CLASSIFICAÇÃO DE NUVENS EM IMAGENS MULTIESPECTRAIS GOES-8 NA REGIÃO
AMAZÔNICA: COMPARAÇÃO COM RADIOSSONDAGENS
Marcus Jorge Bottino
Juan Carlos Ceballos
Wagner Flauber de Araújo Lima
Divisão de Satélites e Sistemas Ambientais
Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos
CPTEC-INPE
Abstract
In order to validate the method of classicacation GOES-8 imagery developed at DAS/CPTEC, a preliminary comparation between the radiative parameter
classified and radiosound data during the Dry-to-Wet AMC/LBA campaign was apllied. Was seleted a set of radiosounds from the sites: Fazenda Nossa
Senhora, Guajara Mirim e Porto Velho, when are found a homogenius class cover: surface, stratiform or multilayer / deep convection over there. The results
for surface class suggest a diference around -8 C from the mean brightness temperature (channel 4) and the radiosonde temperature at 1000 hPa. For stratos
classification cases the radiosonde show frequentily only one shadow layer. In the cases of multilayer / deep convection the radiosonde indicate a more deep
layer, same time formed by more then one layer.
Superfície
Introdução
T4=290K
T4=293K
Uma classificação da cobertura em imagens multiespectrais
do satélite geoestacionario GOES-8 foi implementada na
DSA/CPTEC. Este, assim como outros métodos remotos de
classificação necessitam ser validados. Neste trabalho
apresenta-se uma comparação preliminar entre tipos de
cobertura classificados nas imagens e os perfis de
radiossondagem da campanha Dry-to-Wet do período de 15
a 30 de setembro de 2002. Dada a dificuldade deste tipo de
comparação, optou-se por selecionar casos onde foram
classificadas cenas de superfície (céu claro), nuvens estratos
e multicamadas / convecção profunda. Para estes casos, a
depressão do ponto de orvalho (DPO) nas sondagens foi
comparada com a temperatura de brilho média (na janela
atmosférica) da classe. Procurou-se relacionar alguns
aspectos dos perfis analisados com o contexto de cobertura
de nuvens no cenário vizinho das imagens.
T4=292K
T4=303K
Estratos
Metodologia
A classificação das imagens GOES-8 foi realizada por um método estatístico iterativo
denominado “agrupamento dinâmico”, ou “dinamical centroids” (Sèze e Debois, 1987;
Bottino e Ceballos, 2003). Foram consideradas 11 variáveis para cada pixel: a temperatura
de brilho nos canais 2-5 (T2-T5), as diferenças de temperatura com respeito ao canal 4
(T24, T34 e T54) e a textura nos canais 2-5 (X2-X5), definida pelo logaritmo da variância
espacial. O processo de classificação sobre a Região Amazônica resultou na definição de
29 centróides correspondendo a um tipo de cobertura (classe), para 8 horários ao longo do
dia. A analise fatorial dos centróides, seguido de uma supervisão por nefanalise, permitiu
agrupa-los em 6 categorias: superfície, superfície contaminada, cúmulos, estratos, cirros e
multicamadas. (ver: http://satelite.cptec.inpe.br/htmldocs/exper/lba/racci-classif.htm)
T4=280K
T4=269K
T4=262K
As radiossondagens realizadas nos sítios: Fazenda Nossa Senhora (Abracos), Guajara
Mirim e Porto Velho, foram selecionadas baseado na ocorrência de pelo menos 5 pixels de
uma mesma classe, num alvo de 3 por 3 (~15 km). Para os casos de uma dada classe em
um dado horário, foi plotado o perfil médio da temperatura termodinâmica (Tt) e da
temperatura do ponto de orvalho (Td) e seus respectivos desvios padrões. Observa-se que
algumas classes foram verificadas em apenas um caso. Neste trabalho apresentamos os
respectivos perfis de 4 casos de superfície, 3 de estratos e 3 de multicamadas (gráficos ao
lado). Sobre estes perfis encontra-se marcado por linha tracejada a temperatura de brilho
média da classe observada (T4), e abaixo destes um exemplo de imagem, com a posição
dos três sítios marcados por quadrados pretos.
Resultados
Multicamadas / Convecção profunda
Para as classes de superfície observou-se uma diferença de até -10C entre
radiossondagem e T4 devido por exemplo a: 1) absorção do continuum do vapor d’água na
janela atmosférica; 2) provável contaminação de pixels com cúmulos rasos, como
ilustrado nos exemplos de imagens. De qualquer forma, o valor de T4 do centróide
corresponde a uma população com desvio padrão da ordem de 3 a 21 C.
T4=214K
T4=250K
T4=253K
No caso de estratos, as radiossondagens confirmaram a presença de uma camada de
nuvens, com o topo evidenciado pelo aumento da DPO (Air Weather Service, 1990). A
temperatura do centróide é coerente com o perfil observado, considerando-se que o desvio
padrão da população é da ordem de 23 a 43 C.
Nos casos de multicamadas / convecção profunda, a radiossondagem indicou uma camada
muito de nuvem espessa (primeiro e segundo perfil) ou multicamadas (terceiro perfil). O
aumento da DPO verifica-se por cima no nível de 300hPa. Os valores de T4 são
condizentes com a Tt nesse nível. No caso da imagem das 00 Z, a radiossonda pode ter se
deslocado com relação ao pixel considerado, que apresenta uma classe com topo de nuvem
mais elevado.
Embora os resultados sejam preliminares, indicam coerência entre a cobertura de nuvens
existente e as classes determinadas por classificação. Uma análise mais abrangente poderá
adicionar os dados de radiossondagens Dry-to-Wet obtidos no mês de outubro de 2002.
Tipo:
Superfície
Estratos
Multicamadas
Hora
00 Z
06 Z
12 Z
18 Z
00 Z
12 Z
18 Z
00 Z
06 Z
12 Z
Classe
22
2
2
11
8
18
12
29
19
19
T2
295
291
295
311
281
293
297
229
252
263
T3
245
244
242
245
245
242
239
212
235
235
T4
293 (3)
290 (8)
292 (6)
303 (21)
280 (23)
269 (43)
262 (40)
214 (39)
250 (24)
253 (22)
Centróides
T5
T24
291
1.9
288
0.7
290
3.1
299
8.1
279
1.0
267
24.0
261
34.6
213
15.3
249
2.2
252
9.4
T34
-48.5
-46.3
-50.1
-58.3
-34.6
-27.7
-22.7
-1.6
-15.1
-18.1
T54
-2.02
-1.70
-2.22
-3.78
-1.08
-1.73
-1.32
-0.88
-1.40
-1.17
X2
-1.19
0.04
-1.03
0.17
0.92
0.52
0.54
1.42
0.72
0.62
X3
-1.78
-1.51
-1.81
-1.83
-1.44
-1.88
-1.75
-0.10
-0.80
-1.03
X4
-1.44
-0.96
-1.30
-0.22
0.76
0.48
0.43
0.27
0.43
0.41
X5
-1.24
-1.18
-1.16
-0.38
0.63
0.26
0.23
0.24
0.38
0.35
Gráficos: perfis médios da temperatura e temperatura do ponto de orvalho (linha vermelha e verde respectivamente).
Desvio padrão entorno da média em linhas tracejadas.
Imagens: Recorte de imagem classificada exemplificando um caso do respectivo perfil médio. A posição dos sítios foi
marcada por quadrados pretos.
Referências
Componentes das 10 centróides das classes correspondentes aos casos analisados. Em vermelho, temperatura de brilho
média no canal 4 e desvio padrão associado à classe.
Air Weather Service (1990). The use of the SkewT, LogP diagram in analysis and forecasting. Air Weather Service Estados
Unidos, pub, AWS/TR-79/006.
Bottino M. J., J. C. Ceballos, 2003. Classification of scenes in multispectral GOES-8 imagery. Anais, XI Simpósio Brasileiro
de Sensoriamento Remoto, Belo Horizonte, MG.
Sèze G., M. Desbois, 1987. Cloud cover analisys from satellite imagery using spatial and temporal characteristics of the data.
J. Climate and Appl. Meteor. 26: 287-303.