Observação da Terra. Pedro Viterbo Instituto Português do Mar e da Atmosfera. Agradecimentos: Carla Barroso 1, Isabel Trigo 1, Steve English 2

(1)

Observação da Terra

Pedro Viterbo

Instituto Português do Mar e da Atmosfera

Pavilhão do Conhecimento 201405

Agradecimentos: Carla Barroso

1

_{, Isabel Trigo}

1

_{, Steve English}

2

(2)

O sistema climático global

(3)

Primórdios

Torriceli inventa o barómetro (séc XVI)

• Em 1596 Galileu “inventa” o termoscópio

• Em 1612 Santorio Santorio inventa o termómetro

(4)

Sencores de oportunid ade: smart phones, UAVs, UAVs, carros, telhados, … Primeiros satélites operaciona para perfis da atmosfera (NOAA-2) Sondagens com satélites de órbita polar; Ventos com órbita estacionária; Maias dados da aviação comercial; Bóias derivantes Primeiras redes de radiosondagens, soindagens istemática, Ano geofísico Internacional : aumento da rede de sondagens, especialment e no Hemisfério Sul Estações clássicas, dados pouco partilhados Mais satélites, aviões, boias, gliders e drifters oceânicos. Menos radiosondas, mas sondagens mais altas. Melhor conhecimento dos instruments. Mais obervações por hora.

Evolução do sistema de observações

1890

1938

1957

1979

Hoje

Observações de superfície

Satélites

Lo

g (

nú

me

ro

de

ob

se

rv

aç

ões

)

1973

Radiosondagens

2100

1945 US Weather Bureau

(5)

A primeira carta meteorológica do mar?

Fitzroy, 1863: The Weather Book: A Manual of Practical

Meteorology

Análise da tempestade

“Royal Charter”, 1859

Imagem de satélite METEOSAT 4,

combinando alta troposfera e

baixa estratosfera, 1980

Fitzroy foi um dos primeiros a alertar para a necessidade

dum sistema sinótico de observação e da análise sinótica

(6)

Comunicações são essenciais

• A primeira transmissão do telégrafo de Paris foi feita

para Lisboa e os Açores para transmitir dados de

meteorologia

• Portugal foi um dos primeiros 6 países que participou

na primeira troca de dados meteorológicos (1863)

• A transmissão foi feita para o Instituto Dom Luiz

• A comunidade meteorológica rapidamente estabeleceu

um sistema de telecomunicações, que permitiu a

partilha de observações na Europa e nos EUA

• Esse sistema rapidamente evoluiu para a a

Organização Meteorológica Mundial, uma das primeira

agências especializadas da ONU

(7)

Rede meteorológica nacional

• Portugal tinha, no início do séc. XX, entre 5 e 10 estações meteorológicas

• A rede tem neste momento cerca de 100 estações no Continente com

sensores de temperatura, humidade, pressão à superfície, velocidade e

direção do vento

• A rede de precipitação do IPMA tem cerca de 100 udómetros, com a APA a

assegurar cerca de 200 udómetros

(8)

Evolução das observações convencionais

A B C _D E H I J _K M N P Q U V Ships maintaining fixed locations

Rede de

radiosondas

Rede de estações

de superfície

1609 soundings/day A B C _D E H I J _K M N P Q U V 1626 soundings/day

1958

1979

2001

1189 soundings/day

S. Uppala

(9)

O volume das observações

RMS

er

ror

(m

)

Time (hours)

SEVIRI 6.2 µm

De 12 em 12 horas o

ECMWF assimila mais de

12 000 000 de dados de

observações para corrigir

as 100 000 000 variáveis

que definem a atmosfera

do modelo.

O ECMWF monitoriza

ainda 12 000 000 de

observações adicionais.

As observações limitam o

crescimento dos erros e

permitem que haja previsão

do tempo ...

• Os grandes centros meteorológicos (ECMWF, NCEP, CMA, DWD,

MF, …) analisam as observações e usam-nas para criar condições

iniciais para modelos de previsãoC

• ECMWF: Centro Europeu de

Previsão do Tempo a Médio

Prazo

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Observações convencionais usadas na

análise operacional

.

DRIBU: PMSL, vento-10m

PILOT/Profilers: Vento

Aviação Comercial: Vento, Temperatura

SYNOP/METAR/SHIP: Pressão

nível médio mar (PMSL), vento a

10m, 2m-Rel.Hum

Radiosondagens (TEMP): Vento,

Temperatura, Humidade

Nota: Só se usa um conjunto limitado de

variáveis observadas; espacialmente

sobre terra.

(11)

Imagers: SSMI, SSMIS, AMSR-E, TMI

Ozone GPS radio occultations

Sounders: NOAA AMSU-A/B, HIRS, AIRS, IASI, MHS

Geostationary+MODIS: IR and AMV Scatterometer ocean low-level winds: ASCAT

Satellite data sources used by the operational

analysis

(12)

Data sources: Conventional

Instrument

Parameters

Height

SYNOP

SHIP

METAR

temperatura, temperatura

do ponto de orvalho,

vento

Continente: 2m, Navios:

25m

BUOYS

temperatura, pressão,

vento

2m

TEMP

TEMPSHIP

DROPSONDES

temperatura, humidade,

pressão, vento

Perfil

PROFILERS

vento

Perfil

Aviação

comercial

Temperaturea, pressão,

vento

Perfis

Dados em voo

(13)

Que tipo de satélites são usados em

Previsão Numérica?

Vantagens

Desvantagens

GEO (Geoestacionário) -

Cobertura regional

Não pode haver cobertura com 1 só satélite

- Cobertura temporal (imagens de 15 em 15 min)

LEO (Low Earth Orbit, Órbita polar)

- Cobertura global com apenas um satélite

(14)

Ocultação

de sinais de

rádio

Geo IR e Polar

MW Imagens

Seguimento de padrões em imagens (p. ex. ventos com movimento de nuvens), scatterometers e ventos doppler

GEO sondador

Infravermelho

Radar e

atraso de

fase do

GPS

Sondadores Polares IR + MW

Humidade

Massa

Vento

Deteção Remota

Sensores

Ultravioletas

Sub-mm,

IR

póximo +

visível

(e.g.

Lidar)

IR = Infravermelho

MW = MicroWave

Stephen English, ECMWF

(15)

Metop

Número de produtos de satélites assimilados pelo ECMWF

(16)

Metop

Stephen English, ECMWF

(17)

Variáveis de estado do modelo e

observações

MASSA (temperatura, pressão…)

Radiosondas, surface observations, satellite sounders, aircraft

ÁGUA (humidade, nuvens, precipitação…)

Radiosondas, osbervações de superfície, satélite sondadores e imagens, aviação

comercial, radar, lidar

DINÂMICA (vento, vorticidade, convergência …)

Radiosondas, osbervações de superfície, imagens de satélite, scatterometer/

/radar/lidar, aviação comercial

COMPOSIÇÃO (ozono, aerosol…)

Sondas de ozono, observações de superície, sondadores

SUPERFÍCIE (Tipo de superfície, temperatura, água no solo,

heterogeneidade …)

Satélites com sistemas ativos e passivos, observações à superfície

(18)

Observações e qualidade das

previsões

(19)

Impacto combinado de todos os dados de

satélite

EUCOS Experiências de sistema de

observação(OSEs):

• Sistema de previsão do ECMWF

em 2007;

• inverno e verão,

• Diferentes sistemas de base:

• sem dados de satélite

(NOSAT),

• NOSAT + AMVs,

• NOSAT + 1 AMSU-A,

• Impacto geral de satélites,

• Impacto de sub-sistemas,

• Totalidade das observações

convencionais.



Correlação das amomalias de

geopotencial aos 500 hPa

3/4 day

3 days

(20)

22

19-05-2014 22

100% Topo da Atmosfera

3%

20%

Reflectida pelas nuvens

Retrodifundida pela atmosfera

6%

Absorvida pela Atmosfera

16%

ATMOSFERA

Absorvida pelas nuvens

Absorvida pela Terra

51%

Reflectida pela Superf.

4%

Interacções da Radiação

com a Atmosfera:

A Atmosfera interage com a radiação solar:



Absorção;



Retrodifusão;



Reflexão

Radiação Solar

(21)

23

Efeito da Atmosfera

A transmissivade da atmosfera varia fortemente ao longo do

espectro electromagnético:



Regiões opacas

estão associadas a picos de absorção

de gases constituintes da atmosfera.

Radiação Solar

Radiação “bloqueada” pela Atmosfera

0.1 0.3 0.5 0.7 1 5 10 15 20

Comprimento de Onda (



m)

100%

50%

0%

Visível

Infra-Vermelho

UV

Ozono

Vapor de

_Água

Dióxido de

_Carbono

(22)

Radiação Solar Descendente à

Superfície

Moçambique

~ 16 Km

2

Moçambique

~ 3.5 Km

Brasil ~ 3.5 Km

S. Tomé 3 Km

Guiné Bissau ~3 Km

Portugal > 4 Km

Cabo Verde ~ 3 Km

Angola ~3 Km

(km)

Resolução Espacial

(23)



Nuvens



DSSF com valores

mais baixos (verdes

escuros-azuis escuros)

Variação Mensal de DSSF ao

longo do ano:



Variação da posição do Sol



O máximo de DSSF desloca-se:



de Sul para Norte de

Janeiro a Junho



de Norte para Sul, de Julho

a Dezembro

Radiação Solar Descendente à

Superfície

F

_Solar



na

Land-SAF - MSG/SEVIRI

(24)

FSolar



- Aplicações

15 Jan 2008 MJ/m2

Radiação Solar diária acumulada

15 Mar 2008 MJ/m2 15 Jun 2008 MJ/m2

15 Aug 2008 MJ/m2 15 Nov 2008 MJ/m2

(25)

FSolar



- Aplicações

15 Jan 2008 MJ/m2

Evapotranspiração de Referência diária

15 Mar 2008 MJ/m2 15 Jun 2008 MJ/m2

15 Aug 2008 MJ/m2 15 Nov 2008 MJ/m2

(26)

MAPEAMENTO DA ONDA DE CALOR NA EUROPA (JULHO 2007)

Compósito de

LST 19-23 July 2007

Temperatura da Superfície Terrestre sobre a zona Mediterrânica evidenciando as elevadas temperaturas que ocorreram durante a onda de calor na Europa em Julho de 2007