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Observação da Terra
Pedro Viterbo Instituto Português do Mar e da Atmosfera
Pavilhão do Conhecimento 201405
Agradecimentos: Carla Barroso1, Isabel Trigo1, Steve English2
1IPMA, 2ECMWF
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O sistema climático global
IPCC AR4, 2007
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Primórdios
Torriceli inventa o barómetro (séc XVI)
• Em 1596 Galileu “inventa” o termoscópio • Em 1612 Santorio Santorio inventa o termómetro • Em 1714 Fahrenheit inventou o primeiro termómetro de mercúrio
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Sencores de oportunidade: smart phones, UAVs, UAVs, carros, telhados, …
Primeiros satélites
operacionapara perfis
da atmosfera (NOAA-2)
Sondagens com satélites de órbita polar; Ventos com
órbita estacionária; Maias dados da
aviação comercial; Bóias derivantes
Primeiras redes de
radiosondagens, soindagens istemática,
Ano geofísico
Internacional: aumento da
rede de sondagens,
especialmente no
Hemisfério Sul
Estações clássicas,
dados pouco
partilhados
Mais satélites, aviões, boias, gliders e drifters oceânicos. Menos radiosondas, mas sondagens mais altas. Melhor conhecimento dos instruments. Mais obervações por hora.
Evolução do sistema de observações
1890 Hoje 1979 1957 1938
Observações de superfície
Satélites
Lo
g (n
úm
ero
de o
bserv
açõ
es)
1973
Radiosondagens
2100
1945 US Weather Bureau
Paul Poli, ECMWF
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A primeira carta meteorológica do mar?
Fitzroy, 1863: The Weather Book: A Manual of Practical Meteorology
Análise da tempestade “Royal Charter”, 1859
Imagem de satélite METEOSAT 4, combinando alta troposfera e baixa estratosfera, 1980
Fitzroy foi um dos primeiros a alertar para a necessidade dum sistema sinótico de observação e da análise sinótica
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Comunicações são essenciais
• A primeira transmissão do telégrafo de Paris foi feita para Lisboa e os Açores para transmitir dados de meteorologia
• Portugal foi um dos primeiros 6 países que participou na primeira troca de dados meteorológicos (1863)
• A transmissão foi feita para o Instituto Dom Luiz • A comunidade meteorológica rapidamente estabeleceu
um sistema de telecomunicações, que permitiu a partilha de observações na Europa e nos EUA
• Esse sistema rapidamente evoluiu para a a Organização Meteorológica Mundial, uma das primeira agências especializadas da ONU
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Rede meteorológica nacional
• Portugal tinha, no início do séc. XX, entre 5 e 10 estações meteorológicas • A rede tem neste momento cerca de 100 estações no Continente com
sensores de temperatura, humidade, pressão à superfície, velocidade e direção do vento
• A rede de precipitação do IPMA tem cerca de 100 udómetros, com a APA a assegurar cerca de 200 udómetros
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Evolução das observações convencionais
A B
C D
E H
I
J K
M
N
P Q
U V
Ships maintaining fixed locations
Rede de radiosondas Rede de estações
de superfície
1609 soundings/day
A B
C D
E H
I
J K
M
N
P Q
U V
1626 soundings/day
1958 1979
2001
1189 soundings/day S. Uppala
Paul Poli, ECMWF
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O volume das observações
RM
S e
rror
(m)
Time (hours)
SEVIRI 6.2 µm
De 12 em 12 horas o ECMWF assimila mais de 12 000 000 de dados de observações para corrigir as 100 000 000 variáveis que definem a atmosfera do modelo. O ECMWF monitoriza ainda 12 000 000 de observações adicionais.
As observações limitam o crescimento dos erros e permitem que haja previsão do tempo ...
• Os grandes centros meteorológicos (ECMWF, NCEP, CMA, DWD, MF, …) analisam as observações e usam-nas para criar condições iniciais para modelos de previsãoC
• ECMWF: Centro Europeu de Previsão do Tempo a Médio Prazo
Stephen English, ECMWF
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Observações convencionais usadas na análise operacional
.
DRIBU: PMSL, vento-10m
PILOT/Profilers: Vento
Aviação Comercial: Vento, Temperatura
SYNOP/METAR/SHIP: Pressão nível médio mar (PMSL), vento a 10m, 2m-Rel.Hum
Radiosondagens (TEMP): Vento, Temperatura, Humidade
Nota: Só se usa um conjunto limitado de variáveis observadas; espacialmente sobre terra.
Lars Isaksen, ECMWF
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Imagers: SSMI, SSMIS, AMSR-E, TMI
Ozone GPS radio occultations
Sounders: NOAA AMSU-A/B, HIRS, AIRS, IASI, MHS
Geostationary+MODIS: IR and AMV Scatterometer ocean low-level winds: ASCAT
Satellite data sources used by the operational analysis
Stephen English, ECMWF
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Data sources: Conventional
Instrument Parameters Height
SYNOP
SHIP
METAR
temperatura, temperatura
do ponto de orvalho,
vento
Continente: 2m, Navios:
25m
BUOYS temperatura, pressão,
vento
2m
TEMP
TEMPSHIP
DROPSONDES
temperatura, humidade,
pressão, vento
Perfil
PROFILERS vento Perfil
Aviação
comercial Temperaturea, pressão,
vento
Perfis
Dados em voo
Stephen English, ECMWF
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Que tipo de satélites são usados em Previsão Numérica?
Vantagens Desvantagens GEO (Geoestacionário) - Cobertura regional Não pode haver cobertura com 1 só satélite
- Cobertura temporal (imagens de 15 em 15 min)
LEO (Low Earth Orbit, Órbita polar) - Cobertura global com apenas um satélite
Stephen English, ECMWF
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Ocultação de sinais de
rádio
Geo IR e Polar MW Imagens
Seguimento de padrões em imagens (p. ex. ventos com movimento de nuvens), scatterometers e ventos
doppler
GEO sondador Infravermelho
Radar e atraso de
fase do
GPS
Sondadores
Polares IR + MW
Humidade Massa
Vento
Deteção Remota
Sensores Ultravioletas
Sub-mm, IR
póximo +
visível
(e.g.
Lidar)
IR = Infravermelho MW = MicroWave
Stephen English, ECMWF
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Metop
Número de produtos de satélites assimilados pelo ECMWF
Stephen English, ECMWF
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Metop
Stephen English, ECMWF
Número de produtos de satélites monitorizados pelo ECMWF
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Variáveis de estado do modelo e observações
MASSA (temperatura, pressão…) Radiosondas, surface observations, satellite sounders, aircraft
ÁGUA (humidade, nuvens, precipitação…) Radiosondas, osbervações de superfície, satélite sondadores e imagens, aviação comercial, radar, lidar
DINÂMICA (vento, vorticidade, convergência …) Radiosondas, osbervações de superfície, imagens de satélite, scatterometer/ /radar/lidar, aviação comercial
COMPOSIÇÃO (ozono, aerosol…) Sondas de ozono, observações de superície, sondadores
SUPERFÍCIE (Tipo de superfície, temperatura, água no solo, heterogeneidade …) Satélites com sistemas ativos e passivos, observações à superfície
Stephen English, ECMWF
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Observações e qualidade das previsões
Stephen English, ECMWF
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Impacto combinado de todos os dados de satélite
EUCOS Experiências de sistema de observação(OSEs): • Sistema de previsão do ECMWF em 2007; • inverno e verão, • Diferentes sistemas de base:
• sem dados de satélite (NOSAT),
• NOSAT + AMVs, • NOSAT + 1 AMSU-A,
• Impacto geral de satélites, • Impacto de sub-sistemas, • Totalidade das observações convencionais. Correlação das amomalias de geopotencial aos 500 hPa
3/4 day
3 days
Stephen English, ECMWF
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22 19-05-2014 22
100% Topo da Atmosfera
3%
20% Reflectida pelas nuvens Retrodifundida pela atmosfera 6%
Absorvida pela Atmosfera 16%
ATMOSFERA
Absorvida pelas nuvens
Absorvida pela Terra 51%
Reflectida pela Superf. 4%
Interacções da Radiação com a Atmosfera:
A Atmosfera interage com a radiação solar: Absorção; Retrodifusão; Reflexão
Radiação Solar
Isabel Trigo, IPMA
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23
Efeito da Atmosfera
A transmissivade da atmosfera varia fortemente ao longo do
espectro electromagnético:
Regiões opacas estão associadas a picos de absorção
de gases constituintes da atmosfera.
Radiação Solar
Radiação “bloqueada” pela Atmosfera
0.1 0.3 0.5 0.7 1 5 10 15 20 Comprimento de Onda (m)
100%
50%
0%
Visível
Infra-Vermelho UV
Ozono Vapor de
Água Dióxido de Carbono
Isabel Trigo, IPMA
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Radiação Solar Descendente à Superfície
Moçambique ~ 16 Km2
Moçambique ~ 3.5 Km
Brasil ~ 3.5 Km
S. Tomé 3 Km
Guiné Bissau ~3 Km
Portugal > 4 Km
Cabo Verde ~ 3 Km
Angola ~3 Km
(km)
Resolução Espacial
Isabel Trigo, IPMA
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Nuvens DSSF com valores mais baixos (verdes escuros-azuis escuros)
Variação Mensal de DSSF ao longo do ano:
Variação da posição do Sol
O máximo de DSSF desloca-se:
de Sul para Norte de Janeiro a Junho
de Norte para Sul, de Julho a Dezembro
Radiação Solar Descendente à Superfície
FSolar na Land-SAF - MSG/SEVIRI
Isabel Trigo, IPMA
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FSolar - Aplicações
15 Jan 2008 MJ/m2
Radiação Solar diária acumulada
15 Mar 2008 MJ/m2 15 Jun 2008 MJ/m2
15 Aug 2008 MJ/m2 15 Nov 2008 MJ/m2
Isabel Trigo, IPMA
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FSolar - Aplicações
15 Jan 2008 MJ/m2
Evapotranspiração de Referência diária
15 Mar 2008 MJ/m2 15 Jun 2008 MJ/m2
15 Aug 2008 MJ/m2 15 Nov 2008 MJ/m2
Isabel Trigo, IPMA
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MAPEAMENTO DA ONDA DE CALOR NA EUROPA (JULHO 2007)
Compósito de LST 19-23 July 2007
Temperatura da Superfície Terrestre sobre a zona Mediterrânica evidenciando as elevadas temperaturas que ocorreram durante a onda de calor na Europa em Julho de 2007
Temperatura de Superfície - Aplicações
Mapeamento de Ondas de Calor
Isabel Trigo, IPMA
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15 Agosto 2009 00UTC
Montanhas
Temperatura de Superfície - Aplicações
Mapeamento de Zonas Urbanas – Ilha de Calor
Paris
Madrid
Roma
Lagos Interiores
Paris
Isabel Trigo, IPMA
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30
SEVIRI/MSG versus SPOT/VEGETATION
Parâmetros de Vegetação: FVC
FVC em África
Equipa Land-SAF (F. Camacho, J. Garcia-Haro)
Isabel Trigo, IPMA
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Temperatura do mar e cor (concentração de clorofila)
www.ipma.pt
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Saber mais
http://www.eumetrain.org/data/3/36/index.htm https://www.meted.ucar.edu/ http://l-zone.info/spacecraft/ http://www.eumetrain.org/data/1/174/course_1_lecture_1.html
http://www.zamg.ac.at/eumetrain/CAL_Modules/ForestFires/intro.html http://old.ecmwf.int/newsevents/training/meteorological_presentations/2013/DA2013/index.html