Monitoramento de condições severas Projeto Fapesp Serra do Mar

(1)

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE

Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos - CPTEC

Monitoramento de condições severas

Projeto Fapesp Serra do Mar

(2)

Projeto Temático FAPESP :

Serra do Mar

• Objetivo e Contribuição Efetiva ao Projeto

• Meios de Observação disponíveis

• O monitoramento da chuva

• O monitoramento de tempestades Severas

(Previsão Imediata)

(3)

Objetivo: Monitorar a precipitação através de

sensores remotos e prever, a curtíssimo prazo, o

deslocamento e intensificação de sistemas

precipitantes em mesoescala

Proposta de Produtos:

1) Monitoramento da chuva acumulada, atualizada a

cada 30 minutos, do total de precipitação em 24,

48 e 72 horas.

2) Sistema de previsão imediata atualizado a cada 30

minutos, de organizações de nuvens (satélite) e

(4)

Dados que formaram o Sistema de

Monitoramento

• Satélites GOES e MSG

• Descargas Elétricas - RINDAT

• Radares da Força Aérea (São Roque e Pico

do Couto) e da UNIVAP

(5)

CONVÊNIO DE COOPERAÇ ÃO TÉCNICO-CIENTÍFICA ENTRE O DECEA E O INPE/CPTEC

GRUPO DE TRAB ALHO – RAD AR METEOROLÓGICO

Com base na cláusula de modalidade de cooperação descrita no Convênio de Cooperação Técnica e Científica entre o Departamento de Controle do Espaço Aéreo – DECEA e o Instituto de Pesquisas Espaciais – INPE, foi criado o Grupo de Trabalho – GT Radar Meteorológico.

O GT Radar Meteorológico terá a atribuição de:

1. Propor soluções imediatas para o uso otimizado do radar para fins aeronáuticos; 2. Propor e implementar produtos de radar que contribuam para o uso aeronáutico; 3. Propor estratégias de operação do radar;

4. Propor alternativas que possibilitem potencializar o uso dos radares meteorológicos;

5. Propor alternativas que aumentem a confiabilidade na comunicação entre as informações provenientes do sítio do radar e os usuários;

6. Propor alternativas de manutenção do radar, as quais permitam o seu uso contínuo e operacional;

7. Propor alternativas que permitam o arquivamento dos dados coletados pelo radar;

8. Propor alternativas que permitam melhorar a integração entre os radares, medidas satelitais e de plataforma de coleta de dados;

9. Propor alternativas que visem manter os radares calibrados e

10. Promover treinamentos em “Meteorologia por Radar” para os operadores e usuários das informações.

O GT Radar Meteorológico será composto por representantes do DECEA e do INPE/CPTEC e por especialistas convidados do INMET, USP/IAG e SIP AM/CRV, conforme relação nominal abaixo:

Maj. ESP. MET R/R Carlos Roberto He nriques - DECEA 1º Te n. QOEA-MET Sérgio Antô nio Alves da Silva – DECEA Dr. L uiz Aug usto Toledo Machado – INPE/CPTEC

Dr. Carlos F rederico Angelis – INPE/CPTEC

Representa nte do INME T – Dr. Reinaldo B. Silveira Representa nte da USP/IA G – Dr. Carlos Mo rales Representa nte do S IPAM/CRV – Ricardo Dellarosa

O GT Radar Meteorológico passa a existir na data da assinatura de sua criação e irá atuar durante o per íodo de vigência do Convênio.

(6)

RADAR

Varredura

Volum

é

trica

240 km

(7)

Estimativa da Precipita

ç

ão por Radar

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE

(8)

Primeira Fase

Definir estratégias de varredura para os radares

Implementar em cada radar: geração automática

de Gifs de varredura de vigilância, CAPPI, e outros

produtos aeronáuticos e a estratégias de varredura.

Implementar o CAPPI da varredura em 2 km

digital

Implementar A integração dos radares ( geral,

Sindacta 1 e Sindacta2)

Implementar scripts, crons e página para

apresentação das informações

Iniciar estudos de integração, satélite, radar e

PCd

Segunda Fase

Implantar PCs nos radares e iniciar

processo de gravação da informação

Implementar cálculos nos PCs a partir

dos volume scan

Implementar sistema de comunicação

mais otimizada

Desenvolver aplicativos para o uso

otimizado do radar ( parâmetros

previsores, tracking, etc)

Iniciar processos de Integração

digitalizada

Escrever Projetos para ANA para

(9)

Terceira Fase

Implementar contrato de manutenção dos radares

Implementar novo sistema de comunicação

Treinamentos

Convite aos outros radares para se incorporarem ao sistema integrado

Início de estudos com séries históricas ( Mestrados, Doutorados

incorporando pessoal do DECEA)

Desenvolvimento de aplicativos nos home-softwares

Desenvolvimento de Processos de calibração e elaboração de manuais

(10)

MCA 105-XX

•MANUAL DE PROCEDIMENTOS

OPERACIONAIS DO RADAR

METEOROLÓGICO

2006

•Estratégias de varredura para Radares

Meteorológicos

Manuais

Transmissão de Dados

Definição de Estratégias de varredura

(11)

15/09/2005 Granizo na região centro

(12)

COMPARAÇÃO MOP/MTP - MSG

CANAIS IR E WV NO MSG

(13)

Canal

0.6 e 0.8 µm

VIS

Detecção de nuvens, identificação de cenas, “tracking” de nuvens,

observações de aerossóis, “monitoring” de vegetação (AVHRR).

1.6 µm

IR

Discriminação entre neve e água, gelo e nuvens de água. Informação

de aerossóis (ATSR).

3.9 µm

IR

Detecção de nuvens baixas e nevoeiro, Temperaturas da terra e do

mar durante a noite. Banda espectral expandida em torno dos

comprimentos de onda mais elevados para melhorar a relação

sinal-ruído (AVHRR).

Vapor de água na alta e média troposfera, “tracking” de nuvens e de

vapor de água, determinação de altura de nuvens semi transparentes

6.2 e 7.3 µm

WV

8.7 µm

IR

Informação quantitativa de cirrus ténues. Discriminação entre gelo e

nuvens de água. Herança da HIRS

UTILIZAÇÃO

UTILIZA

(14)

UTILIZA

Ç

ÃO DOS CANAIS SEVIRI

Canal

9,7 µm

IR

Intensidade de radiação para entrarem em modelos NWP (“Numerical

Weather Prediction

”). “Tracking” experimental de ozono representativos

de vento na baixa estratosfera. Evolução do campo do ozono total

Medição da temperatura da terra e do topo das nuvens. Detecção de

cirrus e estima da água precipitável sobre o mar

13.4 µm

IR

Canal da “Split Window” do AVHRR. Melhoria da determinação da

altura de cirrus de baixa transmissividade. Informação da temperatura

na baixa troposfera (áreas de céu limpo) para estudos de instabilidade

(GOES-VAS).

UTILIZAÇÃO

10,8 e 12,0 µm

IR

(15)

(16)

Nova Geração de

Satélites

METOP ( substitui o NOAA nas órbitas PM) – lançamento abril

2006 ( formato diferente)

NPP ( satélite intermediário entre NOAA e NPOESS – ira

substituir parcialmente EOS) – lançamento 2006

NOAA – N e N’ (2005 e 2007 – serão os satélites AM –

mudança de sensores e formato.

MSG – 2003 – formato novo e sistema novo de ingestão

NPOESS – 2009 ( nova serie de POE que ira substituir os

NOAA/METOP)

GOES-R – Nova geração formato e ingestão diferente – Devido

a alta taxa de dados todos os satélites de nova geração irão

usar a banda X

(17)

(18)

(19)

A partir de Novembro de 2006 – Imagens a

cada 15 minutos e sondagens a cada 2 horas

(20)

Estimativa de Precipita

ç

_ç

ão

_ão

Uso do Modelo Hidroestimador e do GPI

(GOES-10 e MSG)

Uso Satélites de órbita baixa na faixa do

microondas (NOAA – 18)

Uso dos Radares – CAPPI 2km –

transformação Z-R Marshall Palmer (radar

de São Roque – Pico do Couto e

(21)

Metodologia

Realizar estimativas individuais de cada

processo.

Apresentar a precipitação acumulada em 24, 48 e

72 horas para a região da Serra do Mar.

Apresentar cartas com estimativas medias,

mínimo e máximo.

Trabalhar no levantamento da melhor estimativa,

da relação Z-R e no uso de pluviômetros.

Trabalhar na integração dos dados e nos ajustes

(22)

Resultados Práticos

CANAL de 150 GHz y = -11,277Ln(x) + 234,66 y = -16,812Ln(x) + 264,01 150 170 190 210 230 250 270 290 0 10 20 30 40 50 60 70 taxa de chuva (mm/h) T B ( K )

Curva prática obtida durante a

(23)

Desempenho do Modelo

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE

(24)

Altitude: 740 m Longitude: -46.72º Latitude: -23.76º

Chuva = 100 mm

Altitude: 785 m Longitude: -46.84º Latitude: -23.85º

Chuva = 105 mm

Desempenho do Modelo

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE

(25)

PCDs

+

Pluv.

Satélite

Radar

1 hora

24 horas

Mensal

Precipitação

Pluviômetros

_{Precipitação}

ANA

_{DECEA - SIPAM}

_{CPTEC - INMET}

Volume

Scan

PPI e CAPPI – Integrados

Produtos Aeronáuticos

Modelo

ETA

CAPPI 2km

Prec. 1hora – PCD

Prec. 24 horas

(26)

Plataforma

de

Coleta

de Dados

Relâmpagos

Radares

Meteorol

ó

gicos

Integração de Dados => Estimativa de Precipitação

MICROONDAS

–

NOAA e AQUA

(27)

Previsão Imediata e Alertas de

Tempestades

Sistema

ForTraCC

sat

é

lite

Sistema

ForTraCC

radar

Descargas el

é

tricas

Parâmetros

preditores

de

Tempestades

Pesquisa e modelos num

é

ricos de

previsão e

(28)

-50

-49

-48

-47

-46

-45

-44

-25

-24

-23

-22

-21

Río

Tie

_té

O

cé

an

o

At

lá

nt

ico

Limite Bacia del Prata

Instante Inicial

Metodologia de tracking

(29)

Time

A

_T1

A

_T2

A

T3

t

Ql

V

t

A

∂

+

∇

=

∂

₁

.

1

(30)

Validation process for 24th December 2002 – 22:45 UTC.

Image 1: observed image subset of southeastern Brazil;

Observed

24th December 2002 – 22:45 UTC

30 minutes – Forecast

initiated on 24th December 2002 – 22:15

120 minutes – Forecast

initiated on 24th December 2002 – 20:45

90 minutes – Forecast

initiated on 24th December 2002 – 21:15

(31)

0 1 2 3 4 5 6

Forecast Length, hours

.2

.4

.6

.8

1.0 Accuracy of Rainfall Nowcasts

>1 mm/h

GRID MESH 20 km -

Jun-Oct 2002

Courtesy of Shingo Yamada - JMA

E

xtr

_ap

ola

tio

_n

NWP

C

ri

ti

ca

l S

u

cc

es

s

In

d

ex

(

C

S

I)

Cross over region

Predictability

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais

Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos

(32)

Predictability

Forecast Length

E

xtr

_ap

ola

tio

_n

NWP

F

o

re

ca

st

S

ki

ll

Blended

B

es

t

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais

Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos

(33)

Eventos de Granizo no Dia

06 de Setembro

São José dos Campos

gelo entre 17 e 18 GMT

São Bernardo e outras áreas da capital

paulista (sul e leste de SP, manhã e tarde);

(34)

Monitoramento de descargas

elétricas

Nùmero de descargas

associadas a SCM

Histórico de descargas elétricas no

SCM

(35)

(36)

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE

(37)

Time

t

₀

Height (m)

T

₀

+∆t

H

₀

H

₀

+∆H

W=dH/dt= {H(t

₀

)-H(t

₀

+∆

∆

t)}/∆

∆

t

H(t)=f(20 dBZ)

(38)

(39)

Produtos de Nowcasting

• ForTraCC satélite a cada 15 minutos

• ForTraCC chuva a cada 15 minutos

• ForTraCC Radar baseado no VIL a cada 15

minutos

• Descargas elétricas combinado com a evolução

dos Sistemas precipitantes e convectivos

•Pesquisa Ferramentas de Nowcasting baseado na

evolução do topo das nuvens

•Pesquisa modelo combinado –

numérico+ForTraCC

(40)

Estudos

em

_em

Andamento

_Andamento

•

• Mestrado

Mestrado

–

ForTraCC

radar

–

VIL

•

• Mestrado

Mestrado

–

Previsão Imediata da precipita

ç

ão

•

• Mestrado

Mestrado

–

Parâmetros

preditores

de

tempestades usando radar

•

• Doutorado

Doutorado

–

Estimativa de chuva usando

microondas e modelos num

é

ricos

•

• Doutorando

Doutorando

–

Modelo Num

é

rico +

ForTraCC

(