RADIOMETEOROLOGICAL STUDY IN THE AMAZON REGION
CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO === A região amazônica é uma extensa área de grande importância política e estratégica para o futuro do Brasil. Por suas características, tais como, a distâncias entre cidades e vilarejos, a impenetrabilidade da floresta, a dificuldade...
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| Language: | Portuguese |
| Published: |
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO
2006
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| Online Access: | http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=8934@1 http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=8934@2 |
| Summary: | CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO === A região amazônica é uma extensa área de grande
importância política e
estratégica para o futuro do Brasil. Por suas
características, tais como, a distâncias
entre cidades e vilarejos, a impenetrabilidade da
floresta, a dificuldade de
construção de rodovias, etc. é imediato constatar a
importância primordial de ser
atendida por sistemas de telecomunicações sem fio,
particularmente de redes via
satélite, eficientes e confiáveis. Qualquer operação
militar ou civil na região,
como o próprio sistema SIPAM (Sistema de Proteção da
Amazônia) ou qualquer
sistema de comando e controle necessita, para o seu êxito,
do planejamento
correto dos sistemas de comunicações via satélite
fundamentais para a defesa e a
manutenção da soberania e da integridade territorial da
região, diretamente
relacionado ao conceito de segurança nacional. O problema
é que, devido à
necessidade de descongestionar o uso do espectro, tais
sistemas passaram a
utilizar freqüências acima de 10 GHz de forma mais
intensa. Esta situação tornou
primordial a avaliação dos efeitos da precipitação sobre a
propagação dos sinais
radioelétricos. O planejamento dos atuais sistemas de
comunicações por satélite
que operam nas bandas Ka e Ku
está, nos dias de
hoje, fortemente dependente da atenuação produzida pela
chuva, que delimita, na
maioria dos casos, até mesmo a sua disponibilidade. Neste
contexto, o presente
trabalho procura contribuir através de um estudo
radiometeorológico da região
Amazônica. O levantamento e a análise de informações sobre
a chuva permite a
obtenção de parâmetros a serem utilizados no aprimoramento
e no
desenvolvimento de modelos que visam à otimização dos
projetos de novos
sistemas de comunicações e/ou a expansão de sistemas
existentes. Tendo em vista
que, no processo de avaliação do efeito da chuva sobre o
sinal, a distribuição
estatística da taxa de precipitação de um determinado
local é um parâmetro
meteorológico essencial, foram realizadas medidas em nove
localidades da Amazônia, por uma rede de pluviógrafos do
tipo caçamba basculante, instalada na
região com este objetivo específico. As distribuições
estatísticas cumulativas da
taxa de precipitação, anual e para o pior mês, foram
levantadas e processadas,
assim como confrontadas com os modelos de predição atuais
de forma a avaliá-los
quanto à aplicabilidade na região. O modelo atualmente
adotado pela
Recomendação do UIT-R1 P.837-4, foi cuidadosamente
investigado, sendo
proposta a atualização de alguns de seus parâmetros,
objetivando aprimorar o
desempenho na região. O comportamento dinâmico da
precipitação e o
conseqüente efeito sobre a propagação dos sinais foram
discutidos e comentados
os aspectos onde este conhecimento é fundamental para a
implementação de
técnicas de melhoria para aumentar a confiabilidade dos
sistemas. Foi também
realizado, com base em dados provenientes dos radares
meteorológicos do SIPAM
(Sistema de Proteção da Amazônia), um estudo da estrutura
espacial da
precipitação, de grande utilidade no aprimoramento de
modelos físicos de
predição da atenuação por chuva. Neste particular, foi
possível tratar nesta tese
questões como a relação Z-R (refletividade-precipitação)
para os radares e a
determinação das dimensões horizontais e vertical da
célula de chuva. Por fim, foi
desenvolvido um modelo matemático para representar o
comportamento
estatístico de duas células de chuva, separadas por uma
dada distância, com a
finalidade de fornecer subsídios para a interpretação
física do funcionamento da
técnica de diversidade de sítio em um sistema de
comunicações por satélite. === The Brazilian Amazon is a very large equatorial region,
covered by a
dense jungle and located in the North of Brazil. Its
political and strategic
importance is nationally recognized. Consequently,
wireless communications
play a fundamental role under the point of view of its
development, support to
its inhabitants and state security. In this context, the
main motivation for the
work described in this dissertation was the possibility of
contributing to the
progress of the Amazon region. Nowadays, the use of
frequencies above 10
GHz is growing fast, not only as a solution to overcome
the problem of
spectrum congestion, but also to increase the capacity of
telecommunications
systems. Unfortunately, these frequencies are strongly
affected by precipitation.
Once the equatorial climate is characterized by heavy
rain, a
radiometeorological study in the Amazon region seems to be
essential for
acquiring the information needed to improve the project
criteria and the
performance analysis of communication systems in this
area. The first step in
the investigation reported here was a study about the
climate of the Amazon
region. Köppen classification was adopted because its
structure depends on
temperature, precipitation and vegetation, factors that
can be related to the
statistical distribution of rain in a given area.
According to this classification,
the climate in the Amazon region is a tropical rainy (A),
where 3 subtypes can
be identified: Rainy equatorial (Af); Monsoon tropical
(Am); Wet-and-dry
tropical (Aw). The rainfall characteristics analysis was
carried out with data
from a pluviograph network covering the region of interest
and consisting of 9
(nine) rain gauges. Tipping bucket rain gauges were used,
in which, each tip
corresponds to 0.1mm rainfall, the integration time being
one minute and
measuring a maximum precipitation rate of 240 mm/h.
Complementary radar
data from the SIPAM (Amazon system protection) network
were also taken into
account in this research. Radars operate in the frequency
of 2.8 GHz (S-band), with 4.3m parabolic antennas and a
maximum coverage of 400km. Based on
precipitation measurements carried out for a period of one
year (June 2004 to
May 2005), a detailed study of rainfall rate distribution
was developed. Both
annual and monthly cumulative distributions were derived.
Three mathematical
models available in the literature for predicting the
cumulative distribution of
rainfall rate were compared and tested against the
experimental data available.
The Salonen-Baptista (S-B) was taken as reference in this
dissertation. The
reason for choosing this model was its global coverage and
its dependence on
meteorological parameters available in the region under
study, allowing to be
continuously extended over a large area. Additionally,
this model is the basis of
ITU-R Recommendation P.837-4. On the other hand, as radar
measurements are
of paramount importance in the analysis of the spatial
structure of rain, based on
the classical relation Z(mm6/m3) = a[R(mm/h)]b the
conversion between radar
reflectivity (Z) and rainfall rate (R) were carefully
investigated. The
experimental data from rain gauge and radar networks have
allowed the
examination of different questions: a) Dynamic behaviour
of the rainfall rate; b)
Horizontal and vertical distribution of rain; c)
Correlation of rainfall rate
measured in two points separated by a given distance. In
each case, the use of
the final results to the analysis of problems related to
telecommunication
systems was pointed out. Due to its relevance in the
Amazon region, the
application to satellite communications was emphasized. |
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