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