Download - Altimetria
![Page 1: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/1.jpg)
Altimetria
Oceanografia por satélites
![Page 2: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/2.jpg)
Sumário
1. O nível da superfície do mar2. O altímetro3. Motivação4. Breve histórico5. Princípios de funcionamento6. Algumas definições7. Aplicações8. Trabalho sobre corrente geostrófica
![Page 3: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/3.jpg)
A altimetria baseia-se no princípio que as correntes superficiais (magnitude e direção) podem ser estimadas conhecendo-se as elevações e depressões relativas da superfície do mar (topografia oceânica). Para tal o sensor, que na realidade é um radar, emite um pulso na faixa das microondas diretamente a nadir, e mede o tempo decorrido entre a emissão e recepção do pulso de retorno. A partir desta medida, de entendimento físico relativamente simples, é possível estimar a circulação oceânica superficial, com baixo curso relativo, e com caráter quase-sinóptico
![Page 4: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/4.jpg)
1. O nível da superfície do marLua e sol atraindo o oceano, gerando marésMontes submarinos e fossas
Correntes oceânicasVentos, ondas
Aquecimento solar, expansão
Derretimento das geleiras
![Page 5: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/5.jpg)
1. O nível da superfície do mar
![Page 6: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/6.jpg)
órbita quasi-polar
2. O altímetro
![Page 7: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/7.jpg)
2. O altímetro
Objetivo é medir as diferenças no nível da superfície do mar
Radar que emite sua própria energia na banda das microondas opera em f =13.5 GHz ou λ=2.2 cm
![Page 8: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/8.jpg)
A energia das microondas
![Page 9: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/9.jpg)
A energia das microondas
• A absorção atmosférica nesta banda é pequena e se deve majoritariamente ao vapor dágua
• Atravessam as nuvens• Oceano – opaco• Atmosfera – quase totalmente transparente, produz
erros
• Concentração de água na atmosf. altera velocidade de propagação do pulso;
![Page 10: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/10.jpg)
3. Motivação
• Entender a circulação oceânica de grande escala
• Principal objetivo é o estudo das correntes, mas depois percebeu-se outras aplicações
• Os dados da altimetria auxiliam em modelos para fornecer a circulação geostrófica de grande escala
![Page 11: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/11.jpg)
4. Histórico
![Page 12: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/12.jpg)
• Nos anos 70, as primeiras missões espaciais para a observação da Terra foram lançadas.
• Estes satélites eram divididos, basicamente, pelos tipo de sensores que carregavam (ativos e passivos) e pelo tipo de órbita (geoestacionária e polar/semi-polar).
![Page 13: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/13.jpg)
Skylab
• 1973• Testar o conceito do altímetro orbital• Precisão a altura da ordem de 1m• Medições grosseiras do geóide marinho –
fossas oceânicas• Altitude: 435 km
![Page 14: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/14.jpg)
Geodynamics Experimental Ocean Satellite (GEOS-3)
• 1975-78• melhor desempenho• maior cobertura global• ainda não era suficiente para bons resultados
para a ciência• altitude: 845 km
![Page 15: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/15.jpg)
Seasat
• 1978• possuía 4 instrumentos• funcionou por 110 dias• marco na observação dos oceanos• permitiu a 1a visão global da circulação
oceânica• altitude: 800 km
![Page 16: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/16.jpg)
Geosat
• 1985• missão com 2 fases:
geodética e de repetição exata• marinha norte-americana• 1a série temporal com vários anos de dados • altitude: 800 km
![Page 17: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/17.jpg)
ERS-1
• 1991 – 1999• em conjunto com o ERS-2 de 1995 a 1996• órbitas idênticas• altitude: 785 km
![Page 18: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/18.jpg)
TOPEX/Poseidon
• 1992• objetivo de estudar e entender a circulação
oceânica• projetado para durar 3 anos, mas atingiu 10• NASA e CNES• dados a cada 10 dias• substituído pelo Jason-1• altitude: 1336 km
![Page 19: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/19.jpg)
GFO
• 1998• fornecer dados de topografia oceânica em
tempo real para a marinha norte-americana • sucessor do Geosat• altitude: 880 km
![Page 20: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/20.jpg)
1
Satélite Ano Freq. (GHz) Separação (km) Repetição (dias) Precisão (m)
Skylab 05/73 - 02/74 13.9 - - 1
Seasat 06/78 - 10/78 13.5 - - 0.5
Geosat 03/85 - 09/89 13.5 165 17 0.1
ERS1/2 06/91 - ativo 13.5 80 35 0.1
T/P 09/92 - 10/06 13.5 315 9.9156 0.03
GFO 02/98 - ativo 13.5 165 17 0.018∗
Jason 12/01 - ativo 13.5 315 9.9156 0.025
![Page 21: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/21.jpg)
Evolução
![Page 22: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/22.jpg)
Os 4 satélites atuais
• Jason-1 e Jason-2: ciclo de repetição de 10 dias.
• Envisat: ciclo mais longo, 35 dias. • ERS-2: mesma trajetória com intervalo de
tempo menor que o Envisat.
![Page 23: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/23.jpg)
• órbita alta (1336 km)
• período orbital tem ~10 dias (127 revoluções)
• órbita tem 66o de inclinação (amostrando 90% dos oceanos)
• carregava um radiômetro para medir vapor d’água e fazer as devidas correções
![Page 24: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/24.jpg)
• O sistema de posicionamento do T/P apresentava 3 diferentes métodos, por isso a alta precisão das medidas– Triangulação – ondas de rádio– Laser enviando sinal (sistema Doris, efeito
Doppler)– GPS*video locate
Precisões de 2 cm
![Page 25: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/25.jpg)
Escalas
• Variações na circulação dos grandes giros~ 0,5 m
• Variações nas correntes geostróficas, mesoescala, variabilidade oceânica em geral
10 a 20 cm
*video process
![Page 26: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/26.jpg)
Aumentar o conhecimento e capacidade de previsão do papel dos oceanos nas mudanças climáticas futuras. Este projeto pretende produzir uma síntese cada vez mais precisa de todos os dados de gelo e do oceano em escala global com resoluções que resolvam vórtices e sistemas de corrente que transportam calor, carbono e outras propriedades.
![Page 27: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/27.jpg)
Projeto ECCO2
![Page 28: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/28.jpg)
5. Como funciona a altimetria
![Page 29: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/29.jpg)
• Mede o tempo de retorno do sinal
velocidade do pulso(vel. propagação da luz c = 300.000 km/s)
e distância percorrida tempo percorrido
hs = c. dt/2
![Page 30: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/30.jpg)
hs = c. dt/2• hs é a distância instantânea medida entre o
centro de gravidade do altímetro e a superfície do mar
• c é a velocidade da luz• dt o tempo decorrente entre a emissão e
recepção do pulso
![Page 31: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/31.jpg)
![Page 32: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/32.jpg)
6. Algumas definições• Nível da superfície do mar: em relação ao elipsóide de
referência
• Anomalia do nível do mar: variações em relação a média
• Geóide marinho superfície do oceano quando o mesmo está em repouso; ou ainda ao nível médio do mar de longo período
• Altura ou topografia dinâmica: altura da superfície do mar relativa a uma superfície de mesmo potencial gravitacional, o geóide marinho
![Page 33: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/33.jpg)
Geóide marinho:• não variável no tempo,
somente no espaço;
![Page 34: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/34.jpg)
O geóide
• Superfície de potencial gravitacional constante
![Page 35: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/35.jpg)
![Page 36: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/36.jpg)
![Page 37: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/37.jpg)
![Page 38: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/38.jpg)
h = hs + hwet + hdry + hiono + hbaro + hotide + hetide + hEM
Onde:• (hiono) Elétrons livres na Ionosfera;• (hdry/wet) Troposfera seca e úmida (vapor d’água);• (hEM) Estado do mar (ruído eletromagnético);• (hbaro) Barômetro inverso (pressão atmosf. sobre a superfície do
mar);• (hetide) Maré Polar e Maré Terrestre;• (hotide) Maré Oceânica (corrigida por modelo)
![Page 39: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/39.jpg)
Sistema de posicionamento DORIS do T/P
![Page 40: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/40.jpg)
Sistema de posicionamento DORIS
• Importância da determinação precisa da posição do satélite.
• O sistema Doris (efeito Doppler) é o responsável por esta tarefa delicada.
• Envolve cálculo das coordenadas e possíveis velocidades em 3 dimensões em relação ao referencial (centro de massa da terra).
• Tarefa complicada pois o satélite está em movimento numa trajetória influenciada por parâmetros da lançamento e forçantes (atrito com a atmosf. e pressão da radiação solar).
![Page 41: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/41.jpg)
Sistema Doris
![Page 42: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/42.jpg)
Alguns sites (conteúdo)
• http://www.aviso.oceanobs.com/• http://sealevel.jpl.nasa.gov/• http://earth.esa.int/brat/• http://ecco2.org/• http://oceanworld.tamu.edu/
![Page 43: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/43.jpg)
7. Aplicações
7. 1. Correntes geostróficas7. 2. Geodésia7. 3. Marés7. 4. Ondas de gravidade7. 5. El Niño/La Niña7. 6. Monitorar armazenamento de calor7. 7. Estudo das Ondas de Rossby
![Page 44: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/44.jpg)
1. Correntes Geostróficas
• Geradas pelo desnível na superfície do oceano• Elevações e depressões: TOPOGRAFIA• Por mudar ao longo do tempo: DINÂMICA
![Page 45: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/45.jpg)
Os principais termos da equação do movimento são, na forma vetorial, os seguintes:
Cujas componentes ficam resumidas em:
Revisão do balanço geostrófico
![Page 46: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/46.jpg)
L 106m f 10-4s-1
U 10-1m/s g 10 m/s2
H 103m r 103kg/m3
P = rhz = 103101103 = 107Pa
T = L/U = 107 s
AS ESCALAS DE INTERESSE:
![Page 47: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/47.jpg)
10-11 + 10-11 + 10-11 + 10-14 = 10 + 10-5 -10
Assim, o único balanço importante é entre os termos de P e g, o balanço hidrostático.
O mesmo exemplo na equação horizontal do momento ficaria:
10-8 + 10-8 + 10-8 + 10-8 = 10-5 + 10-5
![Page 48: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/48.jpg)
Assim, o balanço entre o termo de Coriolis e o do Gradiente de Pressão é o mais importante; este balanço é denominado BALANÇO GEOSTRÓFICO. As equações denominadas de equações geostróficas são:
Este BALANÇO domina os fluxos nos oceanos com escalas maiores que 50 Km e alguns dias !!!
, e integrando p em z,
![Page 49: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/49.jpg)
7. 1. Inclinações e Correntes Geostróficas
• As correntes geostróficas são dominantes e estão associadas às inclinações da superfície através do balanço entre a força de Coriolis e o gradiente de pressão:
fu = −g ∂η/∂y −fv = −g ∂η/∂x
f = parâmetro de Coriolis; u e v = velocidades E-W e N-S;g = gravidade; η = elevação da superfície
• Maiores inclinações - correntes mais intensas - mais instabilidades
![Page 50: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/50.jpg)
7. 1. Inclinações e Correntes Geostróficas
![Page 51: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/51.jpg)
7. 2. Geodésia
• Trata das medidas e do monitoramento do tamanho e forma da Terra
• Erros não afetam as medidas de anomalia da altura, mas sim a altura absoluta.
• Projeto GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment)
![Page 52: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/52.jpg)
GRACE• Lançamento - março/2002• Mapear com acurácia as variações no campo
gravitacional terrestre nos seus 5 anos de vida.• Duas sondas espaciais idênticas sobrevoando a 220
km um do outro em uma órbita polar a 500 km da Terra.
• Medidas da distância entre os dois satélites com o uso de GPS e microondas
• Informação a respeito da distribuição e fluxo de massa no interior da Terra e arredores.
![Page 53: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/53.jpg)
Animação grace
F = (G.m1.m2) / R2
![Page 54: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/54.jpg)
7. 3. Marés
• Dificuldades devido ao período amostral (10 a 35 dias), e as marés mais energéticas são as semidiurnas e diurnas.
![Page 55: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/55.jpg)
7. 4. Ondas de gravidade
• Rugosidade da superfície pode ser detectada pelo altímetro
• Reflexão na crista ocorre antes da reflexão no cavado
• Possível estimar a altura média das ondas• Utilizado para correções de dados altimétricos
![Page 56: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/56.jpg)
7. 5. El Niño
Junho 2009
![Page 57: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/57.jpg)
El Niño
Julho 2009
![Page 58: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/58.jpg)
El Niño
Agosto 2009
![Page 59: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/59.jpg)
El Niño
Setembro 2009
![Page 60: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/60.jpg)
El Niño
Outubro 2009
![Page 61: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/61.jpg)
Out. 1997
Out. 2004
Out. 2009
![Page 62: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/62.jpg)
7. 6. Armazenamento de calor
![Page 63: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/63.jpg)
• Apesar da máxima compressão da água ser de 4% (praticamente incompressível), ainda afeta o nível do mar em vários cm, para a altimetria tem diferença.
7. 6. Armazenamento de calor
![Page 64: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/64.jpg)
7. 7. Ondas de Rossby
• Transferem a energia para o interior dos oceanos proveniente dos contornos
• Propagação para oeste• Restauração pela lei da conservação da
vorticidade potencial
![Page 65: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/65.jpg)
Diagramas de Hovmöller
![Page 66: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/66.jpg)
8. Trabalho
• Dados podem ser adquiridos na página da AVISO(Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Data in Oceanography)
http://www.aviso.oceanobs.com/en/data/products/index.html
• Objetivo do trabalho é determinar a velocidade geostrófica de correntes de contorno oeste a partir dos dados de topografia dinâmica, extraídos do produto altimétrico
• 5 correntes de contorno = 5 grupos
![Page 67: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/67.jpg)
Trabalho
• Dado: 1/3o x 1/3o
• Produto AVISO: médias de 7 dias• Calculada médias semestrais para remover
ruídos• Merged: combinação de dados de mais
satélites
![Page 68: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/68.jpg)
1o semestre 2008
![Page 69: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/69.jpg)
2o semestre 2008
![Page 70: Altimetria](https://reader035.vdocuments.com.br/reader035/viewer/2022081520/56815753550346895dc4f918/html5/thumbnails/70.jpg)
Mais alguns sites (produtos e dados)
• http://www.csr.utexas.edu/grace/• http://www.aviso.oceanobs.com/• http://earth.esa.int/brat/