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PERFIL VERTICAL DE
TEMPERATURAMeteorologia por Satélites
Profa. Marcia Yamasoe
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REVISÃO 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?
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A EQUAÇÃO DE TRANSFERÊNCIA RADIATIVA:
𝐿𝜆ሺ0,+μ,φሻ= 𝐿𝜆ሺ𝜏𝑠,+μ,φሻ𝑒−𝜏𝑠 𝜇ൗ�+ න𝐵𝜆(𝑇(𝜏′)𝑒−𝜏′ 𝜇Τ0𝜏𝑠
𝑑τ′ Radiância espectral medida no topo da atmosfera
Radiância espectral emitida pela superfície
Radiância espectral emitida pela superfície e que foi transmitida até chegar ao satélite
Radiância espectral emitida por cada camada da atmosfera e que foi transmitida até o TOA
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A radiância espectral medida pode variar? Por quais motivos?
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superfície
.
.
.
atmosfera
e suas
diferentes
camadas
.
.
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A radiância espectral medida pode variar? Por quais motivos?Variação na transmitância da atmosferaVariação do comprimento de onda
Variação na eficiência de absorção do gásVariação na concentração do gás
absorvedorVariação na temperatura da camada
emissora de radiação
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COMO QUEREMOS INFERIR A TEMPERATURA DA ATMOSFERA... É necessário medir a radiância em uma
região espectral de um gás opticamente ativo cuja concentração seja constante ao longo da atmosfera
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COMPRIMENTO DE ONDA NO QUAL A EFICIÊNCIA DE ABSORÇÃO É MÁXIMA:
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COMPRIMENTO DE ONDA NO QUAL A EFICIÊNCIA DE ABSORÇÃO É MÁXIMA:
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COMPRIMENTO DE ONDA NO QUAL A EFICIÊNCIA DE ABSORÇÃO É MÁXIMA:
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COMPRIMENTO DE ONDA NO QUAL A EFICIÊNCIA DE ABSORÇÃO É MÁXIMA:
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COMPRIMENTO DE ONDA NO QUAL A EFICIÊNCIA DE ABSORÇÃO É MÁXIMA:
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COMPRIMENTO DE ONDA NO QUAL A EFICIÊNCIA DE ABSORÇÃO É MÁXIMA:
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PORTANTO, 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.
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COMPRIMENTO DE ONDA NO QUAL A EFICIÊNCIA DE ABSORÇÃO É MÍNIMA:
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.
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PORTANTO, 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.
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VOLTANDO PARA A ETR:
Mas, relembrando:
𝐿𝜆ሺ0,+μ,φሻ= 𝐿𝜆ሺ𝜏𝑠,+μ,φሻ𝑒−𝜏𝑠 𝜇ൗ�+ න𝐵𝜆(𝑇(𝜏′)𝑒−𝜏′ 𝜇Τ0𝜏𝑠
𝑑τ′ 𝑡 = 𝑒−𝜏 𝜇ൗ� .֜ 𝑑𝑡 = −1𝜇𝑒−𝜏 𝜇ൗ�𝑑τ
𝑑𝜏𝑑𝑧= −𝛽𝑎 .֜ 𝑑τ= −𝛽𝑎𝑑𝑧
𝑑𝑡 = 𝛽𝑎𝜇 𝑒−𝜏 𝜇ൗ�𝑑𝑧= 𝛽𝑎𝜇 𝑡ሺ𝑧ሻ𝑑𝑧
Transmitância:
Coeficiente linear de absorção
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DEFININDO A FUNÇÃO PESO:
Se a atmosfera for transparente para radiação no comprimento de onda em questão,
Além disso,
𝑊ሺ𝑧ሻ= 𝛽𝑎𝜇 𝑡(𝑧)
𝛽𝑎 = 0 .֜ 𝑡 = 1 𝑒 𝑊ሺ𝑧ሻ= 0
𝛽𝑎𝜆(𝑧) = 𝑟ρ(𝑧)𝑘𝑎𝜆(𝑧) Razão de mistura do gás
Densidade da atmosfera
Coeficiente de absorção mássico do gás
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ASSIM, 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:
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
𝑑𝑊(𝑧)𝑑𝑧 = 0
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Função peso e transmitância para os seis canais de sondagem do NOAA -2
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COMO VIMOS NAS FIGURAS,
W(z) é larga, isto é, abrange vários quilômetros em altura
o satélite mede propriedades médias de camadas espessas
Há sobreposição de WAs N medições efetuadas em N
comprimentos de onda distintos não são independentes entre si
Como T é contínua em z e como N é finitoEm princípio, podemos ter um número
infinito de soluções!!!
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HISTÓRIA 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
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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.