Observação da Terra

Pedro Viterbo Instituto Português do Mar e da Atmosfera

Pavilhão do Conhecimento 201405

Agradecimentos: Carla Barroso1, Isabel Trigo1, Steve English2

1IPMA, 2ECMWF

O sistema climático global

IPCC AR4, 2007

Primórdios

Torriceli inventa o barómetro (séc XVI)

• Em 1596 Galileu “inventa” o termoscópio • Em 1612 Santorio Santorio inventa o termómetro • Em 1714 Fahrenheit inventou o primeiro termómetro de mercúrio

Sencores de oportunidade: smart phones, UAVs, UAVs, carros, telhados, …

Primeiros satélites

operacionapara 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,

especialmente 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 Hoje 1979 1957 1938

Observações de superfície

Satélites

Lo

g (n

úm

ero

de o

bserv

açõ

es)

1973

Radiosondagens

2100

1945 US Weather Bureau

Paul Poli, ECMWF

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

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

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

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

Paul Poli, ECMWF

O volume das observações

RM

S e

rror

(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

Stephen English, ECMWF

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.

Lars Isaksen, ECMWF

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

Stephen English, ECMWF

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

Stephen English, ECMWF

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

Stephen English, ECMWF

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

Metop

Número de produtos de satélites assimilados pelo ECMWF

Stephen English, ECMWF

Metop

Stephen English, ECMWF

Número de produtos de satélites monitorizados pelo ECMWF

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

Stephen English, ECMWF

Observações e qualidade das previsões

Stephen English, ECMWF

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

Stephen English, ECMWF

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

Isabel Trigo, IPMA

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

Isabel Trigo, IPMA

Radiação Solar Descendente à Superfície

Moçambique ~ 16 Km2

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

Isabel Trigo, IPMA

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

FSolar na Land-SAF - MSG/SEVIRI

Isabel Trigo, IPMA

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

Isabel Trigo, IPMA

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

Isabel Trigo, IPMA

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

Temperatura de Superfície - Aplicações

Mapeamento de Ondas de Calor

Isabel Trigo, IPMA

15 Agosto 2009 00UTC

Montanhas

Temperatura de Superfície - Aplicações

Mapeamento de Zonas Urbanas – Ilha de Calor

Paris

Madrid

Roma

Lagos Interiores

Paris

Isabel Trigo, IPMA

30

SEVIRI/MSG versus SPOT/VEGETATION

Parâmetros de Vegetação: FVC

FVC em África

Equipa Land-SAF (F. Camacho, J. Garcia-Haro)

Isabel Trigo, IPMA

Temperatura do mar e cor (concentração de clorofila)

www.ipma.pt

Saber mais

http://www.eumetrain.org/data/3/36/index.htm https://www.meted.ucar.edu/ http://l-zone.info/spacecraft/ http://www.eumetrain.org/data/1/174/course_1_lecture_1.html

http://www.zamg.ac.at/eumetrain/CAL_Modules/ForestFires/intro.html http://old.ecmwf.int/newsevents/training/meteorological_presentations/2013/DA2013/index.html