Estudos de saldos de radiação à superfície estimados por satélite

• Ano de defesa: 2012
• Autor(a) principal: Diego Pereira Enoré
• Orientador(a): Juan Carlos Ceballos
• Banca de defesa: Gilberto Fernando Fisch, Simone Marilene Sievert da Costa Coelho, Leonardo de Faria Peres
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Meteorologia
• País: BR
• Resumo em Inglês: The surface net radiation is the most important term in determining the components of the energy budget, and a better quantification could enable, for example, a better sizing of crop irrigation, reducing waste and keeping the soil in an adequate moisture range for plants. Measurements of net radiation at the surface are generally taken at point locations and therefore are not sufficient to cover vast areas. Thus, satellite information becomes an attractive option in order to cover the whole earth with reasonably good spatial resolution and temporal frequency. Thus, this study aimed to estimate and analyze the daily behavior of surface net radiation estimates, comparing satellite measurements with available surface observations. To this end, we used information from the GOES-12, EOS and NOAA satellites as well as their derived products (GL Model, atmospheric profiles, surface albedo and emissivity). The estimated components of net radiation were compared with surface measurements, when available, at the Santa Rita do Passa Quatro-SP, Petrolina-PE, Brasilia-DF, Manaus-AM and São Martinho da Serra-RS stations. The incident solar radiation was estimated using the GL model v. 1.2 and showed a mean error of 2.68 W $m^{-2}$ and an average standard deviation of 20.47 W $m^{-2}$. To estimate the shortwave radiation budget (BOC), the MODIS surface albedo product was used and the balance was compared with the Petrolina and Santa Rita do Passa Quatro surface station measurements. BOC had satisfactory results with an average error of around 4 W $m^{-2}$ and an average standard deviation of 3 W $m^{-2}$. The upward longwave radiation (OLA) was calculated from the surface temperature and emissivity. To estimate the surface temperature, a single-channel method that uses information from the GOES 12 channel 4 was used. The upward longwave radiation showed errors of less than 10\% when compared with measured data and therefore are considered to be acceptable values. The main sources of error in the model are precipitable water and cloud masking. It was found that the temperature required to estimate the OLD temperature corresponds to the first level of an atmospheric sounding. The estimation results were satisfactory and also indicated pirgeometer calibration errors at some stations. The radiation budget shows a linear relationship with the shortwave radiation budget. Likewise, the longwave radiation budget shows linearity with the BOC, however, of second order. Thus, BOL can be considered a correction in the total net radiation estimates. However, more accurate estimates of the longwave radiation budget are needed to more accurately estimate the net radiation. It was found that in situations of cloud cover greater than or equal to about two hours, the longwave radiation budget tends to annul and, thus, the total net radiation can be estimated from the shortwave radiation budget. While the passing of clouds can cause variations of up to 300 W $m^{-2}$ in incident solar radiation, the OLA varies by around 20 W $m^{-2}$ and the OLD by about 3 W $m^{-2}$.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m18/2012/02.09.16.16

O saldo de radiação à superfície é o termo mais importante na determinação das componentes do balanço de energia e uma melhor quantificação do saldo permitiria, por exemplo, um melhor dimensionamento da irrigação de culturas, minimizando desperdícios e mantendo o solo em uma faixa de umidade adequada às plantas. Medidas de saldo de radiação à superfície são geralmente realizadas de forma pontual e, portanto, não são suficientes para cobrir extensas regiões. Dessa forma, informações satelitais se tornam um atrativo tendo em vista a cobertura de toda a Terra com boa resolução espacial e razoável frequência temporal. Assim, este trabalho teve como objetivo estimar e analisar o comportamento diário das componentes do saldo de radiação à superfície comparando estimativas por satélite com medidas à superfície disponíveis. Para tal fim, foram utilizados informações dos satélites GOES-12, EOS e NOAA bem como os produtos derivados desses satélites (Modelo GL, perfis atmosféricos, albedo e emissividade da superfície). As componentes estimadas do saldo de radiação foram comparadas com medidas à superfície, quando disponíveis, das estações de Santa Rita do Passa Quatro-SP, Petrolina-PE, Brasília-DF, Manaus-AM e São Martinho da Serra-RS. A radiação solar incidente foi estimada através do modelo GL v. 1.2 e apresentou erro médio de 2,68 W $m^{-2}$ e desvio padrão médio de 20,47 W $m^{-2}$. Para a estimativa do balanço de onda curta (BOC) foi utilizado o produto MODIS de albedo da superfície e o balanço foi comparado com medidas à superfície nas estações de Petrolina e Santa Rita do Passa Quatro. BOC apresentou resultados satisfatórios com erros médios da ordem de 4 W $m^{-2}$ e desvio padrão médio de 3 W $m^{-2}$. A radiação de onda longa ascendente (OLA) foi avaliada a partir da temperatura e emissividade da superfície. Para a estimativa da temperatura da superfície foi utilizado um método monocanal que utiliza informações do canal 4 do GOES 12. A radiação de onda longa ascendente apresentou erros inferiores a 10\% quando comparados com dados medidos e, portanto, valores aceitáveis. As principais fontes de erros do modelo são a água precipitável e o mascaramento de nuvens. Verificou-se que a temperatura necessária à estimativa da OLD corresponde a temperatura do primeiro nível de uma sondagem atmosférica. Os resultados das estimativas dessa componente foram satisfatórios e ainda indicaram erros de calibração dos pirgeômetro de algumas estações. O balanço de radiação apresenta uma relação linear com o balanço de onda curta. Da mesma forma, o balanço de onda longa também apresenta linearidade com o BOC, porém, de segunda ordem. Dessa forma, o BOL pode ser considerado uma correção na estimativa do saldo de radiação total. Porém, estimativas mais acuradas do balanço de onda longa são necessárias para se estimar com maior precisão o saldo de radiação. Verificou-se que em situações de cobertura de nuvens aproximadamente maior ou igual a duas horas, o balanço de radiação de onda longa tende a se anular e, dessa forma, o saldo de radiação total pode ser estimado a partir do saldo de onda curta. Enquanto a passagem de uma nuvem pode causar variações de até 300 W $m^{-2}$ na radiação solar incidente, a OLA varia cerca de 20 W $m^{-2}$ e a OLD cerca de 3 W $m^{-2}$.