1. Publicação n9 INPE
-3537
—FRE/753
2. Versão 3. Data Maio, 1985
5. Distribuição
O Interna E2 Externa
. Origem Programa
DME/DAV PROSAT
• Restrita 6. Palavras chaves
-selecionadas pelo(s) autor(es)
GEADA REALCE SETORIZAÇÃO
7. C.D.U.: 528.711.551.524.37
r-- .
8. Título INPE
-3537
—PRE/753 10. Pãginas: 09
GEADA
—MONITORAMENTO POR SATÉLITE 11. Oltima pãgina: 08 12. Revisada por
9. Autoria Fausto Carlos de Almeida O V.
José Aparecido Torsani
Assinatura responsãvel r----
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,Manoel Alonso Gan 4,
13. Autorizada por
o1/1 1:, - 1 . 5 Marco Anjt:r::
Diretor Geral 14. Resumo/Notas
O , stituto de Pesquisas Espaciais (INPE) esta desenvolven do, através do seu Departamento de Meteorologia, o Projeto Geada que tem co mo objetivo a utilização de tecnologia espacial, mais especificamente satj
lites meteorol6gicos, para detetar e acompanhar geadas, buscando transfo-F mar estes dados em informações que possam ser usadas por agricultores. DJ rante as noites de ocorrjncia de geadas, imagens do canal infravermelho ci- o- satélite GOES são gravadas em fitas magnéticas em forma digital. Estas fi tas são processadas em tempo real, setorizadas para a regiao de interesse, gerando uma imagem realçada para as temperaturas típicas de ocorréncia de geada. Estas imagens sao entao transmitidas, via linha telef6nica -padrão em tempo real ao usuário (agricultor, cooperativa, etc.), utilizando um equi pamento chamado Unidade de Análise de Imagens (UAI). Desta forma, o usuari.5- recebe as informações em tempo real, podendo utiliza-las para mitigar os e feitos de geada em sua cultura e/ou avaliar seus danos em comparaçao com oi- Á tras áreas. Este sistema deverá estar operacional a partir de 1985.
15. Observações Trabalho apresentado na IV Reunião Anual da SELPER,
Santiago, Chile, de 22 a 16 de novembro de 1984.
GEADA - MONITORAMENTO POR SATELITE
Fausto Carlos de Almeida (1) José Aparecido Torsani (2)
RESUMO
O Instituto de Pesquisas Espaciais (INPE) está desenvolvendo,atra vés do seu Departamento de Meteorologia, o Projeto Geada que tem como objetivo a utilização de tecnologia espacial, mais especifi camente satélites meteorolagicos, para detetar e acompanhar geW das, buscando transformar estes dados em informações que possui ser usadas por agricultores. Durante as.noites de ocorrència de geadas, imagens do canal infravermelho do satélite GOES são grava.
das em fitas magnéticas em forma digital. Estas fitas são proce sadas em tempo real, setorizadas para a região de interesse, gi rando uma imagem realçada para às temperaturas tipicas de ocorren cia de geada. Estas imagens são então transmitidas, via linha ti lefõnica-padrão em tempo real ao usuário (agricultor, cooperati.
va, etc.), utilizando um equipamento chamado Unidade de Analise de Imagens (UAI). Desta forma, o usuãrio recebe as informações em tempo real, podendo utiliza-las para mitigar os efeitos de geada em sua cultura e/ou avaliar seus danos em comparação com outras íreas. Este sistema deverá estar operacional a partir de 1985.
1. INTRODUÇA0
Sabe-se que as geadas causam sérios danos ãs agriculturas, principalmente áque las localizadas na região sul das Américas. Devido ao grande valor economico que is to representa, é de grande importância que se estabeleçam meios para monitora-las I combate-las.
O Instituto de Pesquisas Espaciais (INPE) tem realizado desde 1980, através de seu Departamento de Meteorologia, a Operação Inverno. Na sua execução são utilizadas imagens transmitidas pelo satélite geoestacionário GOES, que, do ponto onde se encon tra, faz uma cobertura completa de todas as Américas, apresentando resolução espi
(1) Pesquisador Pleno, Departamento de Meteorologia, Instituto de Pesquisas Espa ciais (INPE), C. P. 515, 12200 - São Jose dos Campos, SP, Brasil.
(2) Pesquisador Assistente, Departamento de Meteorologia, Instituto de Pesquisas Es paciais (INPE), C. P. 515, 12200 - São José dos Campos, SP, Brasil.
dial da ordem de 10 quilômetros e resolução temporal de 30 minutos. Esta resolução espacial é •ílida para o canal infravermelho térmico, que fornece informações de temperatura.
O satélite meteorol6gico ã capaz de inferir as temperaturas das superfícies mais prOximas, seja de nuvens ou do solo. Quando ocorrem geadas o céu estã geralmen te límpido, o que permite a captação direta das temperaturas do solo pelo satéli te.
As fotografias obtidas das imagens emitidas pelo satélite mapeiam as tempera turas minimas e podem ser em branco e preto, nas quais os tons de cinza indicam iD" . intervalos de temperatura, ou em falsa cor, onde os mesmos intervalos são indica dos em diversas cores.
A importãncia deste monitoramento esta na possibilidade do conhecimento de ãreas atingidas pelas geadas, principalmente na avaliação das perdas ocorridas na agricultura. Quando a informaçao existe e code ser transferida ao usuãrio em tempo real, torna-se possivel minimizar os prejuizos causados pela geada.
Em culturas de larga escala, como por exemplo a cana-de-açúcar, podem-se evi tar grandes perdas na colheita com o conhecimento das éreas e das temperaturas atiW gidas pela geada. Neste caso, deve-se estabelecer o momento certo do corte da canaT de modo a prevenir uma queda maior na qualidade e na quantidade do produto extraido desta lavoura. Este processo também é viível para outros tipos de cultura. Em plan tações como as de café, ou outras de menor escala (além de viveiros de mudas e de culturas experimentais), podem ser utilizados métodos de proteção ativa, tais como cobertura e nebulização.
A
avaliação de áreas atingidas por geadas é extremamente importante, pois,de posse deste conhecimento, torna-se possível aos órgãos competentes estabelecer, uma politica de preços e venda dos produtos danificados por este fenômeno meteorolOgico.Para o estabelecimento de um sistema completo de deteção e acompanhamento das geadas, de forma a efetuar uma avaliação efetiva dos danos causados e ajudar o agri cultor na proteção de sua lavoura, o ideal seria manter uma rede bastante densa cre"
medidas de temperatura na superfície. No entanto, a instalação de uma rede deste tipo é tanto econômica quanto logisticamente inviável, uma vez que a manutenção de.
uma grande quantidade de operadores e estações medidoras seria altamente dispendio sa e problemStica.
r
portanto fãcil concluir que.a utilização do satélite meteorolU gico e mui tomais pratica e económica, pois, além de fornecer informações a cada 3U minutos, ele opera como uma rede de sensores instalados a cada 10 quilômetros.O Instituto de Pesquisas Espaciais tem trabalhado ativamente nesta ãrea, tan
to na
parte de pesquisa quanto de desenvolvimento. Por isto conta com todos os re- cursos necessírios para a recepção e processamento das imagens que são transmitida pelo satélite GOES.Foram implementadas rotinas de navegação (Conforte et alii, 19831 que possibi litam efetuar uma transformação entre o sistema de referencia do satelite
elemento) e o de coordenadas terrestres (latitude, longitude) (Smith, 1975);rotinas que possibilitam a geração de símbolos especiais, para que se faça a identificação de determinadas localidades de interesse, assim como fronteiras geogríficas; roti nas para efetuar a setorização da imagem, ou seja, a seleção de uma região; e roti nas de realce de temperatura que destacam as temperaturas de interesse.
2. PROCEDIMENTOS TÉCNICOS 2.1. GRAVAÇÃO E PROCESSAMENTO DE IMAGENS
Durante as noites de ocorrência de geadas, imagens do canal infravermelho
do
satélite GOES são gravadas em fita magnética em forma digital. Estas fitas são pro cessadas em tempo real, setorizadas para a região de interesse, mostrando uma irai gem realçada das temperaturas nas noites de ocorrência de geada.
2.1.1. Imagens realçadas
As imagens transmitidas por satélite no canal infravermelho permitem relacio nar níveis de cinza com temperaturas. Uma imagem normalmente n contém 256 níveis cff cinza, os quais representam temperaturas no intervalo de +57"C a -110 ° C. Com a fina lidade de ressaltar as tempera t uras da superfície do solo, em particular aquelas em que ocorre a geada (perto de 0C), é feita uma limitação no intervalo de temperatu ra a ser representada na imagem. Assim, pode-se estabelecer um intervalo desejado detemperaturas, por exemplo, de +4 C a -4 0 C, no qual alguns níveis de cinza são atribuídos a intervalos bem definidos de temperaturas. Com a aplicação desta técni ca de realce, através de processamento na imagem digital, torna-se possível inteF pretar as imagens visualmente, identáficando-as pelos tons de cinza (ou cores faT sas) em regiões de temperatura de -4 C a +4°C.
Nas imagens, as temperaturas que estão abaixo do limite inferior desejado e aquelas que estão acima do limite superior aparecem com tons diferentes daqueles existentes no intervalo estipulado.
Desta forma, por estas imagens realçarem as temperaturas de interesse,recebem o nome de imagens realçadas.
2.2. VERDADE TERRESTRE
Para melhor calibração dos valores medidos pelos sensores a bordo do satéli te, e correção dos efeitos da topografia e da absorção pela camada atmosférica iW terveniente, faz-se necessãria a obtenção de temperaturas medidas in loco na super Vicie terrestre, isto i a chamada "verdade terrestre".
Para isso o 1NPE mantém contatos e conta com o apoio de instituições de Pes guisas na írea agronômica, tais como o Instituto Agronomico do Paraní (IAPAR) no Es tado do Paraní, o Instituto Agronômico de Campinas (IAC) no Estado de São Paulo e -6 Instituto de Pesquisas Agronómicas (IPAGRO) no Estado do Rio Grande do Sul. Este timo firmou um convênio com o INPE para a implantação de um sistema que o tornara primeiro usuãrio dentro da Operação Inverno. Assim, o INPE recebera rotineiramente as informações que forem observadas nas estações-chave, estações estas escolhidas a priori, com base em analises de localização e frequência de ocorrencia de .geadas.
2.3. DISSEMINAÇA0
,Como se trata de uma nova tecnologia que o INPE estí desenvolvendo e operacio nalizando, o problema da disseminação é deveras importante, principalmente pela não::
adequação dos Orgãos interessados ao meio de disseminação prOprio a esta tecnolo gia. Portanto, serão empregados tanto o sistema NEFAX, que permitem transmitir uma Imagem em branco e preto por via telefônica, como a Unidade de Analise de Imagens (UAI), desenvolvida pelo 1NPE.
O sistema UAI permite a gravação de imagens em tempo real em uma tela de tele visão em branco e preto, na qual os níveis de cinza nas imagens do infravermelho r -é lacionam-se com temperatura, ou em uma tela colorida, na qual as temperaturas sã(T) relacionadas com falsas cores.
O realce das imagens é feito na tela colorida, onde cada cor representa um in tervalo de temperatura bem definido. Pode ser feita uma animação usando até quatro destas imagens em sequência, o que possibilita verificar o deslocamento dos campos de temperatura.
A imagem digital, gradeada e realçada, poderí ser injetada numa Unidade de Analise de Imagens-Mestra (UAI-M) para transmissão em tempo real, via linha de da dos, para uma Unidade Remota (UAI-R). A imagem obtida na UAI-R sere colorida e com maior resolução do que as fotos, o que permite uma analise mais precisa dofenOmeno geada.
2.4. DESENVOLVIMENTO DO MODELO
Estã sendo desenvolvido um modelo físico para previsão da temperatura noturna
a curto prazo, para ser utilizado no sistema de monitoramento á geada. Este modelo foi desenvolvido por Sutherland (1980) e e utilizado para prever o campo de tempe ratura com algumas horas de antecedência, tempo suficiente para alertar os agricuT tores a acionarem esquemas de proteção contra uma geada iminente. Este modelo ser -a- operacional para algumas localidades escolhidas como estações-chave, para as quais ele serí calibrado.
O modelo utiliza os seguintes dados de entrada:
a) temperatura da subsuperficie a 10 cm e 50 cm;
b) temperatura superficial (relva);
c) temperatura do ar (1,5; 3,0 e 9,0).
d) velocidade e direção do vento a 9,0m;
e) temperatura do conto de orvalho em abrigo;
f) saldo de radiaçao.
Este modelo é governado por três equações equação de condução de calor no subsolo; equação do balanço de energia na superficie e equação para o comportamento da temperatura na camada de ar), que são utilizadas para extrapolar as temperaturas nestas trés regiões. A partir dos dados de entrada são calculados os fluxo de calor que governam os mecanismos de variação das temperaturas com o tempo, e estas são extrapoladas através de procedimentos numérico.
Futuramente este modelo servirá como base para dirigir um outro modelo espa cial-estatistico, baseado em correlações estatisticas obtidas a partir dos dados hls tõricos, o qual servira para definir regiões homogêneas de comportamento de tempera tura. Isto possibilitara a elaboração de um mapa térmico e/ou uma imagem simulada do campo de temperatura, com algumas horas de antecedência.
Por outro lado, com a obtenção das imagens de satélite de hora em hora, estas poderão ser utilizadas para comparação com os dados obtidos no modelo, a fim de me lhorar a sua capacidade de previsão.
. 3. INTEGRAÇÃO E OPERACIONALIZAÇÃO DO SISTEMA 3.1. DETEÇAb E ACOMPANHAMENTO
Para que haja sucesso na Operação Inverno, é necessário que algumas etapas se iam cumpridas. Assim, quando se tem algum indicio de uma provável geada, iniciam-se - as gravações de imagens do satélite, de hora em hora, em fitas magneticas, com ima gens setorizadas para a região de interesse e realçadas no intervalo de temperaturi, também de interesse.
Isto ocorre apés serem feitas análises da situação sin6tica e regional, utili zando 'imagens obtidas via satélite e cartas sinOticas de superficie e altitude obti das a partir dos dados coletados pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INEMET):
além de analises numéricas prognosticas que são feitas pelo National Meteorological Center (NMC) dos Estados Unidos, que são recebidas pelo 1NPE diariamente.
Com base nas análises estuda-se a possibilidade de ocorrência de geada nos dias posteriores. Se ha esta possibilidade então as análises são intensificadas pa ra déterminar a probabilidade de ocorrência no pr6ximo dia. Pelo resultado das an -a- lises é dado ou não o alerta para o inicio da Operação. E importante ressaltar que:
além das imagens de hora em hora, gravadas do canal infravermelho, é gravada Uma imagem no canal visivel nas primeiras horas da manhã para verificar a cobertura de nuvens na região de interesse.
Durante o acompanhamento da geada, no penado da noite, além das gravações de imagens do satélite GOES, também sao recebidas informações através das Plataformas de Coleta de Dados (PCDs) que servem para a obtenção de dados (verdade terrestre), sem depender da disponibilidade ou não de observações no campo. Estas plataformas serão instaladas em regiões climaticamente diferenciadas e onde a frequenciadeocor rència do fenõmend geada é maior. Estes dados darão suporte ao modelos de previsão:
3.2. PREVISÃO
Durante o acompanhamento são feitas análises de todos os dados que são gera
dos atravís.do modelo fisico, para cada estação-chave, que é ajustado de hora em ho ra com base nas informações obtidas através das imagens. Todas estas informações iW tegradas darão condições de fazer uma previsão com grande margem de acerto e com aT gumas horas de antecedência.
3.3. DISSEMINAÇÃO
Assim, dada a possibilidade de uma geada iminente, tal previsão serã difundi da aos usuãrios através de sistemas jí desenvolvidos e testados nos anos anteriW res, tais como o NEFAX e a UAI, mencionados acima.
.3.4. INTERPRETAÇÃO E TOMADA DE DECISÃO
'De posse das informações fornecidas, o usuãrio poderí proceder a interpreta ção das informações que lhe foram fornecidas e tomar as decisões necessãrias, visto que, dependendo da sua capacitação, teri tempo suficiente para avaliar se vale a pe na ou não acionar os esquemas de proteção. Além disto ele terã, dada a cobertura es pacial das imagens do satélite, uma comparação dos danos causados a outras regiões produtoras.
4. BIBLIOGRAFIA
- Almeida, F. C. "Projeto Geada - Apresentação". INPE-2435-NTE/186, São José dos Campos, Brasil, junho de 1982.
- Almeida, F. C. "Operação Inverno - O usa de satélites na deteção eacompanhamento de geadas". INPE-2570-PRE/218, São José dos Campos, Brasil,novembro de 1982.
- Conforte, J. C.; Arai, N.; Almeida, F. C. "Navegação das imagens dos satélites meteorolõgicos geoestacionários". INPE-2772-RPE/435, São José dos Campos, ju nho de 1983.
- Fortune, M. A. "Cenírio sinCitico da invasão de ar frio na geada de maio, 1979,e mapeamento de geadas para prever ãreas de maior risco". INPE-2166-RPE1383,São Jose dos Campos, julho de 1981.
- Fortune, M. A.; Kousky, V. E.; Ferreira, N. J. "Duas geadas criticas no Brasil:
Precursores no oceano Pacifico e evolução na América do Sul". INPE-2587-PRE/
235, São José dos Campos, novembro de , 1982.
- Smith, A. S. "The McIdas System". IEEE. Transactions on Geoscince Electronics, July 1975, pp. 123-136.
- Sutherland, R. A. "A short-range objective nocturnal temperature forecasting mo- del". Journal of Applied Meteorology, March 1980, vol. 19, pp. 247-255.
5. AGRADECIMENTOS
Agradeço ao Instituto de Pesquisas Espaciais (INPE) que forneceu todaainfra- estrutura para que este trabalho fosse realizado; ao Sr. Manoel Alonso Gan pela re visão técnica; a Sra. Maria do Carmo Silva Soares pela revisão de linguagem ea Sra .":
Sueli Aparecida F. Valentim Camargo Pinto pelo trabalho Oe datilografia.
o.
EXEMPLO DE UM CASO DE GEADA OCORRIDO NO DIA 21 DE JULHO DE 1981
FIGURA 1. IMAGEM DO SATÉLITE GOES, OBTIDA NO CANAL INFRAVERMELHO.
(A ÁREA DELIMITADA PELO CIRCULO INDICA A REGIÃO AFETA
DA PELA GEADA). HORÁRIO: 09:14 GMT.
FIGURA 2. IMAGEM SETORIZADA PARA A REGIAO AFETADA PELA GEADA (CONFORME A FOTOGRAFIA 1) E REALÇADA P8RA O INTERVALO DE TEMPERATURA DE -4 ° C a +
4 C, EM INTERVALOS DE 1 ° C. AS LINHAS PONTI LHADAS REPRESENTAM OS CONTORNOS POLTTICOS:
O CONTORNO NTTIRO EM PRETO E BRANCO LOCALIZA A ISOTERMA DE O C, AS TONALIDADES MAIS EgU RAS REPRESENTAM TEMPERAVAS ABAIXO DE O C -;
E AS CLARAS, ACIMA DE O C.
GEADA 21-J1.11_81 GOES-
+Lfu Ou - 10
FIGURA 3. IMAGEM RECEBIDA PELO NEFAX,
OBTIDA A PARTIR DA TRANSMIS
SA0 DA FOTOGRAFIA 2.
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