Perguntas freqüentes 1. O que é o produto “sondagem atmosférica por sensoriamento remoto”? São produtos, normalmente perfis de temperatura e de umidade e informações obtidas através desses perfis, produzidos a partir de informações de radiâncias medidas através de sensores a bordo de satélites meteorológicos. Os perfis são obtidos fazendo-se uso da Equação de Transferência Radiativa (ETR) que irá relacionar a radiância medida pelo satélite com perfis de temperatura e umidade. 2. Como surgiu essa linha de estudo? As primeiras imagens das nuvens foram obtidas no início dos anos 40 durante a Segunda Guerra Mundial. Porém somente na década de 50 é que surgiram as primeiras propostas para explorar a estrutura vertical da atmosfera terrestre a partir de sensores de radiação a bordo dos satélites.

3. Quais são os satélites utilizados e onde são recebidos os dados e processados os produtos disponibilizados? Os satélites atualmente (janeiro/2011) utilizados são os satélites de órbita polar NOAA-18 da série TIROS/NOAA, TERRA e AQUA do Programa de Observação da Terra. Além do satélite geoestacionário GOES-12. Os satélites de órbita polar possuem pelo menos duas passagens por dia enquanto o geoestacionário tem seis passagens por dia. As estações de recepção dos dados desses satélites pelo INPE estão localizadas em Cachoeira Paulista-SP (NOAA-18 e GOES-12) e Cuiabá-MT (AQUA e TERRA). Para o ano de 2011 espera-se que a estação de Natal-RN comece a receber os dados dos satélites NOAA. Todos os produtos apresentados na pagina de sondagem da DSA são processados em Cachoeira Paulista-SP.

4. Quais são os produtos disponibilizados pelo INPE na área de sondagem?

São diversos produtos gerados e distribuídos diariamente através da página de sondagem. Entre eles pode-se destacar campos de temperatura e razão de mistura para diversos níveis (950, 850, 700, 500 e 250 mb), temperatura de superfície, Índice de estabilidade atmosférica K, umidade relativa, além dos diagramas SkewT/LogP para diversas localidades da América do Sul. Os sensores a bordo dos satélites AQUA e TERRA também tornam possíveis a geração de produtos como Concentração de monóxido de carbono (CO) e outros gases como gás carbônico (CO2), Metano (CH4) e conteúdo total de Ozônio (O3)

5. Como é obtido o produto? Os sensores utilizados para a inferência de perfis atmosféricos, também chamados de sondadores atmosféricos, trabalham da seguinte forma: a radiação proveniente da atmosfera que é detectada pelo sondador em diferentes freqüências origina-se, em grande parte, de uma determinada camada da atmosfera e está relacionada com a temperatura ou (se a temperatura for conhecida) com a concentração do gás absorvedor

(vapor d’água, ozônio, entre outros) naquele nível. Observações feitas em freqüências cujos coeficientes de absorção são diferentes permitem a determinação da temperatura ou da concentração de vapor d’água em níveis mais altos ou mais baixos da atmosfera, por maio da solução da Equação de transferência Radiativa. Embora existam diversos métodos matemáticos propostos para solucionar este problema, ele continua sendo objeto de pesquisas. A resolução vertical da sondagem varia de acordo com o instrumento, a freqüência e o parâmetro que está sendo estimado. 6. Qual a importância e utilidade desses produtos? A vantagem da sondagem atmosférica através de satélites é que possuímos informações do estado da atmosférica em diversas regiões remotas que dificulta a instalação de redes de observações a partir da superfície, como oceano e regiões de florestas. Além disso, essas informações têm grande importância para a previsão numérica de tempo, que faz uso de modelos matemáticos, particularmente no Hemisfério Sul onde existe um baixo número de dados convencionais. Com a geração do produto Diagrama SkewT/LogP (inicialmente para os satélites NOAA-18 e GOES-12) pode-se obter as mesmas informações que as radiosondagens convencionais realizadas nos Aeroportos do Brasil, com a vantagem de existirem mais pontos disponíveis.

7. Quais outras informações são úteis sobre os produtos gerados?

A tabela abaixo sumariza diversas informações técnicas sobre os satélites e sensores utilizados para geração dos produtos gerados na página. Tabela 1 – Sensores dos satélites e esquema operacional utilizados na inferência de perfis verticais no CPTEC/INPE.

Características técnicas

Sensor de inferência de sondagens e algoritmos de processamento

Satélite

Sensor

AQUA

AIRS

NOAA18 HIRS

AQUA

AIRS

GOES10&12

GOES-Sounder

AQUA

MODIS

TERRA MODIS

Órbita/Hora da Passagem: UTC Polar/ 5 e 17 Polar/ 3,

5,16, e 18 Polar/5 e 17 Geo. /(1hora /setor)

AMS = 4 setores Polar/5 e 17

Polar/2, 14

e 15

Local. Antena

de recepção

Cuiabá - MS

Cach.Pta - SP

Cuiabá - MS

Cach.Pta - SP

Cuiabá - MS

Cuiabá-MS

Modelo de Inversão NASA IAPP IMAPP

v5.2.1 Ma et al., 1999

Algorítimo IMAPP-MODIS

IMAPP- MODIS

(MYD07) (MOD07)

Condição inicial

( N. de canais espectrais usados)

NCEP/gblav

(20)

Regressão

(20)

Regressão

(27)

CPTEC Global Model T213L42

(18)

Regressão

(12)

Regressão

(12)

Res. Esp. (km)

N. níveis verticais

50

100

100

42

50

28/100

10

40

5

20

5

20

Período dos dados do produto

08/2005

Atual

10/2006

Atual

04/2007

Atual

07/2007-

02/2009

07/2010 - Atual

09/2007

Atual

09/2007

Atual

Produto Perfis e Gases Perfis Perfis Perfis Perfis Perfis

8. Quando os dados disponibilizados são atualizados na página de sondagem? O horário estimado para que os produtos estejam disponíveis na pagina de sondagem irá variar conforme o satélite e o tempo de processamento de cada produto. Em geral os produtos são atualizados conforme citado abaixo: NOAA18 – 07, 19 UTC AQUA_AIRS_IMAPP – 12 UTC (produto do dia anterior devido dependência de arquivos oriundos da NASA e arquivos auxiliares de outras fontes) AQUA_AIRS_NASA – 06, 07, 18 e 19 UTC AQUA_TERRA_MODIS Aqua: 06, 19 UTC Terra: 05, 16 UTC GOES12 – 00, 04, 08, 12, 16 e 20 UTC 9. Qual a confiabilidade dos produtos disponibilizados? Para sondadores atmosféricos que operam no infravermelho, os resultados são expressivos sobre regiões de céu claro. Em situações de céu nublado, os dados de satélite contaminados pela presença de nuvem não possuem um nível de confiabilidade alto, por isso as regiões cobertas por nuvem não possuem as informações em alguns produtos disponibilizados na página. Para solucionar o problema utilizam-se sondadores que operam na faixa das microondas não afetadas pela maioria dos tipos de nuvem. Os perfis atmosféricos de temperatura e de umidade estimados operacionalmente na DSA a

partir de dados do satélite NOAA atingiram níveis de qualidade aceitáveis que estão dentro das especificações dos sensores, que prevê erros de até 1,5K para os perfis de temperatura e de 1,5g/kg para os de umidade. Por outro lado, os erros esperados nos perfis atmosféricos inferidos a partir de dados de sondadores mais sofisticados, como por exemplo os sensores do satélite AQUA, são de 1K e 1g/kg para temperatura e umidade, respectivamente. 10. Qual são os algoritmos de recuperação dos produtos disponibilizados de cada satélite? Devido a diferença entre sensores, cada satélite necessita de um algoritmo diferente para recuperação dos produtos disponibilizados na pagina de sondagem a partir das radiâncias medidas. Abaixo apresenta-se um sumário do processo utilizado na DSA retirado do artigo Rodrigues et al, 2010 (Congresso Brasileiro de Meteorologia). AQUA-AIRS-NASA

Foi desenvolvido por Susskind et al (2003). Este modelo permite inferir diversas variáveis atmosféricas ( Temperatura da Superficie; Nebulosidade; Água líquida; Pressão do topo de nuvem; Temperatura do ar; Água Preciptável; Altura da Tropopausa), incluindo gases atmosféricos de efeito estufa (CO, CO2, O3, CH4). Utiliza basicamente 3 dados no processamento: arquivos de radiâncias nivel 1B da NASA (National Aeronautics and Space Administration) do sensor AIRS (Advanced Infrared Sounder) e AMSU (Advanced Microwave Sounding Unit) e a condição inicial proveniente das análises do NCEP (National Centers for Environmental Prediction) denominado GBLAV (Global Operational Aviation Analyses and fore-casts). São utilizados o método físico-estatístico e o algoritmo denominado RTA (Rapid Transmittance Algorithm).

A Figura 1 apresenta um exemplo da cobertura espacial do satélite AQUA para representar as variáveis atmosféricas mencionadas na seção 2.1.

Figura 1. Exemplo do produto Temperatura do Ar do satélite AQUA.

MODELO AQUA-AIRS-IMAPP

Para processamento é utilizado o Modelo de Inversão IMAPP - International MODIS/AIRS Processing Package, desenvolvido pela NASA-Jet Propulsion Laboratory e Universidade de Wisconsin, usando os arquivos de dados brutos recebidos pela antena de Cuiabá. Gera as seguintes variáveis: Água Precipitável; Altura da Tropopausa; Nebulosidade; Pressão do Topo da Nuvem; Temperatura da Superfície e Temperatura do Ar.

Figura 2. Exemplo do produto Temperatura do satélite AQUA.

MODELO PRODUTOS MODIS – AQUA e TERRA

O sensor MODIS (Moderate- resolution Imaging Spectoradiometer), a bordo dos satélites AQUA e TERRA, não é essencialmente um sondador, mas possui canais com resolução espectral necessária para gerar sondagens. Para processamento é utilizado o Modelo de Inversão IMAPP - International MODIS/AIRS Processing Package, desenvolvido pela NASA-Jet Propulsion Laboratory e Universidade de Wisconsin. São utilizados arquivos de radiâncias e geolocalização como dados de entrada, gerando as variáveis atmosféricas: Temperatura de Superfície; Temperatura do Ar; Temperatura de Orvalho; Ozônio Total; Água Precipitável e Índices de Instabilidade (K, TT e Levantamento).

Figura 3. Exemplo do produto Temperatura do Ar do satélite TERRA

MODELO NOAA-18

Utiliza o Modelo de Inversão IAPP (International ATOVS Processing Package), que recupera os parâmetros atmosféricos em 4 etapas: detecção e remoção de nuvens, ajuste de viés, recuperação de regressão estatística e física não-linear. Utiliza dados de entrada: HIRS (nível L1D), dados de modelo de previsão, observações de superfície e dados de topografia. Gera as seguintes variáveis atmosféricas: Temperatura do Ar; Umidade; Total de Ozônio; Água Precipitável e Temperatura da Superfície.

Figura 4. Exemplo do produto Temperatura do Ar do satélite NOAA18

MODELO GOES-10/12

Destaca-se em relação aos demais por gerar perfis (Temperatura e Razão de Mistura) a cada 4 horas por setor. A América do Sul tem 4 setores. O modelo de inversão foi desenvolvido por CIMSS (Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies), e é baseado em um algoritmo físico não-linear. A inferência inicia-se com uma condição inicial de perfil de temperatura e vapor de água provenientes do modelo de previsão do CPTEC.

Figura 5. Exemplo do produto Temperatura de Brilho do satélite GOES10.

11. Qual a ligação com outros produtos da DSA? Os perfis atmosféricos gerados a partir de informações de satélites podem ser utilizados nas estimativas de “Radiação Solar e Terrestre” e de “Radiação Ultravioleta”. No primeiro, as informações sobre a umidade atmosférica são fundamentais nas estimativas do saldo de radiação solar e no segundo, os perfis de ozônio são importantes nas estimativas de radiação ultravioleta. Os diagrama SkewT/LogP apresentados também podem ser úteis na ausência de estações de radiossondas convencionais (usualmente lançadas em alguns aeroportos brasileiros) ou para comparação de seus dados. 12. O que é o produto “Índice K de estabilidade atmosférica” para os satélites NOAA-18, GOES-12 e sensor MODIS dos satélites TERRA e AQUA?

O índice em questão é uma medida do potencial de tempestades baseado na taxa vertical de variação de temperatura, no conteúdo de umidade na baixa troposfera e na extensão vertical da camada úmida.

O seu cálculo é realizado através da equação (1):

K = [T(850) - T(500)] + Td(850) - Dd(700)

Onde:

T é a temperatura do ar (em 850 e 500)

Td é a temperatura do ponto de orvalho (em 850)

Dd é a depressão do ponto de orvalho onde Dd(700) = T(700) – Td(700)

O índice K tende a melhor captar condições favoráveis à ocorrência de tempestades em ambientes úmidos em toda a troposfera, como é típico de ambientes tropicais.

Usualmente entende-se que quanto mais positivo for este índice, maior será a probabilidade de ocorrência de tempestades. Entende-se que a relação entre o valor do índice K e a probabilidade de ocorrência de tempestade é expressa abaixo:

< 15 : 0 %

15 a 20: 20 %

21 a 25: 20 a 40 %

26 a 30: 40 a 60 %

31 a 35: 60 a 80 %

36 a 40: 80 a 90 %

> 40: perto de 100 %

13. O que é o produto “Água Precipitável” existente também nos diagramas SkewT/LogP para os satélites GOES-12 e NOAA-18?

Água precipitável é a quantidade de água, expressa em altura ou em massa (no caso apresentado pelo DSA é em massa), que seria obtida se todo o vapor de água contido numa coluna de atmosfera de seção transversal horizontal unitária se condensasse e precipitasse.

Entende-se que valores altos de água precipitável podem indicar subseqüentes precipitações. Assim, quando existem altos valores associados a instabilidades locais como as calculadas e apresentadas no diagrama SkewT/LogP, chuvas, em alguns casos até intensas, podem vir a ocorrer.

14. O que consiste os chamados “setores” em alguns produtos dos satélites NOAA-18 e GOES-12?

Alguns sensores não possuem a capacidade de observar uma grande área, como a América do Sul inteira, em somente uma passagem/varredura. Por isso, para realizar a varredura dessa área por completo é necessário duas passagens, como no caso dosatélite NOAA-18 e quatro para o satélite GOES-12.

Abaixo são mostrados os setores e horários de passagem:

Setores do sondador do Satélite GOES-12

O sondador do GOES-12 de modo semelhante ao do GOES-10, realiza as medições simultâneas em 4 linhas sucessivas conforme mostrado na figura, movendo-se 10 km de oeste para leste. Após o término dessa linha o sondador irá realizar as medições nas próximas quatro linhas ao sul, entretanto no sentido leste para oeste. Dessa maneira, após 4 horas de medidas tem-se uma cobertura completa da América do Sul.

Figura – Setores onde são realizadas as sondagens do GOES-12. Fonte: Gonçalves (2009) adaptado de NOAA (2008).

Os horários (UTC) do sondador do satélite GOES-12 estão apresentados na figura abaixo:

Setor Horário (UTC)

Setor 01 03 07 11 15 19 23

Setor 02 04 08 12 16 20 00

Setor 03 05 09 13 17 21 01

Setor 04 06 10 14 18 22 02

Setores do sondador do Satélite NOAA-18

Exemplo dos setores para o satélite NOAA-18 estão apresentados abaixo. Ressalta-se que ocorre deslocamento dos setores todos os dias.

Figura – Setores onde são realizadas as sondagens do NOAA-18 para a passagem as 07Z e 19Z.

Os horários (UTC) do sondador do satélite NOAA-18 estão apresentados na figura abaixo:

Setor Horário (UTC)

Setor 01 06 18

Setor 02 07 19

15. Como sei o horário exato da medição sobre um determinado ponto? Através das órbitas dos satélites disponibilizadas pelos links abaixo: NOAA18: http://www.ssec.wisc.edu/datacenter/NOAA18/ AQUA: http://www.ssec.wisc.edu/datacenter/aqua/ TERRA: http://www.ssec.wisc.edu/datacenter/terra/ Lembramos que o satélite GOES12 é geoestacionário, portanto as órbitas serão fixas.

Setor 1

Setor 2 Setor 1 Setor 2

16. Porque determinadas áreas/regiões dos produtos como Temperatura e Razão de Mistura em um determinado nível de altura não aparecem?

Devido a limitações dos sensores infravermelhos, nas regiões onde existe a “contaminação” devido à presença de nuvens, o algoritmo para recuperação dos perfis de temperatura e umidade possuem níveis de confiança relativamente baixos e não são disponibilizados na pagina de sondagem.

17. Porque em certas ocasiões 1 dos 4 setores dos produtos do satélite GOES-12 ou 1 dos 2 setores dos produtos do NOAA-18 não aparecem?

É necessário o recebimento dos dados dos satélites a partir de uma das estações de recepção do INPE no Brasil (Cuiabá-MT e/ou Cachoeira Paulista/SP conforme o satélite em questão). Dessa forma se houver alguma falha no envio dos dados ou na recepção dos mesmos por essas estações algum dos setores não serão disponibilizados.

18. Quais são os próximos passos nessa área? Pretende-se reformular os produtos de sondagem derivados dos satélites TERRA e AQUA, além de disponibilizar a validação dos produtos de todos os satélites utilizados para os usuários.

Um processo importante será a assimilação de radiâncias operando na faixa do microondas nos modelos operacionais do CPTEC/INPE. Dessa forma irá trazer grandes melhorias nos produtos gerados por esses modelos. Estima-se que esse processo será realizado nos anos de 2011 e 2012.

19. Como fazer para referenciar o uso dos dados de sondagem do INPE?

Citando a página internet deste sistema, http://www.satelite.cptec.inpe.br/sondagens