Assimilação de perfis de rádio ocultação GPS no modelo global de PNT do CPTEC

• Main Author: Ivette Hernández Baños
• Other Authors: Luiz Fernando Sapucci
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2017
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2017/02.03.10.32

A técnica baseada na rádio ocultação dos sinais do sistema global americano de navegação por satélites (GPS, acrônimo do inglês Global Positioning System), permite obtenção de informações valiosas sobre o estado da atmosfera através de perfis verticais obtidos em diferentes níveis de processamento. Estudos sobre o impacto da assimilação desses perfis em modelos de Previsão Numérica de Tempo (PNT) tem demonstrado a contribuição dos mesmos na melhoria das condições iniciais e, consequentemente, nas previsões geradas. Entre os três níveis de processamento dos dados de rádio ocultação GPS disponíveis atualmente para a assimilação, o CPTEC já tem explorado relativamente bem os perfis recuperados de temperatura, umidade e de refratividade, mas ainda não foram assimilados nesse centro os perfis do ângulo de curvatura, e diversas questões ainda estão em aberto sobre o potencial desses dados a ser explorado para a melhoria da qualidade dos produtos da PNT desse centro. Além disso, a ampliação no número de satélites LEO dedicados para a rádio ocultação é frequente, em especial nos próximos anos com os recursos da iniciativa privada no setor de meteorologia por satélite. Assim, um outro ponto relevante é avaliar o impacto de novos satélites de rádio ocultação na assimilação operacional de dados praticada no centro. Esse é o caso do satélite MetOp-B o qual constitui o principal satélite meteorológico operacional em órbita polar da Europa. Assim sendo o objetivo principal da presente pesquisa é procurar formas de otimizar o impacto dos dados de rádio ocultação GPS no sistema de PNT do CPTEC, através da ampliação da base de dados e uso de dados de ângulo de curvatura ao invés de dados de refratividade. Para atingir esse objetivo diversos experimentos foram realizados utilizando o sistema de assimilação GSI acoplado no Modelo Global do CPTEC, nos quais foram testadas a inclusão adicional dos dados de radio ocultação do MetOp-B e modificado o tipo de observação utilizada ao testar os perfis do ângulo de curvatura em comparação com os perfis de refratividade. Os resultados indicaram que a inclusão de fontes adicionais de dados, como o satélite MetOp-B, impacta positivamente na qualidade das análises e previsões, revelando que esse tipo de dado ainda está longe de ser redundante e merece ainda ampliação desse sistema de observação. No que se refere ao uso de dados de ângulo de curvatura os resultados indicaram que, mesmo com as limitações do modelo em caracterizar a atmosfera nos altos níveis, benefícios foram alcançados com o uso desse tipo de dado em comparação aos obtidos com a refratividade. O maior ganho foi no aumento significativo do número de dados assimilados, em especial nos altos níveis da atmosfera. Os resultados reportados nessa pesquisa são relevantes para a modelagem do CPTEC, pois dão indicações claras da melhoria nos resultados obtidas com o melhor uso dos dados de rádio ocultação GPS, os quais podem orientar as práticas na assimilação de dados no cotidiano operacional. === The Global Positioning System (GPS) radio occultation (RO) technique allows to obtain valuable information about the state of the atmosphere through vertical profiles obtained in various processing levels. Many studies assessing the impact of assimilating these profiles in Numerical Weather Prediction (NWP) models have demonstrated its contribution improving the initial conditions and thus, the forecasts generated. Between the three available processing levels of GPS RO observations, in the CPTEC have been explored relatively well the retrieved temperature, humidity and refractivity profiles, but still have not been assimilated the bending angle profiles. Following this, there are some open questions about the potential of those data improving the quality of the NWPs products. Also, a continuous increase of the number of low orbit satellites dedicated to GPS RO became frequent, specially in the next years with findings from the private sector in the satellite meteorology area. Therefore, another relevant point is evaluate the impact of adding news satellites for GPS RO in the operational assimilation performed at the CPTEC. The MetOp- B, which is the principal meteorological satellite from Europe is one of these new satellites, that has not yet been explored in the data assimilation performed in the center. In order to answer these questions, the present study aims to search ways to optimize the impact of GPS RO data on the NWPs system of the CPTEC, through the increase of the database used for the assimilation process and the use of bending angle instead refractivity profiles data. To achieve this goal, several numeric experiments were performed using the assimilation system GSI coupled with the Global Model of the CPTEC. In the experiments were tested the additional inclusion of GPS RO from the MetOp-B satellite and was modified the observation type used, that is, bending angles in comparison with refractivity profiles. The results indicated that the inclusion of new data sources, like the MetOp-B satellite, impacts positively in the quality of the analyses and forecasts, revealing that this data type is still far away of be redundant and deserves the increase of this observation system. On the other hand, the results about the use of bending angle showed that even with the model limitations characterizing the higher levels of the atmosphere, benefits were achieved using this data when comparing with the results obtained assimilating refractivity profiles. The highest gain was the significant increase of the assimilated data specially in higher levels of the atmosphere. The results reported here are meaningful for the modelling at the CPTEC and give clear indications about the improvements in the results attained to the best use of GPS RO data, which can guide the daily operational assimilation.