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Joao Gonçalo Ricardo Rodrigues - 45365
Estimativa de precipitação usando dados de sensor
MicroondasDepartamento de Física 2011
Detecção RemotaPratica II
Índice
Comparação entre Microondas e IR
Taxa de Precipitação - no local
Escolha do comprimento de onda
Espectro infravermelhos
Espectro electromagnético - Passivo
Espectro passivo do Microondas
Espectro electromagnético - Activo
Modelo de nuvens convectivas
Sensor remoto infravermelho
Sensores de baixa frequência
Sensores de alta frequência
Sensores Remotos activos
Sensores passivos e activos
Conclusões
Bibliografia
Introdução
•Bases cientificas utilizadas na previsão da precipitação, usando sensores remotos de microondas;
•Comparar técnicas de monitorização;
•Explicar a dificuldade de previsão em terra e no mar, e suas diferenças;
•Propriedades das nuvens, relevantes a previsão de precipitação;
•Taxa de precipitação;
•Microondas passivos e activos
•Exemplos do estudo. Fig.1 - previsão da taxa de precipitação (meted.ucar.edu)
Comparação entre Microondas e IR
•Obtenção de dados mais dificultada em, relação a TPW* e CLW**, pois as nuvens contem agua e gelo;
•Imagem tirada a 89Ghz AMSR-E da costa este da América do norte;
•Pontos azuis no mar indicam precipitação derivada de uma frente convectiva;
•Base da previsão da precipitação.
•*TPW - total precipitable water
•** CLW - cloud liquid water
Fig.2 - Microondas Sensor AMSR-E de 89Ghz (meted.ucar.edu)
Comparação entre Microondas e IR
•Obtenção de dados mais dificultada e, relação a TPW e CLW, pois as nuvens contem agua e gelo;
•Imagem IR GOES da mesma zona;
•Podemos observar a frente de convecção.
Fig.3 - Sensor GOES-10 de Infravermelho (meted.ucar.edu)
Taxa de precipitação - remota
•Dados de precipitação e de queda de neve;
•Dados obtidos tanto em mar, quando em terra;
Fig.4 - Taxa de precipitação a nível mundial para o dia 9 de novembro de 2005 (meted.ucar.edu)
Taxa de precipitação - no local
•Mapa global de recolha de dados relativos a precipitação;
•Diferenças de densidade de informação;
•Oceano quase sem informação;
•Unidade de medida da precipitação mm/hora .
Fig.5 - Rede internacional de Pluviometros (meted.ucar.edu)
Escolha do comprimento de onda
•Diferentes comprimentos de onda, conseguem resoluções e resultados diferentes;
•Nenhum é perfeito;
Fig.6 - Relação entre Comprimento de onda e transmitancia de sinal (meted.ucar.edu)
Espectro infravermelhos
•Mais usado pelos meteorologistas;
•Informação obtida pelos satélites geoestacionarios;
•Boa resolução espacial;
•Com nuvens, os valores obtidos, são os do topo da nuvem.
Fig.7 - Comprimento de onda do Infravermelho (meted.ucar.edu)
Espectro electromagnético- passivo
•Usado em satélites polares;
•Recebe sinal da existência de agua e gelo nas nuvens;
•Dados obtidos mais precisos.
Fig.8 - comprimento de onda para sensores passivos e activos (meted.ucar.edu)
Espectro passivo do Microondas
•Frequência mais baixo, corresponde a canais de Emissão. A energia reflectida nestes casos corresponde a gotas de agua;
•As frequências mais altas, ou canais de Scattering, recebem informação pelas partículas de gelo acima do ponto de fusão;
•Num futuro próximo, espera-se poder juntar os dois canais, num novo satélite chamado “National Polar-orbiting Operational Environemental Satellite System”(NPOESS)
Fig.9 - Diferença entre Frequências (meted.ucar.edu)
Espectro electromagnético - Activo
•Utiliza radares, e a aviação;
•Exemplos de microondas activos:
•RADARSAT-1
•Scatterometry
•Altimetry
•Uso conjunto, cria mapa 2D de zonas com agua;
•Melhor resultado obtido, tanto para horizontal, quanto vertical.
Fig.10 - exemplo de sensor activo (http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect8/Sect8_8.html)
Modelo de nuvens convectivas
•Nuvem constituída por agua em diferentes estados;
•Exemplo do que o satélite observa;
•Acima do “Freezing level” é composto por partículas de gelo;
•Nesta parte funciona as Frequências altas;
Fig.11 - Zona de funcionamento das frequências altas (meted.ucar.edu)
Modelo de nuvens convectivas
•Nuvem constituída por agua em diferentes estados;
•Exemplo do que o satélite observa;
•Abaixo do “Freezing level” é composto por goticulas de agua;
•Nesta parte funciona as baixas frequências;
•Abaixo disto, forma-se chuva.
Fig.12 - Zona de funcionamento das baixas frequências (meted.ucar.edu)
Sensor remoto infravermelho
•Energia imitada pelo topo das nuvens;
•Não recolhe informação acerca da parte congelada nem da liquida da nuvem;
•Pouca informação acerca da taxa de precipitação.
Fig.13 - Funcionamento do sensor de Infravermelho (meted.ucar.edu)
Sensor remoto infravermelho
•Podemos “advinhar” que esta a chover, pela temperatura baixa do topo das nuvens;
•Difícil de estimar o taxa de precipitação.
Fig.14 - Sensor GOES-10 infravermelho (meted.ucar.edu)
Sensores de baixa frequência
•Exemplo de um sensor de baixa frequência de 37Ghz;
•Estudo sobre agua;
•A energia aumenta a medida que sobe na nuvem, recebe mais energia pela goticulas de agua( como visto atras);
•Valor final é superior ao inicial.
Video1 - Funcionamento de sensor de baixa frequência (meted.ucar.edu)
•Exemplo de um sensor de baixa frequência de 37Ghz;
•Zonas azuis, superfície do mar;
•Zonas laranjas superfícies terrestre;
•Manchas azuis em mar, representam presença de nuvens e de agua.
Fig.15 - Sensor AMSR-E 37ghz e interpretação da zona de nuvens (meted.ucar.edu)
Sensores de baixa frequência
•Exemplo de um sensor de baixa frequência de 37Ghz;
•Superfície é terra;
•Difícil de identificar nuvens;
•Temperatura superficial idêntica a da nuvem;
•Principal defeito da baixa frequência, sobre terra, não é eficaz.
Fig.16 - Sensor AMSR-E 37Ghz sobre terra (meted.ucar.edu)
Sensores de baixa frequência
Sensores de Alta frequência
•Exemplo de um sensor de alta frequência de 85Ghz;
•Energia sofre difração ao passar pelo gelo;
•Energia final é mais baixa que a inicial.
Video 2 - Funcionamento de sensor de alta frequência (meted.ucar.edu)
Sensores de Alta frequência
•Sensor GOES IR, sobre terra;
•Zona mais alaranjada, corresponde a zona de nuvens, temperatura mais baixa;
•pouca informação quanto a se vai chover, ou se esta a chover.
Fig.17 - Sensor GOES IR e interpretação da zona com nuvens (meted.ucar.edu)
Sensores de Alta frequência
•Sensor AMSR-E de 89 Ghz;
•Zonas azuis escuras, representam nuvens com gelo, que futuramente iram começar a chover.
Fig.18 - Sensor AMSR-E 89Ghz e interpretação das zonas com gelo (meted.ucar.edu)
Sensores de Alta frequência
•Sensor AMSR-E de 89 Ghz;
•Podemos agora calcular a taxa de precipitação, recorrendo aos dados da imagem anterior;
Fig.19 - Sensor AMSR-E e estimativas da taxa de precipitação (meted.ucar.edu)
Sensores Remotos activos
•Sensores activos imitem um impulso de microonda, que interage com a atmosfera, ao perder energia, o satélite ou aparelho que o esta a medir, interpreta o que atravessou;
•Funciona como os antigos aparelhos de previsão meteorológica que imitem impulsos.
Video 3 - Funcionamento de sensores remotos activos (meted.ucar.edu)
Sensores passivos e activos
Fig.20 - Radar NEXRAD 2Km comparado com o Sensor AMSR-E (meted.ucar.edu)
•Resolução espacial;
•Vista nocturna;
•Ambos veiem a mesma frente de nuvens;
.
Conclusões
•Radares em terra, tem uma baixa zona coberta, e baixa presença nos oceanos;
•Sensores infravermelhos presentes nos satélites geoestacionarios, oferecem boa base de dados espacial e temporal, no entanto apenas observam o topo das nuvens;
•Sensores de microondas passivas são bons para fazer estimativas da precipitação;
•Sensores de microondas activos oferecem estimativas muito precisas de precipitação;
Fig.1 - cor natural RGB do norte de África (meted.ucar.edu)
Bibliografia
•The COMET® Program. "Clouds, Precepitation, & Water Vapor." Microwave Remote Sensing. University Corporation for Atmospheric Research. Web. 25 Sept. 2011. <http://www2.ucar.edu/>;
•Apontamentos disponiveis torre.fis.ua.pt.
•http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect8/Sect8_8.html
•http://en.wikipedia.org/wiki/NPOESS