção ao pólo sul e uma ausência
de propagação em direção ao equador.
Bageston et al. (2009) apresentaram observações de ondas de gravidade realizadas na Estação
da Antártica Comandante Ferraz, EACF (62,1ºS, 58,4ºO) durante o ano de 2007. As
características observadas, em total de 234 eventos, foram: comprimento de onda horizontal
distribuído preferencialmente entre 15 e 35 km; período observado de 5 a 20 minutos e
velocidade de fase entre 10 e 65 m/s. As ondas observadas na EACF mostraram uma
distribuição anisotrópica, com a maioria se propagando para o sudoeste no inverno e para
noroeste na primavera.
Observa-se que os parâmetros das ondas observadas nas altas latitudes do hemisfério sul
(estação Halley e EACF) são muito similares, porém as direções preferências das ondas
mostraram-se bem distintas. Além disso, nota-se uma similaridade maior entre as velocidades
34
de fase das ondas observadas em altas latitudes e baixas latitudes do que com as observações
de médias latitudes. Em termos dos períodos observados e comprimentos de onda horizontal
observa-se uma distribuição semelhante para as ondas de gravidade observadas em diversos
sítios.
35
3 INSTRUMENTAÇAO E METODOLOGIA
Neste capítulo serão descritos além do instrumento utilizado nas observações da
aeroluminescência, o processo de transformação de coordenadas e a metodologia empregada
na análise espectral, que é de fundamental importância para determinar as características das
ondas de gravidade.
O principal instrumento utilizado no presente estudo foi um imageador all-sky para medir as
emissões ópticas da aeroluminescência noturna no Observatório de Palmas (TO) (10,16ºS;
48,26º). A Figura 3.1 apresenta a localização geográfica e o prédio onde está instalado o
imageador da UNIVAP em Palmas, utilizado no estudo das ondas de gravidade.
Palmas (TO)
LNA (MG)
São José dos Campos (SP)
Palmas (TO)
LNA (MG)
São José dos Campos (SP)
(A) (B)
Palmas (TO)
LNA (MG)
São José dos Campos (SP)
Palmas (TO)
LNA (MG)
São José dos Campos (SP)
Palmas (TO)
LNA (MG)
São José dos Campos (SP)
Palmas (TO)
LNA (MG)
São José dos Campos (SP)
(A) (B)
Figura 3.1 - (A) Localização geográfica do observatório de Palmas (TO) e (B) o prédio onde está
instalado o imageador utilizado para medir a aeroluminescência atmosférica.
3.1 O Imageador
O imageador é um equipamento basicamente constituído por um sistema de alinhamento
óptico e de uma câmera Charge Coupled Device (CCD), que é capaz de detectar as variações
na intensidade das emissões de aeroluminescência noturna na região mesosférica e registrá-las
através de imagens em arquivos digitais (MEDEIROS, 2001). A Figura 3.2 apresenta um
esquema com as principais características do imageador instalado em Palmas.
O sistema óptico do imageador é composto por uma lente Mamiya de 24 mm (f/4) do tipo
olho de peixe, com campo de visão de 180º, além de um conjunto de lentes para o sistema
telecentrico e os filtros de interferência.
36
Figura 3.2 – Esquema do imageador da UNIVAP utilizado para medir as emissões da aeroluminescência. Fonte: Adaptada de Wrasse (2004, p.38).
Em especial, o imageador da UNIVAP possui 7 filtros de interferência instalados na sua roda
de filtros de 8 posições. As principais emissões observadas com o imageador compreendem as
linhas de emissão do oxigênio atômico (OI6300, OI7774, OI5557), do oxigênio molecular
O2(0-1), do sódio, Na, do nitrogênio, N2+ e as bandas do OH na região do infravermelho
próximo [bandas (8-3), (4-0), (9-4), (5-1), (8-2), (7-3)]. A Tabela 3.1 apresenta as
características técnicas dos filtros de interferência instalados no imagedor, além da altura
média das camadas da aeroluminescência observadas.
Tabela 3.1 – Características das emissões e dos filtros de interferência do imageador da UNIVAP.
Filtro Comprimento de Onda (nm) Largura de banda (nm) Altura Média (km)
OI 557,7 2 ~96
OI 630,0 2 250-300
OI 774,4 1,5 300-350
O2(0-1) 865,5 12 ~94
NaD 589,3 2,5 ~90
OH1 720,0 - 910,0 19,0 ~87
N2+ 427,8 1,5 150
1 Com interceptação em 865,5 nm, para suprimir às emissões do O2(0-1).
A CCD do imageador possui uma matriz de 1024x1024 pixels, além de uma alta eficiência
quântica (~80% no visível), baixa corrente escura (0,5 elétrons/pixel/s), baixo ruído de leitura
e alta linearidade (~0,05%). Apesar de possuir 4 filtros de interferência para medir a
aeroluminescência na região da mesosfera, neste trabalho foi utilizado exclusivamente a
emissão do OH, devido a boa relação sinal/ruído em comparação com as outras emissões na
37
mesosfera. O tempo de integração utilizado para obter as imagens da emissão do OH foi de 15
segundos, sendo adquiridas a cada 3 ou 8 minutos dependendo do período de estudo. As
imagens obtidas são então redimensionadas para 512x512 pixels para melhorar a relação
sinal/ruido, sendo coletadas por um microcomputador que gerencia o equipamento.
As principais vantagens na técnica do imageamento no estudo da dinâmica da
aeroluminescência e na observação e estudo das ondas de gravidade é a alta resolução
espacial na visualização de uma grande área horizontal coberta pelo imageador (MEDEIROS,
2001).
3.2 Transformação de Coordenadas
Para analisar as imagens obtidas pelo imageador e determinar as características das ondas de
gravidade, é necessário utilizar um sistema de coordenadas que relacione a distância entre
pixels na imagem original com uma distância física na altura da camada da aeroluminescência
(GARCIA et al., 1997).
A transformação de coordenadas tem como objetivo mapear as coordenadas da imagem
original em coordenadas geográficas, para só então aplicar análise espectral e determinar o
comprimento de onda horizontal, período, velocidade de fase e a direção de propagação das
ondas de gravidade. A Figura 3.3 apresenta os quatro sistemas de coordenadas e as etapas
envolvidas no processo de mapeamento entre as coordenadas, que também conhecido por
calibração espacial.
O método utilizado para a calibração foi elaborado por Hapgood e Taylor (1982) e ampliada
por Garcia et al., (1997) para imagens do tipo all-sky. O método consiste em transformar as
coordenadas da imagem original para coordenadas geográficas.
A primeira etapa da calibração consiste em transformar as coordenadas da imagem original
em um sistema padrão de coordenadas, conforme apresentado nas Figuras 3.3(A) e 3.3(B). A
imagem original é representada por uma matriz de dados registrados na CCD, no qual as
coordenadas ),( ji representam os índices desta matriz (MEDEIROS, 2001).
O método introduz um sistema padrão de coordenadas, o qual é uma transformação linear das
coordenadas da imagem original. Outro sistema de coordenada denominado coordenada de
38
azimute-elevação é usado para facilitar a transformação entre o sistema de coordenada padrão
para a coordenada geográfica. Esta é a segunda etapa do processo de calibração e é
representada nas Figuras 3.3(B) e 3.3(C).
Na etapa seguinte do processo de transformação de coordenadas, a imagem da
aeroluminescência que se encontra no sistema de coordenada azimute-elevação é mapeada
para o sistema de coordenadas geográficas. Neste novo sistema de coordenadas o zênite está
localizado na origem e ),( yx são os eixos correspondentes ao leste-oeste e ao norte-sul
geográficos, respectivamente (MEDEIROS, 2001). A terceira e última etapa do processo de
calibração é representada nas Figuras 3.3(C) e 3.3(D).
Coordenada Padrão
N
O Ezênite
(f, g)
G(el)
)az
N
S
O
E
zênite(i, j)
Coordenada daImagem Original
(A)
S
(B)
CoordenadaGeográfica
(x, y)
(0, 0)zênite
y
x
N
)az
(D)
CoordenadaAzimute - Elevação
(az, el)el
az
(C)
Coordenada Padrão
N
O Ezênite
(f, g)
G(el)
)az
Coordenada Padrão
N
O Ezênite
(f, g)
G(el)
)az
N
O Ezênite
(f, g)
G(el)
)az
N
S
O
E
zênite(i, j)
Coordenada daImagem Original
(A)
N
S
O
E
zênite(i, j)
Coordenada daImagem Original
N
S
O
E
zênite(i, j)
N
S
O
E
zênite(i, j)
Coordenada daImagem Original
(A)
S
(B)
S
(B)
CoordenadaGeográfica
(x, y)
(0, 0)zênite
y
x
N
)az
(D)
CoordenadaGeográfica
(x, y)
(0, 0)zênite
y
x
N
)az
CoordenadaGeográfica
(x, y)
(0, 0)zênite
y
x
N
)az(x, y)
(0, 0)zênite
y
x
N
)
(x, y)
(0, 0)zênite
y
x
N
)az
(D)
CoordenadaAzimute - Elevação
(az, el)el
az
(C)
CoordenadaAzimute - Elevação
(az, el)el
az
CoordenadaAzimute - Elevação
(az, el)el
az
(az, el)el
az
(C)
Figura 3.3 - Transformação de coordenadas utilizadas para mapear as coordenadas da imagem original em coordenadas geográficas. Fonte: Adaptado de Garcia et al., (1997, p.7377).
Cada ponto ),( ji na imagem original corresponde a um ponto ),( gf no sistema padrão de
coordenadas, o qual é mapeado para o ponto ),( yx via transformação de coordenadas de
azimute e elevação ),( elaz (GARCIA et al., 1997). Cada transformação é inversível, e isto
possibilita o mapeamento entre os sistemas de coordenadas:
),(),(),(),( yxelazgfji (3.1)
A imagem original e o sistema padrão de coordenadas estão relacionados pela seguinte
transformação linear (HAPGOOD E TAYLOR, 1982):
j
ibbb
aaa
g
f1
210
210 (3.2)
39
Os coeficientes a e b são determinados pela calibração espacial da imagem utilizando as
estrelas de fundo. A Figura 3.4 ilustra as relações entre as coordenadas ),( gf e ),( elaz , que
pode ser expresso pela seguinte relação:
)(cos
)()(
az
azsenelG
g
f (3.3)
Na Equação 3.3 )(elG é determinado pelo formato da lente olho de peixe e relaciona o
ângulo de elevação com a distância, medida a partir do centro da imagem. A Figura 3.8
apresenta o gráfico que descreve a função )(elG utilizando um ajuste polinomial de quarta
ordem.
A Figura 3.4 apresenta a geometria de observação da camada de emissão da
aeroluminescência.
Camada de Emissão
Terra
Camada de Emissão
Terra
Figura 3.4 - Ilustração da geometria da camada de emissão da aeroluminescência.
Fonte: Adaptado de Garcia et al., (1997, p.7377).
A camada de emissão está localizada a uma altura média H acima da superfície da Terra. Um
observador O na superfície terrestre observa uma estrutura em um ponto P na camada de
aeroluminescência, que corresponde a uma elevação )(el acima do horizonte. O ângulo de
elevação é dado por:
c
senael
)(cos 1
(3.4)
40
E as variáveis a , c e são dadas pelas seguintes relações:
2
)(
)cos(222 HaaHc
)2(2 senHRa
)( HR
r
2/122 yxr
Onde 6370R km é o raio médio da Terra. O azimute do ponto ),( yx no sistema de
coordenadas geográficas é obtido em relação ao eixo y , conforme apresentado na Figura
3.3(B), e é descrito por:
y
xtgaz 1 (3.5)
Estas equações descrevem as principais transformações de coordenadas empregadas no
mapeamento entre a coordenada da imagem original e a coordenada geográfica.
3.3 Calibração Espacial das Imagens da Aeroluminescência
A transformação de coordenada da imagem original para coordenada geográfica é na prática,
um processo moroso, pois envolve o mapeamento das estrelas mais brilhantes da imagem
original ),( ji para a coordenada de azimute e elevação ),( elaz . Este procedimento em geral é
feito manualmente e necessita de algum software comercial ou livre que forneça uma carta
celeste para o mesmo instante em que a imagem da aeroluminescência foi adquirida. Além
disto, este mapeamento requer o maior número de estrelas visíveis na imagem da
aeroluminescência, em geral em torno de 40 a 50 estrelas, de forma a minimizar os erros na
determinação da função da lente. Todo este processo exige paciência e tempo para que se
obtenha um resultado mais preciso possível. A cada mudança no posicionamento do
imageador é necessário realizar uma nova calibração espacial.
41
Wrasse e Rodrigues (2008) desenvolveram um software denominado All-Sky Calibration que
executa as principais etapas do processo de mapeamento de coordenadas apresentadas na
Figura 3.3. O All-Sky Calibration foi desenvolvido na linguagem de programação Interactive
Data Language (IDL) e utiliza várias bibliotecas de astronomia (NASA, 2008) para a
transformação entre a coordenada padrão da imagem e a coordenada de azimute e elevação.
No processo de mapeamento, são utilizadas estrelas do catálogo Hiparcos (TURON et al.,
1993) que possuem magnitudes maiores do que 5.0. O uso de estrelas obtidas de catálogos
apresenta uma grande vantagem no processo de calibração, isto porque as coordenadas de
azimute e elevação de cada estrela são bem conhecidas.
A Figura 3.5 mostra o processo realizado para mapear a imagem original em coordenada
padrão utilizando o software All-Sky Calibration. Note que a imagem em questão corresponde
a emissão do OH. Neste processo é necessário conhecer, além dos dados do observatório
(latitude, longitude, altura média ao nível do mar e fuso horário), o dia e a hora local, para que
seja possível projetar as estrelas do catálogo no mesmo instante em que a imagem da
aeroluminescência foi observada. As estrelas mais brilhantes e seus nomes servem de
referência para determinar os parâmetros da transformação linear entre as coordenadas. Em
alguns casos softwares como o Cartes du Ciel, que fornecem uma carta celeste, podem
auxiliar nesta primeira etapa, principalmente para confirmar o nome e a posição das estrelas
mais brilhantes.
A Figura 3.6 apresenta o resultado do software All-Sky Calibration para a primeira etapa do
processo de transformação de coordenadas, na qual a imagem original é mapeada para o
sistema de coordenada padrão. O círculo sobre cada estrela na imagem da aeroluminescência
corresponde à estrela do catálogo que foi identificada com sucesso.
42
Figura 3.5 - Processo de mapeamento da imagem original do OH em coordenada padrão. Observe que a imagem à esquerda não está em nenhum sistema de coordenada conhecido. A carta celeste, imagem à direita, é utilizada como referência neste processo de transformação.
Uma vez determinado o sistema de coordenada padrão, é possível correlacionar as
coordenadas ),( gf da imagem no sistema padrão com as coordenadas ),( elaz das estrelas
mais brilhantes obtidas do catálogo Hiparcos. A Figura 3.7 apresenta o resultado deste
processo, onde é possível verificar que 78 estrelas foram correlacionadas entre os dois
sistemas de coordenadas. Cada estrela pode ser identificada por um número, tanto na imagem
da aeroluminescência quanto na carta celeste. Este resultado também é apresentado em forma
de tabela para facilitar a comparação dos resultados.
43
Figura 3.6 - Resultados da primeira etapa da calibração, que compreende a transformação de coordenadas entre a imagem original e a coordenada padrão. O círculo sobre cada estrela na imagem da aeroluminescência corresponde à estrela do catálogo que foi identificada com sucesso.
A próxima etapa da calibração consiste em determinar a função da lente em função da
elevação de cada estrela selecionada na etapa anterior. A Figura 3.8 apresenta o resultado do
ajuste polinomial aplicado ao conjunto de estrelas pré-selecionadas. Nesta etapa a coordenada
de cada uma das estrelas selecionadas da imagem padrão de aeroluminescência ),( gf é
correlacionada com o azimute e elevação das estrelas do catálogo.
44
Figura 3.7 - Correlação entre as coordenadas das estrelas do catálogo ),( elaz e as estrelas da
imagem de aeroluminescência em coordenada padrão ),( gf . Neste exemplo foi possível correlacionar 78 estrelas com magnitude maior que 3.2.
Como resultado deste processo, obtém-se a função )(elG que descreve o comportamento da
lente olho de peixe em função do ângulo de elevação. Além dos coeficientes do polinômio de
ajuste, também é obtido o novo centro da imagem que correspondem ao zênite, bem como o
ângulo de rotação que deverá ser aplicado às imagens para que estas possam ser mapeadas
para a coordenada geográfica. O valor de sigma apresentado na Figura 3.8 indica a qualidade
do ajuste polinomial.
45
Figura 3.8 - Ajuste polinomial entre a posição das estrelas da imagem de aeroluminescência, em coordenada padrão, e as coordenadas das estrelas ),( elaz obtidas a partir do catálogo
Hiparcos. O ajuste determina a função )(elG da lente olho de peixe em função do ângulo de elevação.
Com a função da lente determinada é possível mapear as coordenadas da imagem padrão da
aeroluminescência em coordenadas geográficas. O algoritmo empregado nesta transformação
foi desenvolvido por Maekawa (1998) e descrito em detalhes por Medeiros (2001) em sua
tese de doutorado. O resultado desta última etapa do processo de calibração é apresentado na
Figura 3.9. Observa-se nesta figura que a imagem da aeroluminescência está no sistema de
coordenadas padrão e ao lado, a respectiva imagem mapeada em coordenadas geográficas,
com resolução de 1 km/pixel e projetada para uma altura média de 87 km (mais detalhes sobre
a altura das camadas de emissão na Tabela 3.1).
46
Figura 3.9 - Resultado final do processo de calibração onde a imagem original foi mapeada para a coordenada padrão e depois mapeada para coordenadas geográficas.
Finalizado o processo de calibração, as imagens de aeroluminescência ainda devem passar por
um pré-processamento antes de serem submetidas à análise espectral.
3.4 Pré-Processsamento das Imagens
Para analisar as imagens da aeroluminescência e determinar as características das ondas de
gravidade é necessário realizar um pré-processamento destas imagens. Wrasse et. al. (2007)
descrevem as principais etapas do pré-processamento utilizado neste trabalho, as quais serão
descritas e ilustradas a seguir.
47
A primeira etapa do pré-processamento tem com objetivo alinhar a imagem original com o
norte geográfico conforme mostram as Figuras 3.10(A) e 3.10(B). Nesta etapa as informações
obtidas na primeira fase da calibração espacial são aplicadas à todas as imagens.
(A) (B)
(C) (D)(C)
(A) (B)
(C) (D)(C)
Figura 3.10 - Ilustração de três das etapas do pré-processamento das imagens da aeroluminescência. (A) apresenta a imagem original. (B) mostra a imagem na coordenada padrão, alinhada com o norte geográfico. (C) apresenta a imagem com as estrelas removidas, e em (D) mostra a imagem mapeada em coordenadas geográficas. A imagem em questão apresenta um frente mesosférica observada na camada de emissão do OH em 12 de fevereiro de 2008, ás 23:59 hora local no observatório de Palmas (TO).
A segunda etapa do pré-processamento consiste em remover as estrelas das imagens,
conforme apresentado na Figura 3.10(C). A remoção das estrelas é necessárias devido às suas
acentuadas luminosidades localizadas, ocasionando uma possível contaminação do espectro
(MAEKAWA, 2000).
48
O terceiro passo do pré-processamento consiste em mapear as imagens que se encontra na
coordenada padrão para a coordenada geográfica, conforme mostra a Figuras 3.10(D). Nesta
etapa são aplicados os resultados das transformações de coordenadas conforme descrito na
seção anterior.
Na quarta etapa do pré-processamento, as imagens são filtradas por um filtro do tipo passa-
alta, com frequência de corte de 5 km. No quinto e último passo a imagem é submetida a uma
função de ponderação, a qual visa minimizar os lóbulos laterais dos picos significantes do
espectro (WRASSE et al., 2007). As últimas duas etapas do pré-processamento não são
aplicadas diretamente a toda imagem, apenas na região de interesse onde será realizada a
análise espectral e, portanto, não serão ilustradas. Entretanto, estas etapas são imprescindíveis
durante a análise espectral, pois permitem que o espectro resultante apresente picos bem
definidos e distintos, possibilitando identificar várias ondas de gravidade na área analisada.
3.5 Analise Espectral das Imagens da Aeroluminescência
Para realizar a análise espectral primeiro é necessário escolher um ou mais eventos de onda de
gravidade nas imagens da aeroluminescência. Assim, escolhe-se uma sequência de imagens
que contenham as informações sobre o evento em questão. Após, é necessário animar o
conjunto de imagem com objetivo de reconhecer e selecionar a região de interesse. O último
passo é aplicar a transformada de Fourier na região selecionada do conjunto de imagens
(WRASSE, 2004). A metodologia apresentada nesta seção segue os mesmos procedimentos
apresentados por Wrasse (2004) e Wrasse et al., (2007) e, desta forma, serão descritos de
forma mais sucinta.
A Figura 3.11 apresenta uma sequência de imagens da camada de emissão da hidroxila (OH)
observada na noite de 30 de agosto 2008, entre as 21:14 e 21:30 hora local, em Palmas (TO).
O retângulo da Figura 3.11 representa a região de interesse onde será aplicada a análise
espectral, enquanto a seta indica a direção de propagação da onda de gravidade. Observa-se
claramente, uma frente de onda propagando-se para sudeste. No topo da imagem observa-se
uma região muito clara devido à saturação da luminosidade da cidade de Palmas, causado pela
proximidade do observatório com o centro da cidade de Palmas.
49
(A) (B)
(C) (D)
(A) (B)
(C) (D)
Figura 3.11 - Sequência de imagens obtidas da camada de emissão do OH observada na noite de 30 de agosto de 2008, entre 21:14 e 21:30 LT, em Palmas (TO). A direção e o sentido de propagação da onda são dados pela seta, enquanto que o retângulo representa a região de interesse onde será aplicada a análise espectral.
O resultado da análise espectral fornece o espectro de potência, definido pelo módulo
quadrático, 2
),( lkF , da Transformada Rápida de Fourier em duas dimensões (FFT-2D), que
é expresso por:
),())((),(221
0
1
0
yxfeelkF N
yli
M
xkiN
y
M
x
(3.6)
onde, ),( lkF é a transformada de Fourier da função ),( yxf ; k e l são os números de onda
zonal e meridional, respectivamente; NM é a dimensão da imagem analisada. O espectro
de potência é aplicado à região de interesse de todo o conjunto de imagem. Se o número de
50
imagens escolhido for n , o espectro de potência resultante será a média aritmética de todo o
conjunto dos n espectros contabilizados.
Após calcular o espectro de potência, determina-se o espectro cruzado. Este fornece um valor
complexo que contém a informação sobre a amplitude e fase do sinal (BLOOMFIELD, 1976).
Ao selecionar as duas imagens sucessivas, representadas por ),( yxf e ),( yxg
respectivamente, o espectro cruzado entre duas imagens pode ser representada por:
),(),(),( * lkGlkFlkC (3.7)
onde ),( lkC é o espectro cruzado entre as duas imagens; ),( lkF e ),( lkG representam as
transformadas discretas de Fourier das imagens ),( yxf e ),( yxg , respectivamente; ),(* lkG
representa o complexo conjugado de ),( lkG . A amplitude do espectro cruzado é expressa
pelo módulo do espectro cruzado |),(| lkC e a fase é dada pela seguinte relação:
,),(Re
),(Im),( lkC
lkCartglk (3.8)
Para determinar as característica das ondas de gravidade escolhe-se o número de onda ),( lk
com maior amplitude do espectro cruzado, como sendo o número de onda na direção zonal
)(k e meridional )(l , da onda de gravidade. O comprimento de onda horizontal ( h ) é então
obtido diretamente do valor máximo da amplitude do espectro cruzado para as frequências
espaciais ),( lk , em ciclos/km, pela seguinte expressão:
22
1
lkh
(3.9)
A diferença de fase entre duas imagens sucessivas ),( lk é a fase do espectro cruzado para os
números de onda na direção zonal )(k e na meridional )(l . Logo a velocidade de fase
observada obsc , pode ser determinada através da seguinte expressão:
tlkc lk
obs
1.
º360.
1 ).(
22
(3.10)
51
onde, t é a diferença temporal entre duas imagens sucessivas. O período observado da onda
de gravidade ( obs ) pode então ser determinado através da velocidade de fase ( obsc ) e do
comprimento de onda horizontal )( h pela seguinte relação:
obs
hobs c
(3.11)
A Figura 3.12 mostra o espectro cruzado resultante de uma sequência de 9 imagens obtidas
para o evento de onda apresentado na Figura 3.11. A Figura 3.12(A) ilustra a amplitude
enquanto a Figura 3.12(B) apresenta a fase do espectro cruzado médio.
Espectro Cruzado MØdio (Amplitude)
-0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10Nœmero de Onda Zonal (ciclos/km)
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
Nœ
mer
o d
e O
nda
Mer
idio
nal (
cicl
os/
km)
(dB)
-36
-32
-28
-24
-20
-16
-12
-8
-4
0
Espectro Cruzado MØdio (Fase)
-0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10Nœmero de Onda Zonal (ciclos/km)
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
Nœ
mer
o d
e O
nda
Mer
idio
nal (
cicl
os/
km) Graus
-180
-120
-60
0
60
120
180(A) (B)Espectro Cruzado MØdio (Amplitude)
-0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10Nœmero de Onda Zonal (ciclos/km)
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
Nœ
mer
o d
e O
nda
Mer
idio
nal (
cicl
os/
km)
(dB)
-36
-32
-28
-24
-20
-16
-12
-8
-4
0
Espectro Cruzado MØdio (Fase)
-0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10Nœmero de Onda Zonal (ciclos/km)
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
Nœ
mer
o d
e O
nda
Mer
idio
nal (
cicl
os/
km) Graus
-180
-120
-60
0
60
120
180(A) (B)
Figura 3.12 - (A) amplitude e (B) fase do espectro cruzado resultante de uma série de 9 imagens
obtidas da camada de emissão do (OH) correspondente a uma banda observada na noite de 30 agosto de 2008, entre 21:14 e 21:30 hora local.
Desta forma, a onda de gravidade observada na Figura 3.11 apresenta comprimento de onda
horizontal 15,4 km, período observado de 6,5 minutos, velocidade de fase observada de 39,7
m/s propagando-se na direção sudeste.
Utilizando a técnica do espectro cruzado é possível determinar as características das ondas de
gravidade e a direção preferencial de propagação da onda. Porém este método não apresenta
bons resultados em duas situações distintas a saber: 1) quando o evento de onda a ser
analisado é amostrado em um número pequeno de imagens (~3 a 4 imagens); 2) quando a
diferença temporal entre duas imagens de aeroluminescência for maior que 5 minutos
)5( t . Nestes casos não é possível determinar com precisão a velocidade de fase e o
período observado.
52
Para contornar este problema foi calculado, para cada evento de onda analisado, o espectro de
potência e o espectro cruzado. A Figura 3.13(A) apresenta o resultado do espectro de
potencia determinado para a mesma sequência de imagens e região apresentados na Figura
3.11. Observa-se que este resultado é similar ao espectro cruzado, porém o pico principal do
espectro apresenta simetria em torno da origem. O procedimento utilizado para determinar o
comprimento de onda horizontal é o mesmo descrito anteriormente, onde utiliza-se o número
de onda ),( lk de maior amplitude.
A velocidade de fase e o período observado são determinados de forma distinta dos
apresentados anteriormente. O método utilizado para determinar o período observado da onda
consiste em calcular a FFT da série temporal dos picos complexos obtidos pela FFT em duas
dimensões. Os picos de intensidade ao quadrado na FFT em uma dimensão correspondem as
frequências da onda (GARCIA et al., 1997; MEDEIROS, 2001).
Neste caso, a FFT não apresenta simetria, pois os dados são complexos, logo o sinal do pico
fornece a direção do movimento da onda. A Figura 3.13(B) mostra o espectro temporal com
um pico de frequência em 0,17/min, que corresponde a um período observado de 5,9 min,
obtido para uma série de 9 imagens.
Power Espectro MØdio (Amplitude)
-0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10Nœmero de Onda Zonal (ciclos/km)
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
Nœ
mer
o d
e O
nda
Mer
idio
nal (
cicl
os/k
m) (dB)
-36
-32
-28
-24
-20
-16
-12
-8
-4
0
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20-6,0
-5,5
-5,0
-4,5
-4,0
-3,5
-3,0
Inte
nsi
dad
e E
spec
tral
Frequência (min-1)
FFT - Temporal
(A) (B)
Power Espectro MØdio (Amplitude)
-0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10Nœmero de Onda Zonal (ciclos/km)
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
Nœ
mer
o d
e O
nda
Mer
idio
nal (
cicl
os/k
m) (dB)
-36
-32
-28
-24
-20
-16
-12
-8
-4
0
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20-6,0
-5,5
-5,0
-4,5
-4,0
-3,5
-3,0
Inte
nsi
dad
e E
spec
tral
Frequência (min-1)
FFT - Temporal
(A) (B)
Figura 3.13 - (A) Amplitude do espectro de potência resultante de uma sequência de 9 imagens obtidas da camada de emissão do (OH) correspondente a uma banda observada na noite de 30 agosto de 2008, entre 21:14 e 21:30 hora local. (B) espectro temporal com um pico máximo de 0,17/min, o qual corresponde a um período observado de 5,9 min.
53
Assim, os resultados encontrados utilizando o método do espectro de potência, para a onda de
gravidade apresentada na Figura 3.11 são: comprimento de onda horizontal 15,4 km, período
observado de 5,9 minutos, velocidade de fase observada de 43,7 m/s propagando-se na
direção sudeste.
Desta forma é possível determinar os parâmetros das ondas de gravidade utilizando a
metodologia do espectro cruzado e do espectro de potência. Observa-se na Tabela 3.2 que os
resultados obtidos para o comprimento de onda horizontal e direção de propagação da onda de
gravidade são idênticos para os dois métodos. Os resultados encontrados para o período e
velocidade são similares, dentro do desvio padrão apresentado. Portanto, é possível
determinar as características das ondas de gravidade mesmo quando o tempo de amostragem
entre duas imagens de aeroluminescência for maior do que 5 minutos.
Tabela 3.2 - Comparação dos parâmetros da onda de gravidade obtidos utilizando o espectro cruzado e o de potência para o evento de onda apresentado na Figura 3.11.
Espectro k
(cyc/km) l
(cyc/km) h
(km)
(º) obs
(min)
(min)
obsc
(m/s)
(m/s)
Cruzado 0,055 -0,035 15,4 122,7 6,5 2,6 39,7 1,8
Potência 0,055 -0,035 15,4 122,7 5,9 2,6 43,7 1,8
54
55
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Observação da Atividade de Ondas de Gravidade
Observações de ondas de gravidade foram realizadas em Palmas (10,16ºS; 48,26ºO), entre 3
de outubro de 2007 e 30 de dezembro de 2008, utilizando um imageador all-sky para medir as
emissões do OH.
A Figura 4.1 mostra a distribuição do número de noites onde ocorreram observações da
aeroluminescência, bem como o número de eventos observados. Neste período foram
registrados 208 eventos de ondas de gravidade durante 218 noites de observações. Nota-se
que em apenas 4 meses, dezembro de 2007, janeiro, fevereiro e junho de 2008, houveram
menos do que 10 dias com observação. Por outro lado, no mês de julho de 2008 foram
computados 9 dias de observações sendo este o segundo mês com o maior número de ondas
de gravidade observadas (31 eventos), atrás apenas do mês de agosto, com 65 eventos
registrados.
Também é possível observar por meio da Figura 4.1, que no final do ano de 2007 e durante os
meses de inverno de 2008 foi observado um grande número de ondas de gravidade (>10
eventos/mês). Em relação aos meses de outubro, novembro e dezembro de 2008, observa-se
que houve mais de 10 noites com observação neste período, porém, devido à problemas
técnicos as imagens adquiridas apresentaram muito ruído, o que veio a comprometer a
qualidade das imagens, impossibilitando a identificação de eventos de ondas de gravidade.
A Figura 4.2 apresenta a distribuição de chuva acumulada mensalmente e o número de dias
com chuva para a localidade de Palmas (TO). É notório observar que a estação de chuvas em
Palmas se estende entre os meses de setembro e maio. Os meses de inverno, onde não
ocorrem chuvas, são propícios às observações da aeroluminescência, e isto pode ser
comprovado pelo grande número de ondas de gravidade observados neste período (veja
Figura 4.1). Apesar do aumento das chuvas no final de 2007, ainda assim foi possível
observar uma grande quantidade de ondas de gravidade neste período.
56
set out nov dez jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
20082007
Noites observadas - 218 Eventos observados - 208
Con
tage
m
Figura 4.1 – Distribuição do número de noites de observação e do número de eventos de ondas de
gravidade observados em Palmas (TO).
0
50
100
150
200
250
300
350
set out nov dez jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez0
5
10
15
20
25
30
35 Chuva Acumulada Mensal
Nr
de D
ias
Nr de Dias com Chuva
20082007
Precipitação (m
m)
Figura 4.2 – Distribuição mensal de chuva acumulada e precipitação em Palmas (TO) para os anos
de 2007 e 2008. Fonte: INMET (2009).
O número de eventos de ondas de gravidade que foram efetivamente analisados, assim como
o intervalo de tempo entre duas imagens do OH são apresentados na Figura 4.3. Observa-se
que entre setembro de 2007 e maio de 2008 o intervalo de tempo entre duas imagens foi de
aproximadamente 8 minutos. Este intervalo foi reduzido para 3 minutos entre junho e agosto
de 2008, com o intuito de maximizar as observações de ondas de gravidade, o que pode ser
observado pelo aumento do número de eventos de ondas observados.
57
Entretanto, devido a um problema técnico com o software de aquisição dos dados, em
setembro de 2008 o intervalo temporal ente as imagens do OH voltou à sua configuração
inicial de 8 minutos, mantendo-se até o final do ano. Com esta variação temporal o número de
eventos de ondas de gravidade analisados sofreu uma redução de 23% em relação ao número
de eventos de ondas observados. Comparando as Figuras 4.1 e 4.3 observa-se claramente a
redução dos eventos observados em relação aos eventos analisados, às exceções foram os
meses de setembro de 2007, junho, julho e agosto de 2008, onde esta proporção se manteve.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
Con
tage
m
Intervalo de Tempo - t Eventos analisados - 160
set out novdez jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez2007 2008
Figura 4.3 – Distribuição dos eventos de ondas de gravidade que foram efetivamente analisados e o
intervalo de tempo entre duas imagens do OH.
Para que os resultados dos parâmetros de ondas de gravidade analisados fossem confiáveis,
foi necessário utilizar as duas técnicas de analise espectral descritas na Seção 3.5 Analise
Espectral das Imagens da Aeroluminescência. O comprimento de onda e a direção
preferencial de propagação das ondas foram determinados tanto pela técnica do espectro
cruzado quanto do espectro de potência, apresentando o mesmo resultado para ambos. Porém,
quando o intervalo de tempo entre duas imagens do OH foi de 8 minutos, o período e a
velocidade de fase da onda foram determinados utilizando a técnica do espectro de potência,
enquanto que o espectro cruzado foi utilizado para determinar os mesmos parâmetros quando
o intervalo de tempo entre duas imagens foi de 3 minutos. Desta forma foi possível analisar
160 dos 208 eventos de onda observados.
58
4.2 Morfologia e Características das Ondas de Gravidade
As ondas de gravidade observadas em Palmas (TO) foram classificadas segundo sua
morfologia em bandas, ripples e frentes mesosféricas. Dos 160 eventos de ondas de gravidade
analisados, 115 (72%) foram classificados como bandas e apenas 45 (28%) eventos de onda
como ripples. As frentes mesosféricas identificadas foram incluídas na categoria de bandas,
pois seu estudo requer mais informações sobre o ambiente mesosférico como, por exemplo,
vento e temperatura.
A Figura 4.4 ilustra alguns exemplos de ondas de gravidade que foram observados em
Palmas, onde as datas e horários em que cada evento foi observado estão identificados nas
imagens. Os eventos do tipo banda são apresentados nas Figuras 4.4 (A) e 4.4(B), as setas
indicam a direção de propagação da onda de gravidade. As bandas apresentam uma grande
extensão espacial e persistem por um longo período de tempo, de alguns minutos até várias
horas. Já as ondas de gravidade do tipo ripples são mostradas nas Figuras 4.4(C) e 4.4(D).
Nota-se claramente a diferença na morfologia entre as ondas de gravidade do tipo banda e do
tipo ripple, estes são eventos transientes, de curta duração e pequena extensão espacial.
Outro tipo de onda de gravidade observado foram as frentes mesosféricas, Figuras 4.4(E) e
4.4(F). Estas ondas apresentam uma frente de onda bem definida com uma grande extensão
espacial, cobrindo todo o campo de visão do imageador, podendo perdurar por várias horas.
Medeiros (2001) reportou a primeira observação de frente mesosférica no Brasil, em
Cachoeira Paulista (22,4ºS, 45ºO). Fechine (2004; 2007) aprofundou os estudos sobre as
frentes mesosféricas observadas sobre São João do Cariri (7ºS, 35ºO) e concluiu que a maior
parte das frentes sofre um processo de canalização devido ao vento (duto Doppler).
59
(C) (D)
(E) (F)
(C) (D)
(A) (B)(A) (B)
(E)
(C) (D)
(E) (F)
(C) (D)
(A) (B)(A) (B)
(E)
Figura. 4.4 – Exemplos de ondas de gravidade observados em Palmas (TO). Eventos de onda do tipo bandas são apresentados nas imagens (A) e (B); eventos do tipo ripples nas imagens (C) e (D), enquanto que os eventos do tipo frentes mesosféricas são apresentados nas imagens (E) e (F). As setas brancas indicam a direção de propagação das ondas.
60
As características de todas as ondas de gravidade observadas em Palmas são apresentadas na
Figura 4.5. O comprimento de onda horizontal, Figura 4.5(A), está distribuído entre 5 e 70
km, com uma maior concentração entre 5 e 35 km. O período observado, Figura 4.5(B),
apresenta uma maior distribuição entre 5 e 25 minutos. Apenas algumas poucas ondas de
gravidade observadas apresentaram período maior do que 30 minutos. As ondas de gravidade
apresentam velocidade de fase observada, Figura 4.5(C), que variaram até 80 m/s, mas a
maioria das ondas apresentou velocidades entre 5 e 60 m/s. Em Palmas, as ondas de gravidade
observadas apresentaram uma anisotropia na direção de propagação, com duas direções
preferências para norte e sul, conforme mostra Figura 4.5(D).
0
5
10
15
20
25
300
45
90
135
180
225
270
315
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
5
10
15
20
25
30
35
40
Todas Ondas
(D)(C)
(B)(A)
Período
Velocidade de Fase
Comprimento de Onda Horizontal
Núm
ero
de E
vent
os
km
0 10 20 30 40 50 60 70 8005
10152025303540455055606570
Núm
ero
de E
vent
os
Minutos
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
5
10
15
20
25
30
Núm
ero
de E
vent
os
m/s
Núm
ero
de E
vent
os
Figura 4.5 – Características gerais das ondas de gravidade observadas em Palmas, incluindo bandas
ripples e frentes mesosféricas.
As ondas de gravidade do tipo bandas e ripples apresentam características distintas no que diz
respeito a sua morfologia. Para evidenciar estas diferenças, os parâmetros característicos das
ondas de gravidade foram agrupados seguindo estas características morfológicas em bandas e
ripples.
61
A Figura 4.6 apresenta as características dos 115 eventos de onda do tipo bandas. O
comprimento de onda horizontal característico, Figura 4.6(A), está distribuído entre 10-35
km. Já o período observado, Figura 4.6(B), foi de 5-25 minutos e a velocidade de fase está
distribuída entre 5-60 m/s. A direção preferencial de propagação das bandas é para norte,
nordeste e sul, como apresentado na Figura 4.6(D).
0
5
10
15
200
45
90
135
180
225
270
315
0
5
10
15
20
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
5
10
15
20
25
30
Bandas
(D)(C)
(B)(A)
Período
Velocidade de Fase
Comprimento de Onda Horizontal
Núm
ero
de E
vent
os
km
0 10 20 30 40 50 60 70 800
5
10
15
20
25
30
35
40
Núm
ero
de E
vent
os
Minutos
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
5
10
15
20
Núm
ero
de E
vent
os
m/s
Núm
ero
de E
vent
os
Figura 4.6 – Característica dos parâmetros de ondas de gravidade do tipo bandas observadas em
Palmas (TO).
Já as características dos 45 eventos de onda do tipo ripples são apresentados na Figura 4.7.
Observa-se que o comprimento de onda horizontal está distribuído principalmente entre 5 e 20
km, sendo menor do que o comprimento de onda característico das bandas [10-35 km]. A
Figura 4.7(B) apresenta o período observado para os ripples, com predomino entre 5-15
minutos. A velocidade de fase observada, Figura 4.7(C), varia principalmente entre 5-30 m/s.
Os ripples apresentam uma direção preferencial de propagação para norte e sul, mostrando
uma clara anisotropia na direção de propagação, Figura 4.7(D).
62
0
5
10
15
200
45
90
135
180
225
270
315
0
5
10
15
20
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
5
10
15
20
25
30
Ripples
(D)(C)
(B)(A)
Período
Velocidade de Fase
Comprimento de Onda Horizontal
Núm
ero
de E
vent
os
km
0 10 20 30 40 50 60 70 800
5
10
15
20
25
30
35
40
Núm
ero
de E
vent
os
Minutos
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
5
10
15
20
Núm
ero
de E
vent
os
m/s
Núm
ero
de E
vent
os
Figura 4.7 – Característica dos parâmetros de ondas de gravidade do tipo ripples observadas em
Palmas (TO).
4.3 Comparação das Ondas de Gravidade Observadas no Brasil
As primeiras observações de ondas de gravidade conduzidas no Brasil, utilizando imageador
do tipo all-sky, foram realizadas em Alcântara (MA) no ano de 1994. Taylor et al., (1997)
reportaram estes resultados mostrando as características das ondas de gravidade do tipo banda
e ripple observadas. Medeiros (2001) apresentou um amplo estudo sobre as ondas de
gravidade observadas em Cachoeira Paulista (23ºS, 45ºO). Neste estudo foram reportados as
principais características das ondas de gravidade do tipo banda, ripple, ladder e um exemplo
de frente mesosférica.
Recentemente, Medeiros et al. (2007) reportaram as características das ondas de gravidade
observadas durante 5 anos em São João do Cariri (7ºS, 36ºO). Entre setembro e novembro de
2005 foi realizada no Brasil a campanha Spread F Experiment – SpreadFEX dentro do
programa Living With a Star/Targeted Research and Technology empreendido pela NASA. O
objetivo da campanha SpreadFEX foi a observação e modelagem de ondas de gravidade
capazes de iniciar instabilidades de plasma na ionosfera equatorial (FRITTS et al., 2009). Os
63
resultados das ondas de gravidade observadas durante a campanha SpreadFEX foram
publicados por Taylor et al. (2009) para dois locais distintos, São João do Cariri e Brasília
(14ºS, 47ºO).
As Tabelas 4.1 e 4.2 apresentam as principais características das ondas de gravidade do tipo
banda e ripple, respectivamente, observadas no Brasil ao longo dos últimos 15 anos. As
tabelas também apresentam o local de observação bem como o período de duração de cada
campanha e/ou observação rotineira, incluindo os resultados encontrados no presente estudo.
Apesar do período e dos locais de observação serem distintos, observa-se que existem
algumas semelhanças nas características das ondas de gravidade.
As ondas de gravidade do tipo bandas (ver Tabela 4.1) observadas em Alcântara e Brasília
apresentam o mesmo comprimento de onda horizontal [15-35 km], isto também ocorre com
Palmas e Cachoeira Paulista [10-35 km]. Embora os resultados encontrados em São João do
Cariri não sejam idênticos aos demais, o comprimento de onda encontra-se dentro das
características observadas [10-35 km].
As ondas observadas em Alcântara, Cariri e Brasília apresentam períodos de onda muito
similares [4-15 min]. Os resultados encontrados em Palmas e Cachoeira Paulista são muito
semelhantes [5-25 min], embora as ondas nestes dois locais apresentem períodos um pouco
maiores que as demais localidades.
Comparando a velocidade de fase observada das ondas de gravidade, nota-se claramente que
Alcântara e Cariri apresentam características similares com ondas atingindo velocidades de
70 m/s. Em Palmas e Brasília a velocidade máxima das ondas foi de 60 m/s, porém as ondas
observadas em Brasília apresentem velocidades superiores às observadas em Palmas. Por fim,
as ondas observadas em Cachoeira Paulista apresentam velocidades de até 40 m/s.
É notório observar que a medida que os observatórios se afastam do equador, as velocidades
de fase das ondas diminuem em função da latitude, e por consequência o período observado
aumenta. Estes dois parâmetros de onda são dependentes do vendo básico, e devido a ele as
ondas sofrem um deslocamento Doppler, alterando a velocidade de fase e o período
observado. Um fato importante a ser ressaltando é que na região equatorial, os ventos na
média atmosfera são mais fracos, comparados com médias e altas latitudes. Isto faz com que o
deslocamento Doppler sofrido pelas ondas na região equatorial seja menor do que em outras
latitudes, o que pode explicar a observação de velocidades de fases maiores na região
64
equatorial. Também é importante salientar que estas comparações limitam-se às
características da grande maioria das ondas de gravidade e não se aplicam a casos particulares
de ondas.
Tabela 4.1 – Parâmetros característicos das ondas de gravidade tipo bandas observados no Brasil.
Bandas
Local Observatório
Período de Duração (meses)
h
)(km
min c
)/( sm Direção de Propagação
Referência
Alcântara (2ºS, 44ºO)
08/1994 – 10/1994(3 meses)
15-35 4-12 20-70
Taylor et al.,(1997)
S. J. Cariri (7ºS, 36ºO)
10/2000 – 12/2004(52 meses)
10-30 4-14 10-70
N
O E
S
N
O E
S
N
O E
S
Medeiros et al., (2007)
S. J. Cariri (7ºS, 36ºO)
09/2005 – 11/2005(2 meses)
15-25 5-11 20-70
N
O E
S
N
O E
S
N
O E
S
Taylor et al., (2009)
Palmas (10ºS, 48ºO)
09/2007 – 12/2008(16 meses)
10-35 5-25 5-60
N
O E
S
N
O E
S
N
O E
S
Presente Estudo
Brasília (14ºS, 47ºO)
09/2005 – 11/2005(2 meses)
15-35 5-14 30-60
N
O E
S
N
O E
S
N
O E
S
Taylor et al., (2009)
Cachoeira Paulista
(23ºS, 45ºO)
10/1998 – 09/1999(12 meses)
10-35 8-20 10-40
N
O E
S
N
O E
S
N
O E
S
Medeiros (2001)
Com relação à direção preferencial de propagação nota-se que em Cariri e Brasília a grande
maioria das ondas propaga-se para nordeste e sudeste. As ondas observadas em Alcântara
propagam-se preferencialmente para nordeste, enquanto que em Palmas a direção preferencial
é para norte, nordeste e sul. Em Cachoeira Paulista as ondas do tipo bandas propagam-se
preferencialmente para sudeste e noroeste. A direção preferencial de propagação das ondas de
N
O E
S
N
O E
S
N
O E
S
65
gravidade está diretamente relacionada a localização das fontes de geração, bem como com o
processo de filtragem que as ondas sofrem quando estas se propagam na atmosfera.
As ondas de gravidade do tipo ripple (ver Tabela 4.2) apresentam comprimento de onda
horizontal é idêntico entre os observatórios de Alcântara, Cariri, Palmas e Cachoeira Paulista.
O período dos ripples é similar entre os observatórios [4-15 min], com exceção às ondas
observadas em Alcântara que apresentaram períodos menores [2-8 min].
Assim como as bandas, os ripples também apresentaram maior velocidade de fase na região
próxima ao equador [Alcântara e Cariri]. Em Palmas, os ripples apresentam os menores
valores de velocidade de fase [5-30 m/s], enquanto que em Cachoeira Paulista, a velocidade
de fase dos ripples foi intermediária entre 10-40 m/s.
Tabela 4.2 – Parâmetros característicos das ondas de gravidade tipo ripples observados no Brasil.
Ripples
Local
Observatório
Período de Duração (meses)
h
)(km
min c
)/( sm
Direção de Propagação
Referência
Alcântara (2ºS, 44ºO)
08/1994 – 10/1994(3 meses)
5-20 2-8 20-50
N
O E
S
N
O E
S
N
O E
S
Taylor et al., (1997)
S. J.Cariri (7ºS, 36ºO)
10/2000 – 12/2004(52 meses)
5-20 4-14 10-50
N
O E
S
N
O E
S
N
O E
S
Medeiros et. al., (2007)
Palmas (10º S, 48º O)
09/2007 – 12/2008(16 meses)
5-20 5-15 5-30
N
O E
S
N
O E
S
N
O E
S
Presente Estudo
Cachoeira Paulista
(23ºS, 45ºO)
10/1998 – 09/1999(12 meses)
5-20 4-12 10-40
N
O E
S
N
O E
S
N
O E
S
Medeiros, (2001)
Em Cariri e Palmas a direção preferencial de propagação dos ripples é para norte e sul,
enquanto que em Alcântara é para sudeste e sul. Em Cachoeira Paulista os ripples apresentam
uma direção de propagação isotrópica, isto é, as ondas propagam-se em todas as direções. A
66
variação sazonal na direção de propagação das ondas de gravidade será discutida em mais
detalhes na próxima seção.
4.4 Direção Preferencial de Propagação
Para estudar a variação sazonal na direção de propagação das ondas de gravidades, o período
de observação foi dividido em quatro estações, a saber: primavera (setembro-outubro/2007),
verão (novembro-dezembro/2007, janeiro-fevereiro/2008), outono (março-abril/2008) e
inverno (maio-junho-julho-agosto/2008). O resultado da variação sazonal na direção de
propagação inclui todas as ondas de gravidade observadas.
Na primavera foram observados em torno de 21% das ondas de gravidade, que apresentaram
uma direção preferencial para sul, conforme mostra a Figura 4.8(A). No verão, a maioria das
ondas propagou-se para nordeste e sudeste. Neste período foram registrados apenas 9% de
todas ondas de observadas. A direção preferencial das ondas de gravidade observadas no
outono foi para norte e sudeste. Nota-se que nesta estação foram registrado poucos eventos de
ondas de gravidade, apenas 7%. O inverno foi a estação do ano com o maior número de
eventos de ondas de gravidade observadas, 63% do total. Estas ondas apresentaram uma
direção de propagação preferencialmente para norte e sul, onde nota-se uma clara anisotropia
na direção de propagação das ondas de gravidade apresentadas na Figura 4.8.
A direção preferencial de propagação das ondas de gravidade está diretamente relacionada a
localização das fontes, além do processo de filtragem das ondas pelo vento neutro. A geração
das ondas de gravidade depende da condição de estabilidade atmosférica e da presença de
algum distúrbio que possa gerar tais instabilidades e levar a formação da onda (WRASSE,
2004). As principais fontes de geração das ondas de gravidade na região tropical são as
convecções profundas, causadas por nuvens do tipo cumulunimbus. Wrasse (2004) mostrou
que em torno de 23% das ondas de gravidade observadas em São João do Cariri (7ºS, 36ºO)
tinham sua origem na região troposférica. Em seu estudo Wrasse (2004) também destacou que
os sistemas meteorológicos mais importantes na geração das ondas de gravidade na região
equatorial brasileira eram as Linhas de Instabilidades formadas por nuvens cumulunimbus e
os sistemas convectivos de mesoescala.
67
Praticamente toda a energia do sistema terrestre provém da radiação solar (Radiação de Onda
Curta), existindo um balanço quase perfeito entre a radiação solar incidente e a radiação
emitida pela Terra ao espaço (Radiação de Onda Longa do inglês Outgoing Longwave
Radiation - OLR). Outra parte do balanço de energia ocorre na forma de calor latente,
associado à evaporação na superfície, e ao calor sensível (condução de calor) (BOMVENTI et
al, 2006).
0
10
20
30
400
45
90
135
180
225
270
315
0
10
20
30
40
0
10
20
30
400
45
90
135
180
225
270
315
0
10
20
30
40
0
10
20
30
400
45
90
135
180
225
270
315
0
10
20
30
40
0
10
20
30
400
45
90
135
180
225
270
315
0
10
20
30
40
Inverno101 Eventos
Outono11 Eventos
Verão15 Eventos
Primavera33 Eventos (B)
(C) (D)
(A)
Eve
ntos
de
Ond
a (%
)
Eve
ntos
de
Ond
a (%
)
Eve
ntos
de
Ond
a (%
)
Eve
ntos
de
Ond
a (%
)
Figura 4.8 – Variação sazonal da direção preferencial de propagação das ondas de gravidade
observadas em Palmas (TO).
O processo de ascensão vertical de uma massa de ar aquecida pela superfície redistribui a
energia de camadas mais baixas para maiores altitudes. A convecção profunda atinge a alta
troposfera onde grande parte do vapor de água se condensa. O processo convectivo é um
importante mecanismo de extração de calor da superfície (LINDZEN, 1990). Além disso, este
processo é um mecanismo eficiente e amplamente aceito pela comunidade científica para
geração de ondas de gravidade de curtos períodos (WRASSE, 2004). Observações de onda de
alta frequência na região da estratosfera mostraram uma boa correlação com nuvens
convectivas (ALEXANDER et al., 2000).
68
Nas regiões tropicais, baixos valores de radiação de onda longa (OLR) registrados por
satélites no topo de nuvens na baixa atmosfera são utilizados para caracterizar regiões de
convecção profunda, enquanto que em médias latitudes, valores similares de OLR podem
expressar nuvens do tipo Stratus (DUTTON et al., 2000). Zhang (1993) afirma que a OLR
pode não servir para identificar nuvens de convecção profunda, mas pode ser utilizada de
maneira confiável, principalmente em grandes escalas de tempo, para detectar áreas de
atividade convectiva que estão associadas com a formação de nuvens de convecção profunda
(BOMVENTI et al, 2006).
Os dados de radiação de onda longa são obtidos pelo instrumento Advanced Very High
Resolution Radiometer (AVHRR) abordo do satélite de órbita polar da National Oceanic &
Atmospheric Administration (NOAA). Este instrumento permite monitorar os campos de
radiação de onda longa sobre o planeta. Os dados são então disponibilizados pelo National
Center for Enviromental Prediction (NCEP) que emite campos planetários compostos a partir
de todas as órbitas dos satélites NOAA-17 e NOAA-18, com médias sobre áreas de 2,5º 2,5º
de longitude e latitude (NOAA, 2009). Os dados utilizados neste estudo consistem em médias
mensais de radiação de onda longa, obtidos no site da NOAA (http://www.esrl.noaa.gov) para
os anos de 2007 e 2008 sobre a América do Sul.
A Figura 4.9 apresenta os resultados da emissão da radiação de onda longa (OLR) sobre parte
da América do Sul nas estações da primavera, verão, outono e inverno de 2007/2008. O
círculo no mapa demarca um raio de 500 km em torno do observatório de Palmas (TO), que
servirá como referência para a análise da direção preferencial de propagação das ondas de
gravidade. Regiões onde ocorrem intensas convecções apresentam valores de OLR < 220
Wm-2. Observa-se que durante os meses de verão (novembro-dezembro/2007; janeiro-
fevereiro/2008) uma extensa região de convecção profunda está situada à oeste de Palmas.
Esta região de intensa atividade convectiva pode ser a fonte de geração das ondas de
gravidade, o que corrobora com a direção preferencial de propagação das ondas para nordeste
e sudeste.
Situação semelhante ocorre nos meses de outono (março-abril/2008), onde observa-se uma
grande região de convecção profunda localizada abaixo da linha do Equador, à norte e
noroeste de Palmas. Durante estes meses, a direção preferencial de propagação das ondas foi
para sudeste e noroeste. Nota-se que nestas duas estações Palmas está dentro da região onde
ocorrem tais convecções. Também é importante salientar que neste período (ver Figura 4.2)
69
foi registrado em Palmas mais de 20 dias de chuva/mês com uma precipitação acumulada
maior que 200 mm/mês.
OLR ( W/m2) - Outono
200
200
220
220
220
220
240
240
240
240
240
260260
260
260260
260
W/m2
180 200 220 240 260 280 300
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-30
-20
-10
010
-30-20
-100
10
R = 500 km
OLR ( W/m2) - Inverno
200220
220
220220
240
240
240
240
240
260
260260
260
W/m2
180 200 220 240 260 280 300
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-30
-20
-10
010
-30-20
-100
10
R = 500 km
OLR ( W/m2) - Verªo
200
200
220
220
220
240
240
240
240
240
240
260
260260
W/m2
180 200 220 240 260 280 300
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-30
-20
-10
010
-30-20
-100
10
R = 500 km
OLR ( W/m2) - Primavera
220
220
220
220
240
240
240
240
240
260
260
260
260
260
280
W/m2
180 200 220 240 260 280 300
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-30
-20
-10
010
-30-20
-100
10
R = 500 km
(A) (B)
(C) (D)
OLR ( W/m2) - Outono
200
200
220
220
220
220
240
240
240
240
240
260260
260
260260
260
W/m2
180 200 220 240 260 280 300
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-30
-20
-10
010
-30-20
-100
10
R = 500 km
OLR ( W/m2) - Inverno
200220
220
220220
240
240
240
240
240
260
260260
260
W/m2
180 200 220 240 260 280 300
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-30
-20
-10
010
-30-20
-100
10
R = 500 km
OLR ( W/m2) - Verªo
200
200
220
220
220
240
240
240
240
240
240
260
260260
W/m2
180 200 220 240 260 280 300
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-30
-20
-10
010
-30-20
-100
10
R = 500 km
OLR ( W/m2) - Primavera
220
220
220
220
240
240
240
240
240
260
260
260
260
260
280
W/m2
180 200 220 240 260 280 300
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-30
-20
-10
010
-30-20
-100
10
R = 500 km
OLR ( W/m2) - Outono
200
200
220
220
220
220
240
240
240
240
240
260260
260
260260
260
W/m2
180 200 220 240 260 280 300
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-30
-20
-10
010
-30-20
-100
10
R = 500 km
OLR ( W/m2) - Inverno
200220
220
220220
240
240
240
240
240
260
260260
260
W/m2
180 200 220 240 260 280 300
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-30
-20
-10
010
-30-20
-100
10
R = 500 km
OLR ( W/m2) - Verªo
200
200
220
220
220
240
240
240
240
240
240
260
260260
W/m2
180 200 220 240 260 280 300
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-30
-20
-10
010
-30-20
-100
10
R = 500 km
OLR ( W/m2) - Primavera
220
220
220
220
240
240
240
240
240
260
260
260
260
260
280
W/m2
180 200 220 240 260 280 300
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-75 -70 -65 -60 -55 -50 -45 -40 -35
-30
-20
-10
010
-30-20
-100
10
R = 500 km
(A) (B)
(C) (D)
(A) (B)(A) (B)
(C) (D)(C) (D)
Figura 4.9 – Variação sazonal da radiação de onda longa (OLR) sobre a América do Sul. O círculo demarca a área com 500 km de raio em torno do observatório de Palmas (TO). As setas brancas indicam a direção preferencial de propagação das ondas de gravidade em cada estação.
Analisando o período da primavera (setembro-outubro/2007) houve pouca precipitação em
Palmas (ver Figura 4.2), o que pode ser evidenciado pelos altos valores da radiação de onda
longa em torno da região central do Brasil. Nesta época, ocorrem poucas chuvas, e não há a
formação de áreas de convecções profundas, próximo ao observatório. Neste caso o
70
mecanismo de geração das ondas de gravidade pode estar associado à tempestades isoladas ou
o efeito orográfico. Porém, estes mecanismos precisam ser investigados no futuro.
O durante o inverno (maio-junho-julho-agosto/2008), não há registros de chuva em Palmas e
observa-se que o observatório está numa região de intensa emissão de radiação de onda longa.
Entretanto, observas-se que ao norte acima da linha do equador, e ao sul, abaixo do estado do
Rio Grande do Sul, observam-se regiões onde ocorrem convecções profundas. No sul, estas
convecções estão associadas à entrada de frentes frias vindas da Antártica. Apesar das ondas
de gravidade observadas em Palmas nesta estação apresentarem direção preferencial para o
norte e para o sul, não é possível afirmar que as convecções profundas observadas no sul do
Brasil e na região equatorial sejam de fato as fontes de geração das ondas observadas em
Palmas.
Lau et al. (1997) mostram que o valor crítico que caracteriza o início da atividade convectiva
são valores de OLR inferiores a 240 W.m-2. Mesmo se esta condição for levada em
consideração durante o inverno e a primavera, as regiões onde ocorrem convecção profunda
permanecem muito distantes do observatório de Palmas.
Ratnam et al., (2004) determinaram a atividade de ondas de gravidade na baixa estratosfera
utilizando dados de radio ocultação obtidos pelo satélite CHAllenging Microsatellite Payloud
(CHAMP). A atividade de ondas de gravidade mostrou boa correlação com áreas onde
ocorrem convecções profundas. Estes dados foram obtidos a partir da radiação de onda longa
na região dos trópicos 30º em torno do equador.
Suzuki et al., (2009b) apresentaram os resultados das ondas de gravidade observadas na
região equatorial em Kototabang (100,3ºE, 0,2ºS) Indonesia, entre 2002 e 2005. Eles
associaram a direção preferencial de propagação das ondas de gravidade com regiões de
intensa atividade convectiva (OLR < 220 W.m-2).
Observa-se que as regiões de convecção profunda podem ser os locais de geração das ondas
de gravidade, o que pode explicar as direções preferenciais de propagação das ondas
observadas em Palmas durante o verão e o outono. Por outro lado, nota-se que durante a
primavera e o inverno não existe uma boa correlação entre a direção preferencial de
propagação e regiões com atividade convectiva. Outros mecanismos necessitam ser
investigados para explicar a direção preferencial de propagação das ondas de gravidade
observadas em Palmas nestas estações.
71
5 CONCLUSÕES
O presente trabalho apresentou as primeiras observações de ondas de gravidade utilizando um
imageador all-sky realizadas em Palmas (TO) (10,16ºS; 48,26ºO) entre setembro de 2007 e
dezembro de 2008. A camada de emissão do OH foi utilizada para observar as flutuações
causadas pela atividade de ondas de gravidade na região mesosférica. Os resultados mostram
que ondas de gravidade dos tipos bandas, ripples e frentes mesosféricas são frequentemente
observadas em Palmas.
Foram observados 208 eventos de ondas de gravidade, mas apenas 160 foram caracterizados
de forma apropriada pela análise espectral. As principais características das ondas de
gravidade observadas em Palmas foram: comprimento de onda horizontal entre 5-35 km;
período observado entre 5-25 minutos, velocidade de fase observada entre 5-60 m/s e direção
preferencial de propagação para norte e sul.
As ondas de gravidade foram classificadas de acordo com sua morfologia em bandas e ripples
e foram comparadas com as demais observações de ondas de gravidade conduzidas no Brasil
nos últimos 15 anos. Observou-se que as ondas de gravidade observadas em Palmas
apresentam características similares às ondas observadas em Alcântara (MA), São João do
Cariri (PB), Brasília (DF) e Cachoeira Paulista (SP).
A variação sazonal na direção de propagação das ondas observadas em Palmas mostrou boa
correlação com a atividade convectiva (OLR < 220 W.m-2) durante as estações do verão e
outono, sugerindo que a atividade convectiva seja a principal fonte de geração das ondas de
gravidade neste período, porém, o mesmo não ocorre nas estações de inverno e primavera.
Mais investigações são necessárias para explicar a direção preferencial de propagação das
ondas observadas em Palmas.
Para trabalhos futuros, sugere-se investigar as ondas de gravidade do tipo frente mesosférica
que foram observadas em Palmas. Também é importante investigar em mais detalhes a fonte
de geração das ondas de gravidade, utilizando, por exemplo, modelo reverso de ray tracing
para localizar a região de origem das ondas e os mecanismos associados a esta geração.
72
REREFÊNCIAS
ALEXANDER, M. J.; BERES, J. H.; PFISTER, L. Tropical stratospheric gravity wave activity and relationships to clouds. Journal of Geophysical Research, v.105, n.D17, p. 22299-22309, Sept. 2000.
ATOPTICS. Airglow from Earth Orbit. Disponível em: < http://www.atoptics.co.uk/ highsky/airglim2.htm/>. Acesso em: 03 de mar. 2009.
BAGESTON, J.V.; WRASSE, C.M.; GOBI, D.;TAKAHASHI, H.; SOUZA, P. B. Observation of mesospheric gravity waves at Comandante Ferraz Antarctica Station (62ºS). Annales Geophysicae. n.27, p.2593-2598, 2009.
BANKS, P. M.; KOCKARTS, G. Aeronomy – Part A.: New York: Academic Press, 1973. 430 p.
BATES, C. A.; NICOLET M. The photochemistry of atmospheric water vapor. Journal of Geophysical Research. v.55, n.3, p.301-319, 1950.
BEER, T. Atmospheric waves. London: Adam Hilger, 1974. 300p.
BLOOMFIELD, P. Fourier analysis of time series: an introduction. New York: Wiley, 1976. 280p.
BOMVENTI, T. N., WAINER, I. E. K. C., TASCHETTO, A. S. Ralação entre a Radiação de Onda Longa, Precipitação e Temperatura da Superfície do Mar no Oceano Atlântico Tropical. Revista Brasileira Geofísica, v.24, n.4, p.513-524, 2006.
BRAESSUR, G.; SOLOMON, S. Aeronomy of the middle atmosphere. Holanda: Kluwer Academic Publishers, 1986, 441p.
CHAMBERLAIN, J. W. Physics of the aurora and airglow. New York: Academic Press, 1961, 704 p.
CHAPMAN, S. Some phenomena of upper atmosphere. Proceedings of Royal Society London, v. 132, n. 820, p.353-374, 1931.
CHIMONAS, G.; HINES, C. O. Doppler Ducting of Atmospheric Gravity-Waves. Journal of Geophysical Research-Atmospheres, v.91, n.D1, p. 1219-1230, Jan. 1986.
DUTTON, J. F.; POULSEN, C. J.; EVANS, J. L. The effect of global climate change on the regions of tropical convection in CSM1. Geophysical Research Letters, v.27, n.19, p.3049-3052, 2000.
EGELAND, A.; HOLTER, O.; OMHOLT, A. Cosmical Geophysics. Oslo: Universitetsforlanget, 1973, cap.6, p. 81-92.
FECHINE, J. Observações de Pororocas Mesosféricas Através de Imageamento da Aeroluminescência em São João do Cariri (7,4ºS; 36,5ºO), 140p. Dissertação (Mestrado em Meteorologia), Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande. (UFCG-523.4-852). 2004.
73
FECHINE, J. Estudo de frentes mesosféricas na região equatorial. 313 p. Tese (Doutorado em Geofísica) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos. (INPE-15179-TDI/1295). 2007.
FORBES, J. M.; HAGAN, M. E.; ZHANG, X.; HAMILTON, K. Upper atmosphere tidal oscillations due to latent heat release in the tropical troposphere. Annales Geophysicae, v.15, n.9, p. 1165-1175, Sept. 1997.
FRANCIS, S. H. Global propagation of the atmospheric gravity waves: a review. Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics, v.37, n.6-7, p.1011-1054, 1975.
FRITTS, D. C.; ALEXANDER, M. J. Gravity wave dynamics and effects in the middle atmosphere. Reviews of Geophysics, v.41, n.1, p. 1-46, Apr. 2003.
FRITTS, D.C.; ABDU, M.A.; BATISTA, B. R.; BATISTA, I.S.; BATISTA, P.; BURITI, P,; CLEMESHA, R.B.R.; DAUTERMANN, PAULA, T.; E.R.; FECHINE, B.J.; FEJER, B.G.; GOBBI, D.; HAASE, J.; KAMALABADI, F.; KHERANI, E.A.; LAUGHMAN, B.; LIMA, P.P.; LIU, H.L.; MEDEIROS, A.; PAUTET, P.D.; RIGGIN, D.M.; RODRIGUES, F.S.; SÃO SABBAS, F.; SOBRAL, J.H.A.; STAMUS, P.; TAKAHASHI, H.; TAYLOR, M.J.; VADAS, S.L.; VARGAS, F.; WRASSE, C.M. Overview and summary of the Spread F Experiment (SpreadFEx). Annales Geophysicae, v.27, p.2141-2155, 2009.
GARCIA, F.J.; TAYLOR, M. J.; KELLEY, M. C. Two-dimensional spectral analysis of mesospheric airglow image data. Applied Optics, v. 36, n. 29, p.737-7385, 1997.
GARDNER, C. S.; QIAN, J.; COBLE, M. R.; PAPEN, G. C.; SWENSON, G. R., High resolution horizontal wave-number spectra of mesospheric wave perturbations observed during the 21 October triangular flight of ALOHA-93. Geophysical Research Letters, v.22, n. 20, p. 2869-2872, 1995.
GOSSARD, E. E.; HOOKE, W. H. Waves in the atmosphere. Amsterdan: Elsevier Scientific Publication Company. 1975. 456p.
GREENBLATT, G. D.; WIESENFELD, J. R. Time-resolved emission studies of vibrationally excited hydroxyl radicals: OH(Χ 2Π,ν’=9). Journal of Geophysical Research, v.87, n.C13, p.11145-11152, 1982.
HAPGOOD, M. A.; TAYLOR, M. J, Analysis of airglow image data. Annales Geophysicae, v.38, n.6, p. 805-813, June 1982.
HARGREAVES, J. K. The solar-terrestrial environment. London: Cambridge University Press,1992. 420p.
HINES, C. O. Internal atmospheric gravity waves at ionospheric heights. Canadian Journal of Physics, v.38, n.11, p. 1441-1481, 1960.
HINES, C. O. The upper atmosphere in motion. New York: American Geophysical Union, v.1, 1974. 350p.
INEMET. Instituto Nacional de Meteorologia. Disponível em: < http://www.inmet.gov.br/ html/observacoes.php?lnk=Gr%E1ficos />. Acesso em: 10 de out. 2009.
74
ISLER, J. R.; TAYLOR, M. J.; FRITTS, D. C. Observational evidence of wave ducting and evanescence in the mesosphere. Journal of Geophysical Research, v.102, n.D22, p. 26301-26313, Nov. 1997.
JOHNSTON, J. E.; BROADFOOT, A. L. Midlatitude observations of the night airglow: implications to quenching near the mesopause. Journal of Geophysical Research, v. 98, n. D12, Dec 20, p. 21593-21603, 1993.
KIRCHHOFF, V. W. J. H. Introdução à geofísica espacial. São Paulo: Nova Stella, Editora da Universidade de São Paulo: FAPESP, 1991. 141 p.
KLENERMAN, D.; SMITH, I. Infrared chemiluminescence studies using a sisam spectrometer-reactions producing vibrationally excited OH. Journal of the Chemical Society-Faraday Transactions II, v. 83, p.229-241, 1987.
KHOMICH,V.Y. U.; SEMENOV, A. I.; SHEFOV, N. N. Airglow as an Indicator of Upper Atmospheric Structure and Dynamics. Berlin: Springer-Veriag Heidelberg, 2008.
KRASSOVSKY, V. I.; SHEFOV, N. N.; YARIN, V. I. Atlas of the airglow spectrum 3000-12400Å. Planetary and Space Science, v.9, p.883-915, 1962.
LAU, K. M.; WUH, T.; BONY, S. The role of large-scale atmospheric circulation in the relationship between tropical convection and sea surface temperature. Journal Climate, v.10, p.318-392, 1997.
LE TEXIER, H.; SALOMON, S.; GARCIA, R. R. Seasonal variability of the OH Meinel bands. Planetary and Space Science, v.35, n.8, p. 977-989, Aug.1987.
LINDZEN, R. S. Some coolness concerning global warming. Bulletin of the American Meteorological Society, v.71, p.288-299, 1990.
MAEKAWA, R Observations of gravity waves in the mesopause region by multicolor airglow imaging. Kyoto: Master-Kyoto University, 2000. 64p.
MCDADE, I.C.; LLEWELLYN, E.J. Kinetic parameters related to sources and sinks of vibrationally excited OH in the nightglow. Journal of Geophysical Research, v.92, p.7643-7650, 1987.
MEDEIROS, A. F. Observações de ondas de gravidade através do imageamento da aeroluminescência. 187p. Tese (Doutorado em Geofísica Espacial) - Instituto Nacional de Pesquisas espaciais, São José dos Campos. (INPE-10478-TDI/932), 2001.
MEDEIROS, A. F.; TAKAHASHI, H.; BATISTA, P.P.; GOBBI, D.; TAYLOR, M. J. Observations of atmospheric gravity waves using airglow all-sky CCD imaer at Cachoeira Paulista, Brazil (23ºS, 45ªW). Geofísica International, v.43, n.1, p. 29-39, 2004. MEDEIROS, A. F.; TAKAHASHI H.; BURITI, R. A.; FECHINE, J.; WRASSE, C. M.; GOBBI, D. MLT gravity wave climatology in the South America equatorial region observed by airglow imager. Annales Geophysicae, v.25, p.399-406, 2007. MEINEL, A. B. OH emissions bands in the spectrum of the night sky. Astrophysical Journal, v.112, n.1, p.120-130, 1950.
75
NASA. The IDL Astronomy User's Library. 2008. Disponível em: <http://idlastro.gsfc.nasa.gov/>. Acesso em: 30 de ago. 2009.
NIELSEN, K., TAYLOR, M.J.; HIBBINS, R.E.; JARVIS, M.J. Climatology of short-period mesospheric gravity waves over Halley, Antarctica (76° S, 27° W). Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, v.71, n.8-9, p.991-1000, 2009.
NOAA. Outgoing Longwave Radiation (OLR). Disponível em: http://www.cpc.ncep.noaa.gov/ products/global_precip/html/wpage.olr.html/>. Acesso em: 10 de out. 2009.
RATNAM, M.V.; TETZLZAFF, G.; JACOBI, C. Global and seasonal variations of stratospheric gravity ware activity deduced from the CHAMP/GPS Satellite. Journal of the Atmospheric Sciences. v.61, p.1610-1620, 2004.
RISHBETH, H.; GARRIOTT, O. K. Introduction to ionospheric physics. New York: Academic Press, 1969. 331p.
SIVJEE, G.G. Airglow Hydroxyl Emissions. Planetary and Space Science, v.40, n.2-3, p. 235-245, 1992. SUZUKI, S.; SHIOKAWA K.; HOSOKAWA K.; NAKAMURA K.; HOCKING, W. K. (2009). Statistical characteristics of polar cap mesospheric gravity waves observed by an all-sky airglow imager at Resolute Bay, Canada. Journal of Geophysical Research, v.114, n.A01311, doi:10.1029/2008JA013652, 2009a.
SUZUKI, S.; SHIOKAWA K.; LIU, A. Z.; OTSUKA, Y.; OGAWA,T.; NAKAMURA, T. Characteristics of equatorial gravity waves derived from mesospheric airglow imaging observations. Annales Geophysicae, v.27, p.1625-1629, 2009b.
TAKAHASHI, H.; BATISTA, P. P. Simultaneous measurements of OH(9,4), (8,3),(7,2), (6,2) and (5,1) band in the airglow. Journal of Geophysical Research, v.86, n.A7, p.5632-5642, 1981.
TAYLOR, M. J.; PAUTER, P. D.; MEDEIROS, A. F.; BURITI,R.; FRITTS, D. C.; VADS, S.L.; TAKAHASHI, H.; SÃO SABBAS, F.T. Characteristics of mesospheric gravity waves near the magnetic equator, Brazil, during the SpreadFEx campaign. Annales Geophysicae, n.27, p.461-472, 2009.
TAYLOR, M. K.; HAPGOOD, M. A.; ROTHWELL, P. Observations of gravity wave propagation in the OI (557.7 nm), Na (589.2 nm) and the near infrared OH nightglow emissions. Planetary Space Science, v.35, p.413-427, 1987.
TAYLOR, M.J.; PENDLETON, W.R.; CLARK, S.; TAHAHASHI, H.; GOBI, D.; GOLDBERG, R.A. Image measurements of short-period gravity waves at equatorial latitudes. Journal of Geophysical Research, v.102, p.26283-26299, 1997.
TURON,C.; CREZE,M.; EGRET,D.; GOMEZ, A.; GRENON,M.; JAHREIß, H.; REQUIEME,Y.; ARGUE, A. N.; BEC-BORSENBERGER, A.; DOMMANGET,J.; MENNESSIER, M.O.; ARENOU,F.; CHARETON, M.; CRIFO, F.; MERMILLIOD, J.C.; MORIN, D.; NICOLET, B.; NYS, O.; PREVOT, L.; ROUSSEAU, M.; PERRYMAN,
76
M.A.C. Version 2 of the HIPPARCOS Input Catalogue. Bulletin Information Center Donnees Astronomy Strasbourg v.43, n.5, 1993.
WRASSE, C. M. Estudos de geração e propagação de ondas de gravidade atmosféricas. Tese (Doutorado em Geofísica) 253 p. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos. (INPE-12249-TDI/978), 2004.
WRASSE, C. M. Observação da Temperatura Rotacional da Hidroxila através da Aerolumunescência na Região da Mesosfera Terrestre. São José dos Campos; Instituto Nacional de Pesquisa Espaciais (INPE – 8003 – TDI/51), 2000.
WRASSE, C. M.; TAKAHASHI, H.; MEDEIROS, A. F.; LIMA, L. M.; TAYLOR, M. J.; GOBBI, D.; FECHINE, J. Determinação dos parâmetros de ondas de gravidade através da análise espectral de imagens de aeroluminescência. Revista Brasileira Geofísica, v.25, n.3, p.257-266, 2007. WRASSE, C.M., RODRIGES, I. All-Sky Calibration Programa de calibração de imagens All-Sky. 2008.
WRASSE, C.M.; NAKAMURA, T.; TSUDA, T.; TAKAHASHI, H.; MEDEIROS, A. F.; TAYLOR, M. J.; GOBI, D.; DENARDINI ,C. M.; FECHINE, J.; BURITI, R. A.; SALUTUN, A.; SURATINO; ACHMAD, E.; ADMIRANTO, A. G. Mesospheric gravity waves observed near equatorial and low-middle latitude stations: wave characteristics and reverse ray tracing results. Annales Geophysicae, v. 24, p.3229–3240, 2006.
ZHANG, C. Large-scale variability of atmospheric deep convection in relation to sea surface temperature in the tropics. Journal Climate, v.6, p.1898-1913, 1993
Livros Grátis( http://www.livrosgratis.com.br )
Milhares de Livros para Download: Baixar livros de AdministraçãoBaixar livros de AgronomiaBaixar livros de ArquiteturaBaixar livros de ArtesBaixar livros de AstronomiaBaixar livros de Biologia GeralBaixar livros de Ciência da ComputaçãoBaixar livros de Ciência da InformaçãoBaixar livros de Ciência PolíticaBaixar livros de Ciências da SaúdeBaixar livros de ComunicaçãoBaixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNEBaixar livros de Defesa civilBaixar livros de DireitoBaixar livros de Direitos humanosBaixar livros de EconomiaBaixar livros de Economia DomésticaBaixar livros de EducaçãoBaixar livros de Educação - TrânsitoBaixar livros de Educação FísicaBaixar livros de Engenharia AeroespacialBaixar livros de FarmáciaBaixar livros de FilosofiaBaixar livros de FísicaBaixar livros de GeociênciasBaixar livros de GeografiaBaixar livros de HistóriaBaixar livros de Línguas
Baixar livros de LiteraturaBaixar livros de Literatura de CordelBaixar livros de Literatura InfantilBaixar livros de MatemáticaBaixar livros de MedicinaBaixar livros de Medicina VeterináriaBaixar livros de Meio AmbienteBaixar livros de MeteorologiaBaixar Monografias e TCCBaixar livros MultidisciplinarBaixar livros de MúsicaBaixar livros de PsicologiaBaixar livros de QuímicaBaixar livros de Saúde ColetivaBaixar livros de Serviço SocialBaixar livros de SociologiaBaixar livros de TeologiaBaixar livros de TrabalhoBaixar livros de Turismo