the impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor,...
TRANSCRIPT
![Page 1: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/1.jpg)
The impact of interpolation of
meteorological measurements
in the quality of IWV-GNSS
values
Mariana Dias Chaves
Luiz Fernando Sapucci
João F. Galera Monico
![Page 2: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/2.jpg)
Sumário
• Introdução;
• Propagação dos erros do IWV;
• Experimento;
• Dados analisados.
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
![Page 3: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/3.jpg)
Introdução
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
As observáveis básicas do posicionamento geodésico utilizando o
Sistema Global de Navegação por Satélites (Global Navigation Satellite
System - GNSS) são: distâncias entre as antenas dos satélites artificiais
do sistema e dos receptores com base nos sinais de radiofrequência.
Uma das fontes de
erros associadas a esse
tipo de medidas é a
camada eletricamente
neutra da atmosfera
terrestre, Troposfera,
que causa o chamado
atraso troposférico
(Tropospheric Delay –
Dtrop) nos sinais que a
percorrem. Figura 1: Propagação do sinal de radiofreqüência na atmosfera
Fonte: http://satelite.cptec.inpe.br/zenital/nota.jsp
![Page 4: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/4.jpg)
Introdução
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Os valores do IWV apresentam um benefício potencial para a Previsão
Numérica de Tempo (PNT), pois com a assimilação desse tipo de dado é
corrigida a estrutura vertical do vapor d’água, e, por conseqüência, se obtêm
um melhor estado inicial no modelo. Atualmente, encontra-se em fase de teste
a assimilação desses dados no Centro de Previsão de Tempo e estudos
Climáticos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (CPTEC-INPE).
As estimativas do atraso, quando tratadas na direção zenital (ZTD) podem ser
convertidas em estimativas do vapor d’água integrado na atmosfera (Integrated
Water Vapor - IWV).
O Dtrop pode ser estimado juntamente com a minimização das demais fontes de
erros das observáveis GNSS.
![Page 5: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/5.jpg)
Introdução
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
O emprego de redes de monitoramento contínuo dos sinais GNSS para essa
finalidade, no caso, a utilização dos dados da RBMC (Rede Brasileira de
Monitoramento Contínuo) sobre o território brasileiro requer que medidas de
pressão atmosférica e temperatura sejam realizadas junto à antena GNSS para
obter a máxima precisão nos valores do IWV.
Na ausência de tais medidas, algumas alternativas podem ser a utilização de
valores oriundos de Plataformas de Coleta de Dados (PCDs) ou de
informações provenientes das estações meteorológicas convencionais
homologadas pela Organização Mundial de Meteorologia.
![Page 6: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/6.jpg)
Introdução
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Figura 2: Estações meteorológicas automáticas do Brasil
Fonte: http://www.inmet.gov.br/sonabra/maps/automaticas.php
Figura 3: Estações RBMC no Brasil
Fonte: ftp://geoftp.ibge.gov.br/RBMC/relatorio/RBMC_2010.png
![Page 7: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/7.jpg)
Introdução
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Já nas estações convencionais, o
problema é que as medidas são
efetuadas por operadores e por
isso a taxa de coleta não é
uniforme sendo requerido uma
interpolação temporal nas
medidas.
Embora as PCDs possuam coleta
automatizada e independam da
intervenção humana para a
realização das medições, muitas
delas estão munidas de barômetros
de baixa precisão (1 hPa).
Em ambas as opções há a problemática de que a densidade de estações não é
grande e, por isso, há estações GNSS em que as meteorológicas mais
próximas estão distantes alguns quilômetros, exigindo nesse caso uma
correção nas medidas em função da distância.
![Page 8: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/8.jpg)
Propagação dos erros do IWV
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
O IWV é estimado e expresso
em função de medidas.Tm
kkR
ZIWV
w
WD
3'
2
610
.
)00028,0-2cos0026,0-1()1027683157,2(
3-
h
PsxZ
HDWDHDTDZZZ
),',,,,,(32
KKRTmZZZfIWVWWDHDTD
Tais medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância.
Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise das fontes de erros
presentes na conversão do valor do atraso em IWV é um fator determinante na
precisão dos valores. Dessa forma, esses erros devem ser quantificados
corretamente.
![Page 9: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/9.jpg)
Propagação dos erros do IWV
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
A avaliação das medidas
nas quantidades calculadas
e eventuais correlações
como funções das
dispersões das medições é
definida como a Propagação
de Variância-Covariância
(Propagação dos erros).
22
HDTDWD ZZZ
2
2
3-
2
2
3-
)00028,0)2cos(00026,01(
1027683157,2
)00028,0)2cos(00026,01(
1027683157,200028,0hPs
s
Zh
x
h
Px
HD
24
22
3
22
2
2
2
2
2
2
2
22 3
'
2
YT
K
YTYRZZW
M
T
M
KK
W
R
WD
Z
WDIWV
MWWD
Assim, aplicando-se a Lei de Propagação
Variância-Covariância nas equações, tem-se:
MT
KkY
3'
2YR
W
W
610
![Page 10: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/10.jpg)
Experimento
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Para analisar os dados
provenientes das estações e
confirmar a importância da
determinação da propagação da
variância das variáveis do IWV,
dados de estações meteorológicas e
GNSS foram organizados e
analisados sob dois aspectos: os
impactos em função da latitude e
altitude em que se encontram tais
estações.
Para análise de latitude, foram
consideradas as seguintes estações:Belém (BELE), Recife (RECF), Rio
de Janeiro (RIOD) e Santa Maria
(SMAR).
Para a análise da altitude, foram
consideradas as seguintes estações:Rio de Janeiro (RIOD), São Paulo
(SAOP), Presidente Prudente (PPTE) e
Brasilia (BRAZ).
Figura 4: Localização das estações GNSS e Meteorológicas
![Page 11: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/11.jpg)
Experimento
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
![Page 12: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/12.jpg)
Experimento
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
![Page 13: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/13.jpg)
Experimento
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Para análise dos resultados
apresentados nas tabelas, ao considerar
os dois aspectos investigados e a
incerteza na temperatura de 1K, a figura
a esquerda foi elaborada e apresenta os
valores dos desvios padrão em função
da latitude.
Da mesma maneira, a figura ao
lado apresenta os desvios padrão
em função da altitude.
![Page 14: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/14.jpg)
Experimento
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
A análise dos resultados mostrados na figura com relação à latitude indica que
as incertezas:
• apresentam comportamento diretamente proporcional à incerteza da pressão.
Quanto a comparação entre as estações:
• o maior valor do desvios padrão de IWV está na estação SMAR, e;
• o menor valor é encontrado na estação BELE.
Tais resultados revelam que a incerteza apresenta um padrão de ser maior
quanto maior a latitude da estação.
![Page 15: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/15.jpg)
Experimento
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Quanto a análise com relação à altitude, os resultados indicam que os valores
do IWV também apresentam comportamento diretamente proporcional à
incerteza da pressão.
Quanto a comparação entre as estações:
• os maiores valores de desvios padrão de IWV estão dispostos nas estações
SAOP e BRAZ respectivamente, situadas na maiores altitudes, e;
• valores menores de desvios padrão encontram-se nas estações localizadas
em baixas altitudes.
Tais resultados revelam que a incerteza é diretamente proporcional aos valores
de altitude.
![Page 16: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/16.jpg)
Dados analisados
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Para a conversão de valores do ZTD em valores de IWV há a necessidade de
que medidas da pressão atmosférica de boa qualidade na altura da antena
GPS estejam disponíveis.
A configuração ideal para isso é que os sensores sejam instalados próximos à
antena GPS e que sejam providos de sistemas apropriados de leitura
automática e disponibilizados de forma contínua.
No entanto, as estações GNSS e meteorológicas disponíveis não são densas e
por isso há estações GNSS em que as mais próximas estão distantes alguns
quilômetros exigindo, neste caso uma correção nas medidas.
![Page 17: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/17.jpg)
Dados analisados
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
A localização espacial das estações meteorológicas e GNSS, instaladas na
cidade de Salvador (BA), por exemplo, indicam que, embora a rede de
estações meteorológicas no Brasil seja, em algumas regiões, densa, a
distância entre as estações não atende a aplicação.
Em contrapartida, é possível identificar um tipo de problemática envolvendo a
distância das estações meteorológicas e GNSS com a qualidade e distribuição
espacial dos dados medidos das estações disponíveis. Nesse caso, tem-se
uma estação meteorológica ao lado de uma GNSS.
![Page 18: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/18.jpg)
Dados analisados
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Um experimento realizado baseou-se em dados de outro experimento de coleta
intensiva realizada em Alcântara - MA (http://gpmchuva.cptec.inpe.br/)
utilizando dois receptores GPS.
Um problema a ser resolvido era a disponibilidade de valores de temperatura e
pressão junto aos receptores. Enquanto um estava próximo de um radiômetro,
o qual possui sensores meteorológicos de temperatura, pressão e umidade, o
outro tinha duas opções: uma estação automática de número 32573, localizada
a poucos metros de distância, pertencente à rede do INPE, e assim
denominada, e uma estação automática da força aérea, denominada Radar, a
qual estava distante aproximadamente 2 km.
![Page 19: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/19.jpg)
Dados analisados
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Figura 6: Localização das estações meteorológicas do
experimento
Fonte: www.google.com.br
Figura 5: Localização do experimento em Alcântara-MA, Brasil
Fonte: http://gpmchuva.cptec.inpe.br/
![Page 20: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/20.jpg)
Dados analisados
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Estação Radiômetro: adotada como referência para que fosse possível a
comparação entre as estações Radar e INPE, já que os dados das estações
Radar e Radiômetro comportavam-se de maneira semelhante nas séries
temporais, tanto de pressão quanto de temperatura.
Estação Radar: intitulada parâmetro de comparação para as outras, por ser
uma estação meteorológica fixa e de taxa de amostragem grande com coletas
de 1 minuto enquanto que as estações INPE e Radiômetro apresentavam as
taxas 3 horas e 6 minutos respectivamente.
![Page 21: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/21.jpg)
Dados analisados
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Os dados dessas estações foram comparados a fim de avaliar o impacto no
IWV-GPS.
![Page 22: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/22.jpg)
Dados analisados
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Após a verificação de sua consistência, a estação de número 32573 no sitio do
INPE, apesar de apresentar bons resultados quanto a temperatura, não seria
indicada para uso de coleta de pressão. Fato que se dá por ser uma estação
com baixa taxa de amostragem, e que pode apresentar falhas técnicas.
![Page 23: The impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância. Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise](https://reader034.vdocuments.com.br/reader034/viewer/2022051601/5ac19d0a7f8b9a4e7c8d414e/html5/thumbnails/23.jpg)
Agradecimentos
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial