Meteorologia por Satélites
Profa. Marcia Yamasoe
http://www.master.iag.u
sp.br/ind.php?inic=00&
prod=sondagem
 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?
𝐿𝜆 0, +μ, φ = 𝐿𝜆 𝜏𝑠 , +μ, φ 𝑒
−𝜏 𝑠
0
𝜇
𝐵𝜆 (𝑇(𝜏 ′ )𝑒 −𝜏′
+
𝜇
𝑑τ′
𝜏𝑠
Radiância
espectral
medida
topo
atmosfera
no
da
Radiância espectral
espectral
emitida
pela
emitida
superfície
epela
que foi
superfície até chegar
transmitida
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?
.
.
.
atmosfera
e suas
diferentes
camadas
.
.
superfície
A
radiância espectral medida pode variar? Por
quais motivos?


Variação na transmitância da atmosfera
Variação do comprimento de onda



Variação na eficiência de absorção do gás
Variação na concentração do gás absorvedor
Variação na temperatura da camada emissora
de radiação
É
necessário medir a radiância em uma
região espectral de um gás opticamente ativo
cuja concentração seja constante ao longo
da atmosfera
 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.
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.
 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.
𝐿𝜆 0, +μ, φ = 𝐿𝜆 𝜏𝑠 , +μ, φ 𝑒
−𝜏 𝑠
0
𝜇
𝐵𝜆 (𝑇(𝜏 ′ )𝑒 −𝜏′
+
𝜏𝑠
Mas, relembrando:
−𝜏
Transmitância:
𝑡=𝑒 𝜇
𝑑𝜏
= −𝛽𝑎
𝑑𝑧
Coeficiente
linear de
absorção
1 −𝜏
𝑑𝑡 = − 𝑒 𝜇 𝑑τ
𝜇
𝑑τ = −𝛽𝑎 𝑑𝑧
𝛽𝑎 −𝜏
𝛽𝑎
𝑑𝑡 = 𝑒 𝜇 𝑑𝑧 =
𝑡 𝑧 𝑑𝑧
𝜇
𝜇
𝜇
𝑑τ′
𝛽𝑎
𝑊 𝑧 = 𝑡(𝑧)
𝜇
Se a atmosfera for transparente para radiação
no comprimento de onda em questão,
𝛽𝑎 = 0
𝑡 =1𝑒𝑊 𝑧 =0
Além disso,
𝛽𝑎𝜆 (𝑧) = 𝑟ρ(𝑧)𝑘𝑎𝜆 (𝑧)
Razão de
mistura do gás
Densidade da
atmosfera
Coeficiente de
absorção
mássico do gás
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:
𝑑𝑊(𝑧)
=0
𝑑𝑧
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
Função peso e transmitância para os seis canais de sondagem do NOAA -2

W(z) é larga, isto é, abrange vários quilômetros em
altura
o satélite mede propriedades médias de
camadas espessas

Há sobreposição de W
As N medições efetuadas em N comprimentos
de onda distintos não são independentes entre si

Como T é contínua em z e como N é finito
Em princípio, podemos ter um número infinito
de soluções!!!
 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.