ACA Meteorologia Por Satélite

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Aula 01 – Introdução

• Docentes:

– Profa_Dra_{Rachel Ifanger Albrecht}

Sala 346 – IAG Prédio Principal

e-mail: rachel.albrecht@iag.usp.br

– Profa_Dra_{Marcia Akemi Yamasoe}

Sala 348 – IAG Prédio Principal

e-mail: marcia.yamasoe@iag.usp.br

• Horários e salas de aula:

– Sala 10: Sextas-feiras, 10:00-11:40 e 15:00-15:50

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• Introduzir os conceitos e técnicas de sensoriamento

remoto por satélite para interpretação de imagens e

cálculo de parâmetros atmosféricos e de superfície.

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4

DATA TEMA DOCENTE

7-ago Não haverá aula (Feira USP Profissões)

14-ago Introdução Rachel

21-ago Refletância, temperatura de brilho e interpretação de imagens Rachel 28-ago Estimativa de Precipitação – Visível e Infravermelho Rachel 4-set Estimativa de Precipitação – Microondas Rachel

11-set Não haverá aula (Semana da Pátria)

18-set Rastreamento de Sistemas Convectivos Rachel 25-set Utilização de imagens na previsão do tempo Rachel

2-out PROVA I

9-out Ozônio Marcia

16-out Aerossol Marcia

23-out NDVI Marcia

30-out TSM Marcia

6-nov Inferência de T e UR – perfil Marcia 13-nov Viagem dos estudantes ao INPE Rachel 20-nov Não haverá aula (Feriado)

27-nov PROVA II

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• KIDDER, S.Q.; VONDER HAAR, T.H. (1995): Satellite Meteorology: An Introduction. Academic Press, 1995, 466p.

• CONWAY, E.D. and the Maryland Space Grant Consortium (1997): An Introduction to Satellite Image Interpretation. Baltimore: Johns Hopkins University Press, 1997, 242p.

• LIOU, K.N. (2002): An Introduction to Atmospheric Radiation. International Geophysics Series 84, Academic Press, 583p.

• Artigos científicos dados ao longo do curso.

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6

• As avaliações do curso serão divididas da seguinte forma:

– Média das Listas de Exercícios 30 % (E)

– Prova I 35 % (P1)

– Prova II 35 % (P2)

• Listas de exercícios:

– Distribuídas ao longo do curso.

– Prazo de entrega: 01 semana a partir da distribuição da mesma (Atraso: -10%/dia)

– Exercícios práticos em sala de aula, entregues no final da aula.

• Provas:

– perguntas descritivas, cálculos e derivações de problemas.

• Nota final do curso: NF = E*0.3 + P1*0.35 + P2*0.35

• Prova substitutiva:

– Somente aos alunos que não obtiverem média igual ou superior a 5 (cinco), ou aqueles que desejam aumentar a nota (neste caso, a prova substitutiva obrigatoriamente será substituída pela menor nota das provas P1 ou P2).

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INTRODUÇÃO

1. História da meteorologia por satélite

2. Órbitas e navegação

a. Leis de Newton

b. Leis de Kepler e Órbitas Keplerianas

c. Trajetória dos satélites

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8

• A busca por colocar satélites artificiais na órbita da Terra começou nos anos 40.

• Estados Unidos lançaram uma série de foguetes no espaço:

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10

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12

• Em 1955, EUA e USSR anunciaram a corrida para lançar o primeiro satélite artificial à órbita da Terra.

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• Sputnik-1:

réplica

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14

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Cronologia de lançamento dos primeiros satélites (1957-58):

– 04 Out – USSR: lançado o Sputnik-1 (83.6 kg)

– 03 Nov – USSR: Sputnik-2 (508.3 kg), com a Laika a bordo

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16

Cronologia de lançamento dos primeiros satélites (1957-58):

– 04 Out – USSR: lançado o Sputnik-1 (83.6 kg)

– 03 Nov – USSR: Sputnik-2 (508.3 kg), com a Laika a bordo

– 06 Dez – EUA: Vanguard TV-3 explode na plataforma de lançamento

– 31 Jan – USA: Explorer 1 (14 kg), 1º satélite americano (descobre os cinturões de radiação de Van Allen)

– 03 Fev – USSR: primeira tentativa de lançar Sputnik-3 fracassa

– 05 Fev – USA: a segunda tentativa de lançar a Vanguard falha

– 05 Mar – USA: a Explorer 2 não consegue entrar em órbita

– 17 Mar – USA: Vanguard 1 (1.47 kg) lançada com sucesso

– 26 Mar – USA: Explorer 3 lançada e coleta dados de radiação e microasteróides

– 28 Abr – USA: lançamento de outra Vanguard falha

– 15 Mai – USSR: lançado Sputnik 3 (1,327 kg), com vários instrumentos

– 27 Mai – USA: Vanguard falha pela quarta vez

– 26 Jun – USA: Vanguard falha pela quinta vez

– 26 Jul – USA: Explorer 4 é lançada, mede cinturão de Van Allen por 2,5 meses

– 24 Aug – USA: Explorer 5 falha

– 26 Sep – USA: Vanguard falha pela sexta vez

1957

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• Finalmente, o primeiro instrumento meteorológico a bordo de um satélite foi lançado em 13 de outubro de 1959, no

Explorer VII:

– Radiômetro, com o objetivo de medir o balanço de energia da Terra

– Arquitetos do radiômetro: Verner E. Suomi e Robert J. Parent (University of Wisconsin)

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18

• Em 01 de abril de 1960, foi lançado o primeiro satélite dedicado à meteorologia: TIROS-1

– TIROS = Television Infrared Observation Satellite

– Objetivo: Melhorar as aplicações dos satélites em decisões-limites, como por exemplo “Devemos evacuar a costa por causa de um furacão?”

– 2 câmeras de televisão: 1 de baixa e 1 de alta resolução, e uma gravadora

magnética para gravar imagens em fita enquanto o satélite estava fora do

alcance das estações de recepção em solo.

– Ficou operacional por 3 meses

– 392 órbitas

– +23.000 fotos

– Parceria entre a NASA (recém criada), Weather Bureau (hoje NOAA), Forças Armadas, Marinha e vários empreiteiros.

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– 2 antenas de captação em solo em centros militares:

• Fort Monmouth, NJ

• Kaena Point, Hawaii

– O lançamento do TIROS-1 foi

muito importante para o governo americano, as imagens eram

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20

(21)

• Alguns diziam que a aplicação para meteorologia era na verdade uma desculpa:

– “É o primeiro satélite de reconhecimento militar dos Estados Unidos já em órbita da Terra? Tiros-1 lançado em 01 de abril foi chamado de "satélite de observação meteorológica." Mas isso tem perturbado altos funcionários norte-americanos de um jeito que o próprio tempo nunca poderia.

Ninguém esperava que o de transporte de câmera Tiros pudesse fazer mais do que demonstrar a viabilidade de satélites meteorológicos (que na verdade surgiu com significativa, embora não nova, informação sobre o tempo). Mas,

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22

• Primeira foto do TIROS-1:

Fonte: The NASA Goddard Library TIROS-1 Photographic Atlas Collection of Weather Photos from Space and the "First" Weather Image

Órbita 1, Frame 1, Cam 1 01 Abril 1960

Órbita 17, Frame 8, Cam 2 02 Abril 1960

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• Mais 9 satélites (TIROS-2, TIROS-3, ..., TIROS-9) foram

lançados aperfeiçoando alguns detalhes da órbita do satélite e das câmeras. (1960-1967)

• Em 1978, a NOAA lançou o programa TIROS-N (TIROS - Next-generation):

– Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR): alta resolução com imagens também durante a noite.

– TIROS Operational Vertical Sounder (TOVS): perfis verticais de temperatura e umidade da superfície até o topo da atmosfera.

* TIROS-N/NOAA 6 1978 - 1981 * TIROS-N/NOAA 7 1981 - 1986 * TIROS-N/NOAA 8 1983 - 1985 * TIROS-N/NOAA 9 1984 - 1993, 1997 - 1998 * TIROS-N/NOAA 10 1986 - 1991 * TIROS-N/NOAA 11 1988 - 1994, 1997 - 2004 * TIROS-N/NOAA 15 1998 – Present * TIROS-N/NOAA 16 2000 – 2014 * TIROS-N/NOAA 17 2002 – 2013 * TIROS-N/NOAA 18 2005 – Present * TIROS-N/NOAA 19 2009 – Present

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24

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(26)

26

• TIROS-1 foi um sucesso: meteorologistas puderam comprovar

visualmente as teorias das ciências atmosféricas, e montar pela primeira vez cartas sinóticas sobrepostas a imagens de satélite

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• TIROS-3 ajuda na evacuação durante passagem de furacões em 1961:

– Furacão Carla é o maior já registrado nos EUA (maior até que o Katrina).

– As imagens do Tiros-3 ajudaram a tomar a decisão de evacuar mais de ½ milhão de pessoas da rota do furacão

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28

• TIROS-4:

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• TIROS-9, Janeiro 1975: primeira composição de imagens do globo terrestre

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30

• O programa TIROS-N/NOAA foi encerrado e agora começa o programa Joint Polar Satellite System (JPSS):

– 2011: lançado o Suomi National Polar-orbiting Operational

Environmental Satellite System Preparatory Project (ou Suomi NPP)

– Instrumentação:

• Advanced Technology Microwave Sounder (ATMS) – radiômetro em microondas

• Cross-track Infrared Sounder (CrIS) – interferômetro

• Ozone Mapping and Profiler Suite (OMPS) – espectrômetros

• Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) – radiômetro com 22-canais

• Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES) – radiômetro para balanço de energia

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32

• Satélites meteorológicos russo:

– Meteor 1:

• Meteor 1-1: primeiro satélite colocado em órbita em 26 Março 1969 (caiu na Antártica em 26 Março 2012).

• Câmeras de TV e radiômetros

• 31 satélites dessa série de 1969-1981 – Meteor 2:

• 21 satélites de 1975-1993

• Telefotômetros, radiômetros infra-vermelho e balanço de radiação – Meteor 3:

• 7 satélites de 1984-2006 – Meteor-M:

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• Satélites polares meteorológicos, em número:

– US Environmental Science Services Administration (ESSA) satellites: • 9 satélites, 1966-1969

– US Nimbus-series satellites: • 7 satélites, 1964-1978

– US Improved TIROS Operational System (ITOS):

• 7 satélites, 1970-1976

– US Advanced TIROS-N (ATN) / NOAA series:

• 12 satélites, 1983-2009

– China (PR) Feng Yun (FY-1 and FY-3):

• 7 satélites, 1988-2013

– European METeorological OPerational (MetOp):

• 2 satélites, 2006-2012

(34)

34

• Os satélites de órbita polar conseguem nos dar uma

visão de todo o planeta, mas não conseguem nos dar

uma visão contínua de um mesmo local no espaço:

– Dificulta o monitoramento contínuo dos fenômenos atmosféricos

(35)

• Em 16 de outubro de 1975, a NOAA lançou o

primeiro satélite meteorológico geoestacionário:

– geo = terra

(36)

36

• GOES = Geostationary Operational Environmental Satellite

– Já houveram 15 satélite GOES no espaço:

GOES 1, launched on October 16, 1975, decommissioned

GOES 2, launched on June 16, 1977, decommissioned

GOES 3, launched on June 16, 1978, used as communication satellite.

GOES 4, launched on September 9, 1980, decommissioned

GOES 5, launched on May 22, 1981, deactivated on July 18, 1990

GOES 6, launched on April 28, 1983, decommissioned

GOES-G, launched on May 3, 1986, failed to orbit

GOES 7, launched April 28, 1987, used as a communications satellite

GOES 8, launched on April 13, 1994, decommissioned

GOES 9, launched on May 23, 1995, decommissioned on June 15, 2007

GOES 10, launched on April 25, 1997, decommissioned on December 2, 2009

GOES 11, launched on May 3, 2000, decommissioned on December 16, 2011

GOES 12, launched on July 23, 2001, provided coverage for South America

GOES 13, launched on May 24, 2006, in operation as GOES-East

GOES 14, launched on June 27, 2009, standby spacecraft, located at 90 degrees

(37)

(38)

38

(39)

• Apesar do primeiro satélite meteorológico ter

infravermelho em seu nome (TIROS-1 - Television

Infrared Observation Satellite), o instrumento que

observava a Terra era apenas uma câmera de TV

(canal visível).

• O sensor de IR no TIROS era usado para saber se a

câmera estava apontado para o espaço ou para Terra,

e então disparar a câmera casa estivesse apontado

para a Terra. Os primeiros satélites não tinham

(40)

40

• Ao longo dos anos, os satélites passaram a ter vários instrumentos,

medindo a radiação proveniente da Terra em diversos comprimentos de onda distintos (chamados de canais):

(41)

CANAL DO INFRA VE R ME LH O

(42)

42 Aula 01 – Introdução CANAL DO V AP OR D’ Á GU A

(43)

CANAL DO

(44)

44

IR WV VIS

• Quais as principais características vista em cada canal?

– VISÍVEL: Nuvens são bem mais nítidas (porém “invisíveis” durante a noite)

– INFRAVERMELHO: Nuvens mais altas (topos mais frios) são distinguidos das nuvens mais baixas (topos mais quentes)

– VAPOR D’ÁGUA: regiões com alta e baixa umidade na atmosfera

(45)

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46

• E os satélites continuam evoluindo:

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• E os satélites continuam evoluindo: – maior número de canais

Furacão Katrina - GOES-13 e 15 5 canais

Furacão Katrina - GOES-R (2015) 16 canais

(48)

48

• Amostragem no tempo de um satélite GEO atualmente:

– maior resolução temporal

GOES-13,14,15

Imagem “full-disk” a cada 15 ou 30 min Imagem CONUS (Continental US) a cada 10 min

Imagem MESO a cada 1 min (não operacional) (modos dependentes)

GOES-R (lançamento em Março/2016) Imagem “full-disk” a cada 15 min

Imagem CONUS (Continental US) a cada 5 min Imagem MESO a cada 30 seg (operacional!)

(modos independentes)

0000UTC 0030UTC _0100UTC

0130UTC

0200UTC _0230UTC GOES-14 rapid scan

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Amostragem no tempo de um satélite GEO atualmente:

(50)

50

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Sensores ativos vs. Sensores passivos

Raio-x Infravermelho

(52)

52

• Radares a bordo de satélites meteorológicos:

(53)

• Radares a bordo de satélites meteorológicos:

(54)

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INTRODUÇÃO

1. História da meteorologia por satélite

2. Órbitas e navegação

a. Leis de Newton

b. Leis de Kepler e Órbitas Keplerianas

c. Trajetória dos satélites

d. Órbitas dos satélites meteorológicos e suas

(55)

• Para entendermos e usar os dados de satélite precisamos

entender as órbitas que os satélites podem ter e a geometria com a qual eles observam a Terra:

– Princípios físicos que determinam a forma da órbita do satélite e como orientá-la no espaço (Leis de Newton, Leis de Kleper).

– Assim podemos calcular a posição do satélite em qualquer tempo.

– As órbitas sofrem perturbações e quais são seus efeitos nos satélites meteorológicos.

– Como calcular a geometria da trajetória do satélite e localização na Terra (discussão sobre amostragem no tempo e espaço)

(56)

56

2a. Leis de Newton

• INÉRCIA:

– Todo corpo permanecerá em seu estado de repouso (estacionário) ou em movimento retilíneo uniforme a menos que sofra ação de uma força externa.

• MOMENTO:

– A taxa de variação do momento é proporcional à força exercida e ocorre na mesma direção da força.

• AÇÃO E REAÇÃO:

– Forças de Ação e Reação têm intensidades iguais e sentidos opostos (sinais opostos).

(57)

• A segunda lei de Newton, diz que o momento (a

soma das forças atuantes em um objeto) é o produto

da massa do corpo pela sua aceleração, ou seja:

onde

F

é a força,

m

a massa,

a

a aceleração,

v

a

t

v

m

ma

F

d



(58)

58

• LEI DA GRAVITAÇÃO UNIVERSAL:

– A força de atração (

F

_g) entre dois corpos de massa

m

₁ e

m

₂, separados por uma distância

r

, é dada por:

onde

G

= constante gravitacional Newtoniana = 6,67259x10-11_{(N m}2_kg-2₎ 2 2 1

r

m

Gm

F

_g



        , g _Terra 9,81 m/s 2 R Gm g

(59)

• Quais são as forças que estão atuando no satélite se

ele está em movimento circular ao redor da Terra?

F_c

F_g

r

v

(60)

60

• Assim, para que um satélite tenha uma órbita

circular em torno da Terra, a força centrípeta (

F

_c

) do

satélite deve ser igual à força de atração gravitacional

(

F

_g

) que a Terra exerce sobre o satélite:

g

c

F



F_c F_g r

(61)

– A força centrípeta (

F

_c) do satélite é dada pela massa do satélite (

m

_s), velocidade orbital do satélite (

v

) e distância do satélite ao centro da Terra (

r

):

r

v

m

F

_c s 2



F_c F_g r

(62)

62

– A força de atração gravitacional (

F

_g) entre a Terra e o satélite é dadpa pela LEI DA GRAVITAÇÃO UNIVERSAL, onde

m

_T é a massa da Terra:

F_c F_g r ₂

r

m

Gm

F

_g



S T

(63)

Logo:

Dividindo ela massa do satélite:

F_g r 2 2 r m Gm r v m F F T s s g c   r Gm v 2  T

Lembrando que o período orbital (T) do satélite é a circunferência da órbita (2pr) dividida ela sua velocidade:

substituindo (1) em (2): 2 v r T  p (1) (2)

(64)

64

• EXERCÍCIO 01:

– O satélite NOAA/AVHRR está à uma altura (h) de 850km da superfície da Terra. Calcule o seu período (T) de rotação.

Dados: r_T= 6378 km m_T= 5,9737 x 1024_kg F_c F_g r r_T h

(65)

• EXERCÍCIO 02:

– Qual a altura (h) que um satélite tem que estar da Terra para eu ele seja geoestacionário?

Dados: r_T= 6378 km m_T= 5,9737 x 1024_kg F_c F_g r r_T h

(66)

66

2b. Leis de Kepler e Órbitas Keplerianas

• Os satélites não possuem órbitas circulares!

– apesar de os satélites meteorológicos sempre buscarem ter órbitas circulares.

• Antes mesmo de Newton nascer, Kepler formulou suas leis analisando dados da posição de vários planetas (LEIS DE KEPLER):

• As mesmas leis se aplicam se substituirmos planeta por satélite e sol por Terra.

1ª lei de Kepler:

Todos os planetas descrevem órbitas elípticas com o sol em um dos focos.

2ª lei de Kepler:

O vetor raio (que liga o planeta ao sol), varre áreas iguais em iguais intervalos de tempo.

3ª lei de Kepler:

A razão entre o quadrado do período orbital pelo cubo da distância é constante para todos os planetas que orbitam ao redor do sol. constante 4 2 3 2   Gm r T p

(67)

• ÓRBITAS KEPLERIANAS:

– Os satélites descrevem uma órbita elíptica em torno da Terra (assim com a Terra em torno do sol):

» , onde 0 ≤ e <1 , e = 0 representa a órbita circular

– A equação da elipse, ou seja, a trajetória do satélite (r) em coordenadas polares com a Terra no centro é:

a = semi-eixo maior b = semi-eixo menor,

e = excentricidade

q = anomalia verdadeira

Perigeo = quando o satélite está

mais perto da Terra

Apogeo = quando o satélite está

mais longe da Terra

e 2  2 2 1 a b a a_e    e e   a 1 b focus focus ae ae apogeo perigeo a b

(68)

68

(69)

– Um satélite com órbita circular tem sempre a mesma velocidade ao longo de sua órbita.

– Em uma trajetória elíptica a velocidade angular não se mantém uniforme: o satélite viaja mais rápido quando se

aproxima da Terra.

– Determinando agora a posição do satélite em função do tempo:

• Lembrando que o período orbital do satélite é:

• Podemos definir como velocidade de

T T Gm r T Gm r T 3 3 2 2 2 4 p p   

(70)

70

apogeo perigeo

– A anomalia média (M) em relação à circunferência nos dá

a posição do satélite em função do tempo:

onde: t_p é o tempo de passagem no perigeo (M=0). M aumenta linearmente com o tempo a uma taxa n. Aplicando as leis de Kepler:

)

(

t

_p

n

M





e

t

n

M



(



_p

)





e

sin

e

(71)

– e é a excentricidade anômala que está relacionada com a anomalia verdadeira (q) :

e

cos

1 cos

cos

e

q





q

e

q

cos

1 cos

cos





e

(72)

72

2c. Trajetória dos satélites

• ORIENTAÇÃO NO ESPAÇO:

– Calculando r e q em um determinado tempo t,

conseguimos posicionar o satélite no plano de usa órbita.

– Devemos então relacionar o plano da órbita do satélite com o plano da Terra.

– Isso é feito usando a sistema de coordenadas astronômico de ascensão verdadeira-declinação

i

w W

(73)

• PERTURBAÇÕES DA ÓRBITA:

– Fatores que interferem nas órbitas dos satélites:

• Campo gravitacional da Terra que não é esférica.

• Atração gravitacional de outros corpos (Sol, Lua, entre outros).

• Pressão radiativa do Sol.

• Fluxo de partículas do Sol devido ao vento solar.

• Atrito.

(74)

74

• EQUAÇÕES DA ÓRBITA REAL DO SATÉLITE:

– Taxa temporal da anomalia média (dM/dt) devido as

“irregularidades” na massa/campo gravitacional da Terra é dada pela constante média de movimento (n) em uma

órbita não perturbada e pela constante anômala média de movimento ( ):

– Quando o ângulo de inclinação é menor que 54.7o_{, é maior que n,} logo a órbita do satélite é mais rápida do que seria em uma órbita não perturbada. Entretanto para grandes inclinações o satélite orbita mais devagar.





                          sen i a r J n n dt dM _ee ₂ 3 /2 ₂ 2 2 2 3 1 1 2 3 1 e n n

(75)

i

w W

• EQUAÇÕES DA ÓRBITA REAL DO SATÉLITE:

– A maior massa na região equatorial da Terra afeta a

ascensão reta do nó ascendente e não o angulo de inclinação.

– A taxa da ascensão verdadeira do nodo ascendente (dW/dt):

– Causa um efeito de precessão





                 W  i a r J n dt d _ee cos 1 2 3 ₂ 2 2 2 e

(76)

76

• EQUAÇÕES DA ÓRBITA REAL DO SATÉLITE:

– O outro efeito do cinturão equatorial é causar uma rotação ou uma precessão no argumento do perigeu:

– As equações acima nos dão então os valores de n, , dW/dt e dw/dt, todos em radianos por segundo.

– O período anomalístico da órbita perturbada é simplesmente:





                        sen i a r J n dt d _ee ₂ 2 ₂ 2 2 2 5 2 1 2 3 e w dt d n T w p   2 ~ n

(77)

• POSIÇÃO NO ESPAÇO:

– Resolve-se as seguintes equações (órbita perturbada):

) ( ) ( ) ( 0 0 0 0 t t d t t dt d t t dt dM M M     W  W  W   

w

Anomalia média Ascensão reta Argumento do perigeu

(78)

78

• POSIÇÃO NO ESPAÇO:

– Após a solução das equações anteriores, obtemos:

       W                ' ' ' ' ' ' 1 ' ' ' 1 2 ' ' ' 2 ' ' ' 2 ' ' ' tan x y r z sen r z y x r s s s s  Raio Declinação Ascensão verdadeira do satélite

(79)

2d. Órbitas dos satélites meteorológicos e suas

amostragem no tempo e espaço

• Como vimos anteriormente, os satélites podem ter órbitas

geoestacionárias (GEO) ou órbitas baixas (Low Earth Orbits –

(80)

80

• Satélites

geoestacionários

(geo-síncronos) orbitam

em torno do eixo da Terra na mesma velocidade que

a Terra gira. Eles estão “estacionados” sobre

determinados pontos (0

o

_{latitude) a alturas no}

(81)

• Satélites geoestacionários atualmente:

– Os EUA operam 2 GOES (Geostationary Operational

Environment Satellite), 75o_{W e 135}o_W.

– A agência Européria EUMESAT - METEOSAT

(METEOrological SATellite), possui um em 0o_longitude.

– A agência espacial Japonesa possui o GMS (Geostationary Meteorological Satellite) em 140o_E

– A agência espacial Russa possui o GOMS em 76o_E

– A agência espacial Chinesa possui o FY-2.

(82)

82

• Cobertura global de satélites meteorológicos

geoestacionários:

(83)

• Assim podemos compor as imagens e monitorar os diversos fenômenos atmosféricos:

(84)

84

• Satélites de

órbita baixa (LEO)

viajam em órbitas

circulares que se deslocam desde um cinturão de

latitude à outro.

– Um satélite é dito polar quando viaja de um polo ao outro.

– Esses satélites também podem estar sincronizados com o Sol, ou seja, a ascensão reta do node ascendente precessa na mesma taxa que a do Sol.

– Por exemplo, para um satélite com um semi-eixo maior de 7228 km e zero de excentricidade, temos que a inclinação de 98,8o é sincronizada ao sol.

(85)

• Usualmente são lançados 2 satélites polares, sendo

que um irá passar de norte para o sul (descendente)

e outro de sul para norte (ascendente), tendo um

ciclo sobre a Terra a cada 12 horas.

• Os satélites LEOs estão mais

próximos da Terra (~ 879km) do

que os GEOs (~36.000km), o que

implica em órbitas em até 12

horas (sincronizados ao sol),

permitindo assim uma alta

(86)

86

• Alguns dos satélites em órbita atualmente:

(87)

(88)

88

(89)

• Amostragem no espaço de um satélite LEO:

I A S I

(90)

90

• Amostragem no espaço de um satélite LEO:

1 0 k m

1 5 k m

4 5 k m

(91)

• Amostragem no tempo de um satélite

LEO

:

Órbita 1

Órbita 1 + Órbita 2 + Órbita 3

Órbita 3 Órbita 2

Usados para obter climatologias

(92)

92

• Amostragem no tempo de um satélite

GEO

:

– maior resolução temporal

GOES-13,14,15

Imagem “full-disk” a cada 15 ou 30 min Imagem CONUS (Continental US) a cada 10 min

Imagem MESO a cada 1 min (não operacional) (modos dependentes)

GOES-R

Imagem “full-disk” a cada 15 min

Imagem CONUS (Continental US) a cada 5 min Imagem MESO a cada 30 seg (operacional!)

(modos independentes)

0000UTC 0030UTC _0100UTC

0130UTC

0200UTC _0230UTC GOES-14 rapid scan

(93)

(94)

94

• Impacto da resolução espacial:

(95)

(96)

96

(97)

Vantagens? Desvantagens?

• As características típicas desses dois tipos de órbitas

são:

Característica GEO LEO (valor máx p/ polar)

Frequência de imagens em um mesmo ponto da Terra

15 min até 12 horas

Cobertura espacial ~1/4 da Terra até toda Terra Distância da Terra – D ~36.0000 km até 850 km Tamanho do pixel – S (*) <25 km2 _{<4 km}2 _{(no nadir)}

Tempo de integração das medidas – (*) 5-10 s 4-10 s enegia/pixel – S.t/D2_(*) ₁ _1.000

(98)

98

• KIDDER, S.Q. e T.H. VONDER HAAR (1995): Satellite Meteorology: An Introduction. Academic Press, 466p. • http://www.russianspaceweb.com/sputnik.html • http://history.nasa.gov/sputnik/index.html • http://www.airspacemag.com/space/the-first-photo-from-space-13721411/?no-ist • http://www.ssec.wisc.edu/50thmetsat/agenda/ • http://science.nasa.gov/missions/tiros/ • http://blog.modernmechanix.com/how-tiros-photographs-the-world-including-russia/#more • https://ams.confex.com/ams/91Annual/flvgateway.cgi/id/16976?recordingid=169 76 • http://rammb.cira.colostate.edu/dev/hillger/polar-wx.htm