Estudo do conteúdo de gelo das nuvens em função do ciclo de vida utilizando sensores em micro-ondas passivos

Esta pesquisa visa o estudo da possível relação entre o conteúdo total de gelo e a fase do ciclo de vida de nuvens convectivas e sua possível aplicação na estimativa de precipitação por satélite. Na primeira parte deste estudo analisa- se o conteúdo total de gelo das nuvens (IWP) em função da taxa d...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Ramon Campos Braga
Other Authors: Daniel Alejandro Vila
Language:Portuguese
Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2013
Online Access:http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m18/2013/02.26.11.40
Description
Summary:Esta pesquisa visa o estudo da possível relação entre o conteúdo total de gelo e a fase do ciclo de vida de nuvens convectivas e sua possível aplicação na estimativa de precipitação por satélite. Na primeira parte deste estudo analisa- se o conteúdo total de gelo das nuvens (IWP) em função da taxa de expansão espacial da isoterma de 235K. O cálculo do IWP é proveniente do \textit{Microwave Surface and Precipitation Products System} (MSPPS), que utiliza informações dos canais de alta frequência (89 e 150 GHz) dos sensores AMSU-B e MHS (NOAA 16-19), enquanto a análise da taxa de expansão das nuvens foi calculada utilizando o algoritmo \textit{Forecast and Tracking the Evolution of Cloud Clusters} (FORTRACC), que permite identificar e acompanhar o deslocamento de sistemas convectivos de meso-escala a partir de imagens no infravermelho térmico (10,7 mícron) abordo de satélites geoestacionários. Numa segunda etapa, analisou-se a relação entre fração convectiva, junto com a taxa de precipitação das nuvens (utilizando dados de radar) e a fase do ciclo de vida das nuvens. Duas regiões com diferentes regimes de precipitação foram avaliadas para este estudo: a região de São José dos Campos (23.2$°$S, 45.95$°$W) e a região de Fortaleza (5.06$°$S, 39.26$°$W) no sudeste e nordeste do Brasil respectivamente. Na primeira região, constatou-se que, durante o período de estudo, 84\% das nuvens precipitantes tem gelo em sua estrutura, enquanto que para a região de Fortaleza apenas a metade dessas nuvens precipitantes possui gelo. Os resultados desta pesquisa mostram que, enquanto os sistemas convectivos estão se expandindo, observa-se um maior conteúdo de gelo observado pelo satélite, maiores taxas de precipitação e fração convectiva medidas pelo radar do que nas demais fases do ciclo de vida. Uma atualização da metodologia existente é proposta para a estimativa da precipitação a partir de canais de alta frequência dos sensores AMSU- B/MHS, utilizando a informação do diâmetro das partículas de gelo (De) e o \textit{IWP}. Esta nova relação mostrou uma significante melhoria em relação ao algoritmo original desenvolvido no MSPPS. === This research focuses on the possible relationship between Ice Water Path (\textit{IWP}) retrievals using satellites and the life cycle stage of convective clouds and its possible application on satellite-based rain rate retrievals. In the first part of this work, it is analyzed the relationship between \textit{IWP} and cloud area expansion rate using 235K isotherm. The \textit{IWP} is retrieved using the \textit{Microwave Surface and Precipitation Products System} (MSPPS), which use high frequency channels (89 and 150 GHZ) from AMSU-B and MHS sensors (NOAA 16-19), while the cloud expansion rate analysis was calculated using \textit{Forecast and Tracking the Evolution of Cloud Clusters} (FORTRACC) algorithm, which makes possible identify and track the evolution of mesoscale convective systems from thermal infrared images (10.7$\mu$m) on board geostationary satellites. In a second step, it was analyzed the relation between clouds convective fraction and rain rates (using radar data) and the cloud life cycle. Two regions with different precipitation patterns were selected for this study: São José dos Campos region (23.2$°$S, 45.95$°$W) and the Fortaleza region (5.06$°$S, 39.26$°$W) at the Brazilian southeastern and northeastern regions respectively. In the first region, it was found that, during the selected period, 84\% of precipitant clouds has ice in their structure, while in Fortaleza only a half of precipitant clouds has ice. The results of this research shows that, while convective systems are intensifying (area is expanding and temperature is decaying), larger \textit{IWP} values tends to be observed. Larger rain rates and convective fraction is also measured for radar retrievals when convection is in the early stage compared with mature systems. An update for the current methodology is proposed for precipitation retrievals applying high frequency channels from AMSU-B/MHS sensors using particle effective diameter (\textit{De}) and \textit{IWP}. The proposed equation showed a significant improvement compared with the global algorithm developed at MSPPS.