Observação da Terra
Pedro Viterbo
Instituto Português do Mar e da Atmosfera
Agradecimentos: Carla Barroso1, Isabel Trigo1, Steve English2
1IPMA, 2ECMWF
Pavilhão do Conhecimento 201405
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
Evolução do sistema de observações
Log (número de observações)
Satélites
1945 US Weather Bureau
Radiosondagens
Observações de superfície
1890
Estações
clássicas,
dados
pouco
partilhados
1938
Primeiras redes
de
radiosondagens,
soindagens
istemática,
1957
Ano
geofísico
Internacional
: aumento da
rede de
sondagens,
especialment
e no
Hemisfério
Sul
Primeiros
satélites
operaciona
para perfis
da
atmosfera
(NOAA-2)
1973 1979
Sondagens com
satélites de órbita
polar; Ventos com
órbita estacionária;
Maias dados da
aviação comercial;
Bóias derivantes
Paul Poli, ECMWF
Hoje
Mais satélites,
aviões, boias,
gliders e drifters
oceânicos. Menos
radiosondas, mas
sondagens mais
altas. Melhor
conhecimento dos
instruments. Mais
obervações por
hora.
2100
Sencores
de
oportunid
ade:
smart
phones,
UAVs,
UAVs,
carros,
telhados,
…
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
AI M
BC
P
J
D
Q
HE K
U N
Ships
maintaining
fixed
locations
V
Q
U
AI
BC
D JK
HE
P
N
1958
V
1979
1609 soundings/day
Rede de estações
de superfície
M
1626 soundings/day
Rede de
radiosondas
2001
1189 soundings/day
S. Uppala
Paul Poli, ECMWF
O volume das observações
• 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
As observações limitam o
Previsão do Tempo a Médio
crescimento dos erros e
Prazo
permitem que haja previsão
do tempo ...
De 12 em 12 horas o
O ECMWF monitoriza
ainda 12 000 000 de
observações adicionais.
Stephen English, ECMWF
SEVIRI 6.2 µm
RMS error (m)
ECMWF assimila mais de
12 000 000 de dados de
observações para corrigir
as 100 000 000 variáveis
que definem a atmosfera
do modelo.
Time (hours)
Observações convencionais usadas na
análise operacional
.
SYNOP/METAR/SHIP: Pressão
nível médio mar (PMSL), vento a
10m, 2m-Rel.Hum
DRIBU: PMSL, vento-10m
Radiosondagens (TEMP): Vento,
Temperatura, Humidade
PILOT/Profilers: Vento
Nota: Só se usa um conjunto limitado de
variáveis observadas; espacialmente
sobre terra.
Aviação Comercial: Vento, Temperatura
Lars Isaksen, ECMWF
Satellite data sources used by the operational
analysis
Sounders: NOAA AMSU-A/B, HIRS, AIRS, IASI, MHS
Scatterometer ocean low-level winds: ASCAT
GPS radio occultations
Imagers: SSMI, SSMIS, AMSR-E, TMI
Geostationary+MODIS: IR and AMV
Ozone
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
GEO (Geoestacionário) - Cobertura regional
Desvantagens
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
Deteção Remota
Sensores
Ultravioletas
Sondadores
Polares
IR + MW
Massa
Ocultação
de sinais de
rádio
Sub-mm,
IR
póximo +
visível
(e.g.
Lidar)
Radar e
atraso de
fase do
GPS
GEO sondador
Infravermelho
Humidade
Geo IR e Polar
MW Imagens
Seguimento de padrões em
imagens (p. ex. ventos com
movimento de nuvens),
scatterometers e ventos
doppler
Vento
IR = Infravermelho
MW = MicroWave
Stephen English, ECMWF
Número de produtos de satélites assimilados pelo ECMWF
Metop
Stephen English, ECMWF
Número de produtos de satélites monitorizados pelo ECMWF
Metop
Stephen English, 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):
3/4 day
3 days
• 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
Stephen English, ECMWF
Radiação Solar
A Atmosfera interage com a radiação solar:
 Absorção;
 Retrodifusão;
 Reflexão
Interacções da Radiação
com a Atmosfera:
100% Topo da Atmosfera
Retrodifundida pela atmosfera
6%
Absorvida pela Atmosfera
20% Reflectida pelas nuvens
16%
3%
Absorvida pelas nuvens
Reflectida pela Superf. 4%
Absorvida pela Terra 51%
ATMOSFERA
19-05-2014
22
Isabel Trigo, IPMA
22
Radiação Solar
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.
UV
Infra-Vermelho
100%
Visível
50%
Radiação “bloqueada”
pela Atmosfera
0%
0.1
Ozono
0.3 0.5 0.7
1
5
10
Comprimento de Onda (m)
Vapor de
Água
15
20
Dióxido de
Carbono
Isabel Trigo, IPMA
23
Radiação Solar Descendente à
Superfície
Resolução Espacial
Portugal > 4 Km
Cabo Verde ~ 3 Km
Guiné Bissau ~3 Km
Brasil ~ 3.5 Km
S. Tomé 3 Km
Angola ~3 Km
Moçambique
~ 16 Km2
Isabel Trigo, IPMA
Moçambique
~ 3.5 Km
Radiação Solar Descendente à
Superfície
FSolar na Land-SAF - MSG/SEVIRI
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
 Nuvens  DSSF com valores
mais baixos (verdes escurosazuis escuros)
Isabel Trigo, IPMA
FSolar - Aplicações
Radiação Solar diária acumulada
15 Jan 2008
MJ/m2
15 Aug 2008
15 Mar 2008
MJ/m2
MJ/m2
15 Nov 2008
15 Jun 2008
MJ/m2
Isabel Trigo, IPMA
MJ/m2
FSolar - Aplicações
Evapotranspiração de Referência diária
15 Jan 2008
MJ/m2
15 Aug 2008
15 Mar 2008
MJ/m2
MJ/m2
15 Nov 2008
15 Jun 2008
MJ/m2
Isabel Trigo, IPMA
MJ/m2
Temperatura de Superfície - Aplicações
Mapeamento de Ondas de Calor
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
Isabel Trigo, IPMA
Temperatura de Superfície - Aplicações
Mapeamento de Zonas Urbanas – Ilha de Calor
15 Agosto 2009 00UTC
Lagos
Interiores
Paris
Paris
Madrid
Montanhas
Roma
Isabel Trigo, IPMA
Parâmetros de Vegetação: FVC
SEVIRI/MSG versus SPOT/VEGETATION
FVC em África
Equipa Land-SAF
(F. Camacho, J. Garcia-Haro)
30
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/D
A2013/index.html