PERFIL VERTICAL DE

TEMPERATURAMeteorologia por Satélites

Profa. Marcia Yamasoe

http://www.master.iag.usp.br/ind.php?inic=00&prod=sondagem

REVISÃO Todo corpo emite radiação à sua

temperatura Portanto, para determinar o perfil de

temperatura da atmosfera, em que região espectral o sensor a bordo do satélite deve medir a radiância emergente no topo da atmosfera?

A EQUAÇÃO DE TRANSFERÊNCIA RADIATIVA:

𝐿𝜆ሺ0,+μ,φሻ= 𝐿𝜆ሺ𝜏𝑠,+μ,φሻ𝑒−𝜏𝑠 𝜇ൗ�+ න𝐵𝜆(𝑇(𝜏′)𝑒−𝜏′ 𝜇Τ0𝜏𝑠

𝑑τ′ Radiância espectral medida no topo da atmosfera

Radiância espectral emitida pela superfície

Radiância espectral emitida pela superfície e que foi transmitida até chegar ao satélite

Radiância espectral emitida por cada camada da atmosfera e que foi transmitida até o TOA

A radiância espectral medida pode variar? Por quais motivos?

superfície

.

.

.

atmosfera

e suas

diferentes

camadas

.

.

A radiância espectral medida pode variar? Por quais motivos?Variação na transmitância da atmosferaVariação do comprimento de onda

Variação na eficiência de absorção do gásVariação na concentração do gás

absorvedorVariação na temperatura da camada

emissora de radiação

COMO QUEREMOS INFERIR A TEMPERATURA DA ATMOSFERA... É necessário medir a radiância em uma

região espectral de um gás opticamente ativo cuja concentração seja constante ao longo da atmosfera

COMPRIMENTO DE ONDA NO QUAL A EFICIÊNCIA DE ABSORÇÃO É MÁXIMA:

COMPRIMENTO DE ONDA NO QUAL A EFICIÊNCIA DE ABSORÇÃO É MÁXIMA:

COMPRIMENTO DE ONDA NO QUAL A EFICIÊNCIA DE ABSORÇÃO É MÁXIMA:

COMPRIMENTO DE ONDA NO QUAL A EFICIÊNCIA DE ABSORÇÃO É MÁXIMA:

COMPRIMENTO DE ONDA NO QUAL A EFICIÊNCIA DE ABSORÇÃO É MÁXIMA:

COMPRIMENTO DE ONDA NO QUAL A EFICIÊNCIA DE ABSORÇÃO É MÁXIMA:

PORTANTO, quanto maior a eficiência de absorção

de radiação do gás, o sinal medido pelo satélite será constituído por radiação emitida pelas camadas mais altas da atmosfera.

A radiação emitida pela superfície e pelas camadas inferiores será totalmente absorvida pelas camadas situadas logo acima, que emitirão radiação à sua temperatura e assim sucessivamente até o topo da atmosfera.

COMPRIMENTO DE ONDA NO QUAL A EFICIÊNCIA DE ABSORÇÃO É MÍNIMA:

A radiância espectral emitida pela superfície sofre pouca atenuação. Se a atmosfera apresenta baixo valor de absortância, de acordo com a Lei de Kirchhoff, sua emissividade também será baixa.

PORTANTO, Quanto menor a eficiência de absorção

do gás, o sinal medido pelo satélite será constituído por radiação emitida pelas camadas mais baixas da atmosfera.

Valores intermediários do coeficiente de absorção representam altitudes intermediárias.

VOLTANDO PARA A ETR:

Mas, relembrando:

𝐿𝜆ሺ0,+μ,φሻ= 𝐿𝜆ሺ𝜏𝑠,+μ,φሻ𝑒−𝜏𝑠 𝜇ൗ�+ න𝐵𝜆(𝑇(𝜏′)𝑒−𝜏′ 𝜇Τ0𝜏𝑠

𝑑τ′ 𝑡 = 𝑒−𝜏 𝜇ൗ� .֜ 𝑑𝑡 = −1𝜇𝑒−𝜏 𝜇ൗ�𝑑τ

𝑑𝜏𝑑𝑧= −𝛽𝑎 .֜ 𝑑τ= −𝛽𝑎𝑑𝑧

𝑑𝑡 = 𝛽𝑎𝜇 𝑒−𝜏 𝜇ൗ�𝑑𝑧= 𝛽𝑎𝜇 𝑡ሺ𝑧ሻ𝑑𝑧

Transmitância:

Coeficiente linear de absorção

DEFININDO A FUNÇÃO PESO:

Se a atmosfera for transparente para radiação no comprimento de onda em questão,

Além disso,

𝑊ሺ𝑧ሻ= 𝛽𝑎𝜇 𝑡(𝑧)

𝛽𝑎 = 0 .֜ 𝑡 = 1 𝑒 𝑊ሺ𝑧ሻ= 0

𝛽𝑎𝜆(𝑧) = 𝑟ρ(𝑧)𝑘𝑎𝜆(𝑧) Razão de mistura do gás

Densidade da atmosfera

Coeficiente de absorção mássico do gás

ASSIM, A magnitude de ka(λ) determina se o pico

de W(z) será em baixas ou altas altitudes O máximo da função peso é obtido a

partir de:

Portanto, medindo-se a radiância espectral em diferentes comprimentos de onda ao redor de uma linha de absorção de um gás bem misturado, pode-se inferir o perfil de temperatura da atmosfera

𝑑𝑊(𝑧)𝑑𝑧 = 0

Função peso e transmitância para os seis canais de sondagem do NOAA -2

COMO VIMOS NAS FIGURAS,

W(z) é larga, isto é, abrange vários quilômetros em altura

o satélite mede propriedades médias de camadas espessas

Há sobreposição de WAs N medições efetuadas em N

comprimentos de onda distintos não são independentes entre si

Como T é contínua em z e como N é finitoEm princípio, podemos ter um número

infinito de soluções!!!

HISTÓRIA Década de 1970: primeiro instrumento a

bordo de satélite para estimar o perfil vertical da temperatura da atmosfera

Nimbus-4: 7 canais ao redor da banda de CO2 em 15 μm: baixa resolução vertical

Em 1978: HIRS (High Resolution Infrared Sounder): 19 canais ao redor das bandas de 3,7 e 15 μm

Em 2002, lançado no satélite Aqua: AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) com 2378 canais espectrais nas bandas de 3,7 e 15 μm

Resolução espacial de 1 km na vertical e incerteza da ordem de 1 K.