Universidade de São PauloInstituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas

Laboratório de Sinótica

Rastreamento de Sistemas ConvectivosFORTRACC

Diego Simões Fernandes

INTRODUÇÃO Satélite Geoestacionário GOES

Vantagens: Freqüência; Definição espacial; Caráter operacional.

Estas características são úteis para desenvolver e aplicar métodos de monitoramento afim de fornecer informações para previsão do impacto de alguns fenômenos meteorológicos, que ocorrem na escala de horas.

Crescimento e velocidade dos SCM;

Estimativa de precipitação.

INTRODUÇÃO

Monitorar o deslocamento dos SCM é de grande importância para a previsão de tempo e de fenômenos meteorológicos adversos.

Características das Células de Convecção

Organizadas em escalas de tempo e espaço;

Células isoladas da ordem de poucas centenas de metros a grandes aglomerado convectivos de milhares de quilômetros;

Vários ciclos de vida;

Diferentes tipos de nuvem.

INTRODUÇÃO Rastreamento dos Sistemas Convectivos

O estudo das trajetórias e ciclo de vida dos SCM utiliza imagens no canal IF termal do satélite geoestacionário, baseando – se na similaridade das características morfológicas e na área de superposição entre os SCM em imagens sucessivas.

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Pré-processamento das imagens

Necessidade de imagens de alta resolução temporal e espacial;

Poucas falhas;

Re-projetadas para projeção retangular;

Imagem é cortada para área de interesse;

São criados arquivos de LAT e LON.

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Definição dos limiares para classificação dos SC

Formação

Maturação

Dissipação

Cirrus 60%

Transição 20%

Convectiva 20%

Fig. 1 – representação esquemática do ciclo de vida de um SC.

Definição dos limiares para classificação dos SC

A partir destes limiares são gerados aglomerados de pixels (clusters) segundo os seguintes critérios:

a) Rastreamento de sistemas convectivos

b) Detecção precoce

Intervalo de temperatura

Limiar quente (K) Limiar frio (K)

Detecção Precoce de SC

250 235

Rastreamento de SC 235 210

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Definição dos espaços conexos que geram os clusters de pixels

Nesta fase, a imagem do satélite já foi transformada em uma imagem com três informações:

Ausência de SC;

Sistema Convectivo;

Célula Convectiva.

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Cálculos de parâmetros

Para cada SC são calculados, considerando os três limiares de temperatura, os seguintes parâmetros relativos aos SC:

Parâmetros morfológicos

Tamanho do SC (número de pixels e área); Raio efetivo do SC; Fração convectiva e numero de células convectivas; Tamanho das cinco maiores células convectivas encontradas no SC; Eixo de inércia; Inclinação e excentricidade do SC;

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Cálculos de parâmetros

Parâmetros radiativos

Temperatura média e mínima do sistema; Temperatura média das cinco maiores células convectivas;

Parâmetros de localização

Coordenadas do centro geométrico; Coordenadas do centro geométrico das cinco maiores CC; Data e hora (GMT).

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Variáveis incluídas no acompanhamento dos SC

O método de identificação de um mesmo SC no tempo “t” e nas imagens sucessivas em “t + ∆t” é baseado na superposição da área em imagens sucessivas. Para considerar a continuidade do SC é necessário seguir uma consideração:

150 pixels / ∆t = 30 min

Se a superposição for menor, o sistema não é considerado como sendo o mesmo sistema no tempo anterior.

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Variáveis incluídas no acompanhamento dos SC

Quatro tipos de situações são considerados neste algoritmo de acompanhamento:

Sistema (N)ovo (C)ontinuidade

(S)plit (M)erge

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Variáveis incluídas no acompanhamento dos SC

Alem dessas considerações sobre o acompanhamento do SC, é calculada a variação temporal dos parâmetros mais importantes, levando em conta a continuidade do sistema. As variáveis incluídas numa primeira etapa são:

Área do SC;

Temperatura média do SC;

Temperatura mínima e temperatura mínima do núcleo de nove pixels;

Velocidade do sistema.

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Variáveis incluídas no acompanhamento dos SC

A velocidade inicial, baseada no critério de mínima superposição, é calculada pela diferença da posição do centro de massa no instante “t” e o instante “t + ∆t” dividido – a por “∆t”.

V = cm2 – cm1 ∆t

Nos casos de Split ou Merge, a velocidade calculada não é a real e sim baseada na média da velocidade dos sistemas próximos ao sistemas.

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Estimativa da velocidade e direção média de propagação

A partir do critério de identificação de um mesmo SC nos tempos “t - 2∆t”, “t - ∆t”, “t”, para cada um dos limiares: 250 K e 235 K e baseando-se no critério de máxima superposição, é calculado o deslocamento previsto a partir do seguinte procedimento:

A velocidade estimada é gerada considerando o deslocamento do centro de massa no intervalo “t - ∆t”, gerando uma velocidade V(t - 1) de acordo com os critérios definidos. Considerando constante essa velocidade (em módulo e direção), é gerada uma velocidade prevista VP(t).

ESTIMATIVA DE PARÂMETROS

Tendência de crescimento e desenvolvimento do SC

ESTIMATIVA DE PARÂMETROS

A taxa de crescimento e desenvolvimento dos SC leva em consideração um modelo que estima o tempo de vida, baseado em informação estatística de seu comportamento. Com base nos trabalhos de Machado e Laurent (2004), o modelo do ciclo de vida de um SC pode ser estimado a partir da equação 1:

(eq.1) (eq.2)

onde α, a, b e c são parâmetros a serem definidos de acordo com o tempo de vida total do sistema.

Porém, os valores 1/A*(δA/ δt) são tipicamente uma função linear. Os valores de m e b dependem do tempo de vida total do sistema.

Fonte: Vila e Machado (2004)

Tendência de crescimento e desenvolvimento do SC

ESTIMATIVA DE PARÂMETROS

O programa pega inicialmente a primeira imagem definida no processo. Se a imagem existe e tem boa qualidade, o processo continua, caso a imagem não exista, a imagem virtual prognosticada no tempo anterior é considerada para continuar o rastreamento. Este processo é realizado até o numero máximo de imagens virtuais a ser utilizado.

Casos de imagens inexistentes

http://moingatu.cptec.inpe.br/paginas/fortracc/fortracc.php

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