the impact of interpolation of meteorological … medidas estão dispersas em torno de um valor,...
Post on 02-Apr-2018
218 Views
Preview:
TRANSCRIPT
The impact of interpolation of
meteorological measurements
in the quality of IWV-GNSS
values
Mariana Dias Chaves
Luiz Fernando Sapucci
João F. Galera Monico
Sumário
• Introdução;
• Propagação dos erros do IWV;
• Experimento;
• Dados analisados.
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Introdução
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
As observáveis básicas do posicionamento geodésico utilizando o
Sistema Global de Navegação por Satélites (Global Navigation Satellite
System - GNSS) são: distâncias entre as antenas dos satélites artificiais
do sistema e dos receptores com base nos sinais de radiofrequência.
Uma das fontes de
erros associadas a esse
tipo de medidas é a
camada eletricamente
neutra da atmosfera
terrestre, Troposfera,
que causa o chamado
atraso troposférico
(Tropospheric Delay –
Dtrop) nos sinais que a
percorrem. Figura 1: Propagação do sinal de radiofreqüência na atmosfera
Fonte: http://satelite.cptec.inpe.br/zenital/nota.jsp
Introdução
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Os valores do IWV apresentam um benefício potencial para a Previsão
Numérica de Tempo (PNT), pois com a assimilação desse tipo de dado é
corrigida a estrutura vertical do vapor d’água, e, por conseqüência, se obtêm
um melhor estado inicial no modelo. Atualmente, encontra-se em fase de teste
a assimilação desses dados no Centro de Previsão de Tempo e estudos
Climáticos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (CPTEC-INPE).
As estimativas do atraso, quando tratadas na direção zenital (ZTD) podem ser
convertidas em estimativas do vapor d’água integrado na atmosfera (Integrated
Water Vapor - IWV).
O Dtrop pode ser estimado juntamente com a minimização das demais fontes de
erros das observáveis GNSS.
Introdução
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
O emprego de redes de monitoramento contínuo dos sinais GNSS para essa
finalidade, no caso, a utilização dos dados da RBMC (Rede Brasileira de
Monitoramento Contínuo) sobre o território brasileiro requer que medidas de
pressão atmosférica e temperatura sejam realizadas junto à antena GNSS para
obter a máxima precisão nos valores do IWV.
Na ausência de tais medidas, algumas alternativas podem ser a utilização de
valores oriundos de Plataformas de Coleta de Dados (PCDs) ou de
informações provenientes das estações meteorológicas convencionais
homologadas pela Organização Mundial de Meteorologia.
Introdução
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Figura 2: Estações meteorológicas automáticas do Brasil
Fonte: http://www.inmet.gov.br/sonabra/maps/automaticas.php
Figura 3: Estações RBMC no Brasil
Fonte: ftp://geoftp.ibge.gov.br/RBMC/relatorio/RBMC_2010.png
Introdução
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Já nas estações convencionais, o
problema é que as medidas são
efetuadas por operadores e por
isso a taxa de coleta não é
uniforme sendo requerido uma
interpolação temporal nas
medidas.
Embora as PCDs possuam coleta
automatizada e independam da
intervenção humana para a
realização das medições, muitas
delas estão munidas de barômetros
de baixa precisão (1 hPa).
Em ambas as opções há a problemática de que a densidade de estações não é
grande e, por isso, há estações GNSS em que as meteorológicas mais
próximas estão distantes alguns quilômetros, exigindo nesse caso uma
correção nas medidas em função da distância.
Propagação dos erros do IWV
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
O IWV é estimado e expresso
em função de medidas.Tm
kkR
ZIWV
w
WD
3'
2
610
.
)00028,0-2cos0026,0-1()1027683157,2(
3-
h
PsxZ
HDWDHDTDZZZ
),',,,,,(32
KKRTmZZZfIWVWWDHDTD
Tais medidas estão dispersas em torno de um valor, apresentando variância.
Para efetivar uma eficiente assimilação do IWV, a análise das fontes de erros
presentes na conversão do valor do atraso em IWV é um fator determinante na
precisão dos valores. Dessa forma, esses erros devem ser quantificados
corretamente.
Propagação dos erros do IWV
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
A avaliação das medidas
nas quantidades calculadas
e eventuais correlações
como funções das
dispersões das medições é
definida como a Propagação
de Variância-Covariância
(Propagação dos erros).
22
HDTDWD ZZZ
2
2
3-
2
2
3-
)00028,0)2cos(00026,01(
1027683157,2
)00028,0)2cos(00026,01(
1027683157,200028,0hPs
s
Zh
x
h
Px
HD
24
22
3
22
2
2
2
2
2
2
2
22 3
'
2
YT
K
YTYRZZW
M
T
M
KK
W
R
WD
Z
WDIWV
MWWD
Assim, aplicando-se a Lei de Propagação
Variância-Covariância nas equações, tem-se:
MT
KkY
3'
2YR
W
W
610
Experimento
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Para analisar os dados
provenientes das estações e
confirmar a importância da
determinação da propagação da
variância das variáveis do IWV,
dados de estações meteorológicas e
GNSS foram organizados e
analisados sob dois aspectos: os
impactos em função da latitude e
altitude em que se encontram tais
estações.
Para análise de latitude, foram
consideradas as seguintes estações:Belém (BELE), Recife (RECF), Rio
de Janeiro (RIOD) e Santa Maria
(SMAR).
Para a análise da altitude, foram
consideradas as seguintes estações:Rio de Janeiro (RIOD), São Paulo
(SAOP), Presidente Prudente (PPTE) e
Brasilia (BRAZ).
Figura 4: Localização das estações GNSS e Meteorológicas
Experimento
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Experimento
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Experimento
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Para análise dos resultados
apresentados nas tabelas, ao considerar
os dois aspectos investigados e a
incerteza na temperatura de 1K, a figura
a esquerda foi elaborada e apresenta os
valores dos desvios padrão em função
da latitude.
Da mesma maneira, a figura ao
lado apresenta os desvios padrão
em função da altitude.
Experimento
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
A análise dos resultados mostrados na figura com relação à latitude indica que
as incertezas:
• apresentam comportamento diretamente proporcional à incerteza da pressão.
Quanto a comparação entre as estações:
• o maior valor do desvios padrão de IWV está na estação SMAR, e;
• o menor valor é encontrado na estação BELE.
Tais resultados revelam que a incerteza apresenta um padrão de ser maior
quanto maior a latitude da estação.
Experimento
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Quanto a análise com relação à altitude, os resultados indicam que os valores
do IWV também apresentam comportamento diretamente proporcional à
incerteza da pressão.
Quanto a comparação entre as estações:
• os maiores valores de desvios padrão de IWV estão dispostos nas estações
SAOP e BRAZ respectivamente, situadas na maiores altitudes, e;
• valores menores de desvios padrão encontram-se nas estações localizadas
em baixas altitudes.
Tais resultados revelam que a incerteza é diretamente proporcional aos valores
de altitude.
Dados analisados
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Para a conversão de valores do ZTD em valores de IWV há a necessidade de
que medidas da pressão atmosférica de boa qualidade na altura da antena
GPS estejam disponíveis.
A configuração ideal para isso é que os sensores sejam instalados próximos à
antena GPS e que sejam providos de sistemas apropriados de leitura
automática e disponibilizados de forma contínua.
No entanto, as estações GNSS e meteorológicas disponíveis não são densas e
por isso há estações GNSS em que as mais próximas estão distantes alguns
quilômetros exigindo, neste caso uma correção nas medidas.
Dados analisados
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
A localização espacial das estações meteorológicas e GNSS, instaladas na
cidade de Salvador (BA), por exemplo, indicam que, embora a rede de
estações meteorológicas no Brasil seja, em algumas regiões, densa, a
distância entre as estações não atende a aplicação.
Em contrapartida, é possível identificar um tipo de problemática envolvendo a
distância das estações meteorológicas e GNSS com a qualidade e distribuição
espacial dos dados medidos das estações disponíveis. Nesse caso, tem-se
uma estação meteorológica ao lado de uma GNSS.
Dados analisados
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Um experimento realizado baseou-se em dados de outro experimento de coleta
intensiva realizada em Alcântara - MA (http://gpmchuva.cptec.inpe.br/)
utilizando dois receptores GPS.
Um problema a ser resolvido era a disponibilidade de valores de temperatura e
pressão junto aos receptores. Enquanto um estava próximo de um radiômetro,
o qual possui sensores meteorológicos de temperatura, pressão e umidade, o
outro tinha duas opções: uma estação automática de número 32573, localizada
a poucos metros de distância, pertencente à rede do INPE, e assim
denominada, e uma estação automática da força aérea, denominada Radar, a
qual estava distante aproximadamente 2 km.
Dados analisados
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Figura 6: Localização das estações meteorológicas do
experimento
Fonte: www.google.com.br
Figura 5: Localização do experimento em Alcântara-MA, Brasil
Fonte: http://gpmchuva.cptec.inpe.br/
Dados analisados
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Estação Radiômetro: adotada como referência para que fosse possível a
comparação entre as estações Radar e INPE, já que os dados das estações
Radar e Radiômetro comportavam-se de maneira semelhante nas séries
temporais, tanto de pressão quanto de temperatura.
Estação Radar: intitulada parâmetro de comparação para as outras, por ser
uma estação meteorológica fixa e de taxa de amostragem grande com coletas
de 1 minuto enquanto que as estações INPE e Radiômetro apresentavam as
taxas 3 horas e 6 minutos respectivamente.
Dados analisados
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Os dados dessas estações foram comparados a fim de avaliar o impacto no
IWV-GPS.
Dados analisados
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
Após a verificação de sua consistência, a estação de número 32573 no sitio do
INPE, apesar de apresentar bons resultados quanto a temperatura, não seria
indicada para uso de coleta de pressão. Fato que se dá por ser uma estação
com baixa taxa de amostragem, e que pode apresentar falhas técnicas.
Agradecimentos
10/9/2010GEGE-Grupo de Estudos em Geodésia Espacial
top related