Secção 8

2011/2012

Detecção Remota

Ema Aldeano 49267

Introdução 8,1 A missão de medição de precipitação tropical

(TRMM) 8,2 Instrumentos e padrões de scan TRMM 8,3 TRMM detecta uma linha de instabilidade 8,4 Exemplo de detecção de um ciclone tropical com

o TRMM 8,5 Observação de precipitação global 8,6 Canais de radar de frequência dupla GPM

◦ 8.6a Percepção Remota passiva por Microondas nas regiões polares

8,7 Características do GMI do satélite GPM◦ 8.7a Mais sobre os canais SSMIS

8,8 Aplicações do GPM: chuva e neve 8,9 Aplicações do GPM: exemplos de precipitação Conclusão

A missão de medição de precipitação tropical (Tropical Rainfall Measuring Mission, TRMM) foi lançado em 1997 e foi concebido como missão de investigação satélite da chuva tropical para estudos climáticos e é o precursor da missão de Medição Precipitação Global (Global Precipitation Medição, GPM) que serão abordados mais adiante nesta secção.

TRMM -> observação meteorológica em tempo real, especialmente para os ciclones tropicais.

As duas missões mais importantes são:◦ Radar precipitação (PR) ◦ Geador de imagens

por microondas TRMM (TRMM Microwave Imager,ou TMI).

Fig.1:

O radar de precipitação -> radar meteorológico espacial que emite um sinal de microondas. O sinal de retorno fornece informações precisas sobre a taxa e a estrutura de precipitação numa resolução de 5 km numa tira de 220 quilómetros de largura (magenta).

O TMI microondas ->observações radiométricas feitas com um padrão cónico, antes ou depois do satélite ao longo de um raio de 850 km (azul).

Radar de precipitação -> dados de precipitação muito exactos;

TMI -> cobertura maior.

Fig.2:

Estado de Oklahoma - A linha vermelha cruza a linha de instabilidade e marca a posição da secção transversal mostrado abaixo.

Fig.3:

O radar de precipitação gera uma visualização tridimensional de alta resolução dos sistemas de precipitação a partir da perspectiva do satélite.

A secção transversalidentifica comprecisão o pico de precipitação mais intensa,que aparece à direita, em preto,

na banda.Fig.4:

Este exemplo mostra o furacão Ivan a caminho do sul da Florida.

Nas duas imagens que se seguem vai-se

comparar a precipitação detectada com TMI, primeiramente, e em segundo com o radar de precipitação.

Taxas de chuva do TMI na janela do GOES no infravermelho. Chuva superior a 25 mm/h, em pequenas áreas vermelhas, perto da península da Florida.

Fig.5:

Radar de precipitação TRMM - revela detalhes mais finos devido à sua capacidade de detectar precipitação com maior resolução, as taxas de precipitação máxima detectáveis são mais elevadas e estas encontram-se brancas.

Fig.6:

TRMM foi projectado para medir a precipitação nos trópicos, e assim segue uma órbita entre, aproximadamente, 38ºS e 38ºN.

No final dos anos 1990 e início de 2000 múltiplos sistemas de satélite foram lançados com o objectivo de observar e compreender a precipitação global e estabelecer as bases para a medição de precipitação (Medição Precipitação Global, GPM) actual.

NPOESS -> imagens de microondas. GPM -> calibração e referência para outros sistemas que se

integram na constelação.

◦ radar de Precipitaçãode duplaFrequência(DPR),

◦ gerador de imagens de microondas

de GPM (GMI).

Fig.7:

Instrumentos de detecção do GPM:◦ Radar de 14 GHz -> medir as taxas de

precipitação relativamente fortes nos trópicos,◦ Radar de 35 GHz -> medir chuvas noutros

lugares, especialmente em latitudes elevadas, onde os indices de chuva e neve são fracos.

Assim o instrumento é eficaz em medir precipitação em qualquer lugar do mundo.

O radar de precipitação de dupla-frequência (DPR) medirá também

a distribuiçãodo tamanho das gotas recorrendo a medições de reflectividade diferencial.

Fig. 8:

É difícil medir precipitação com sistemas de microondas passivos nas regiões de altas latitudes, onde não é fácil distinguir, com precisão, as taxas de precipitação fraca com nuvens estratiforme sobre a água.

Em regiões onde o solo é frio, especialmente onde ele está coberto com gelo e neve, a detecção de várias características atmosféricas, com instrumentos de microondas actualmente em órbita é um problema.

Felizmente, os canais de frequências mais altas previstos para alguns dos satélites NPOESS e todos os GPM melhorara a capacidade de medição da precipitação em regiões de altas latitudes.

Fig.9

No gerador de bordo do satelite GPM também existe o captador de imagens de microondas (GPM Microwave Imager, GMI) com uma cobertura cónica, que utiliza canais de alta frequência que não estão disponíveis no TMI do satelite TRMM.

Esses canais já existem no SSMIS modernizado, um instrumento de cobertura

cónica.

Fig.10:

Estes são exemplos de imagens do furacão Katrina do SSMIS que nos permitem ter uma ideia das capacidades do GMI.

Nestas imagens é mostrada em azul a precipitação.

No entanto, esses canais são também muito importantes para medir a humidade.

A imagem 150 GHz revela poucos traços de humidade atmosférica.

As três imagens de 183 GHz mostram a existência de um gradiente de humidade atmosférica considerável sobre o centro dos Estados Unidos.

Fig.11:

Os canais 183GHz são centrados numa banda de absorção do vapor de água. Durante o desenvolvimento do sensor descobriu-se que a extensão da largura de banda para um lado ou para outro da frequência 183GHz produzem-se canais sensíveis a diferentes níveis de humidade atmosférica.

O canal ± 1 GHz é o mais sensível à humidade, e permite observar a humidade e temperaturas de brilho numa camada perto de 350 hPa.

Fig.12:

O canal de ± 3 GHz é um pouco menos sensível à humidade e pode-se observar uma camada mais profunda da atmosfera, a 550 hPa, uma camada de humidade nos níveis intermediários.

Fig.13:

O canal de ± 7 GHz é menos sensível à humidade e detecta uma camada de humidade nos níveisinferiores, geralmente perto de 750 hPa.

Fig.14:

Os algoritmos de taxa de chuva tradicionais não foram eficazes na distinção da neve com a chuva, logo a sua utilização em situações de inverno tem sido limitada. No entanto, é possível que o uso de canais de microondas de maior frequência incorporados em alguns instrumentos, represente a chave para uma melhor previsão de neve.

A junção da melhor resolução do instrumento GMI do satélite GPM com os futuros instrumentos de microondas do NPOESS será o detalhe necessário para distinguir neve de chuva e criar a possibilidade de medir os dois tipos de precipitação a partir do espaço. Este é um recurso importante que nem o radar Doppler nos oferece.

Fig.15:

Para ver as condições antes do evento nós podemos representar a tempestade de neve em fase de desenvolvimento utilizando medidas de alta frequência da Unidade Avançada Sounding através de microondas (Advanced Microwave Sounding Unit, AMSU-B) a bordo dos satélites NOAA.

Embora a precipitação seja relativamente leve quando o sistema começa a mover-se de oeste para este, é de notar a grande área azul que, eventualmente, se desenvolve nos estados da região do Atlântico Médio.

A resolução espacial dos sensores AMSU-B é pouco exacta, de modo que às vezes a representação de precipitação parece um pouco suave e até se perde parte dela em comparação com a imagem NEXRAD, à direita. A melhor resolução do GMI do satélite GPM e dos futuros instrumentos de microondas do NPOESS fornecer-nos com maior precisão o que precisamos para distinguir melhor a chuva de neve e a perspectiva de medir estes tipos de precipitação a partir do espaço.

Fig.16:

A missão de satélite TRMM é o pioneiro para a missão da Global Precipitation Measurement (Global Medidas de Precipitação, GPM).

TRMM é portador de um sistema de radar de precipitação (PR) de microondas activos e por umgerador de microondas Imager (TMI) passivo para estimar as taxas de precipitação.

O radar de precipitação TRMM produz visões exactas, tridimensionais e de alta resolução daprecipitação para ajudar a calibrar as observações de sistemas passivos de microondas TMI.

A missão do GPM será composto por uma constelação de sensores de microondas para monitorar a precipitação global.

NPOESS terá um papel importante dentro da missão GPM.

Satélites GPM usa sensores de microondas passivos e activos para gerar estimativasprecipitação ideal.

Canais de alta frequência dos futuros sensores de microondas NPOESS ajuda a melhorar os dados de precipitação extraídos.