ESTIMATIVA DE PRECIPITAÇÃO POR SATÉLITES


Dr. Carlos Frederico Angelis

   De todas as atividades da Meteorologia, a que mais impacta o dia-a-dia das pessoas é a previsão de chuvas. Mas a importância dessa pre-visão certamente não se esgota em avisar se devemos ou não sair de casa com um guarda-chuva: a agricultura e a geração de energia de-pendem das chuvas e poucas atividades há que não sejam afetadas direta ou indiretamente por ela. Prever as precipitações é particularmente difícil em um país de dimensões continentais como o Brasil. Esta entrevista aborda vários aspectos importantes da atividade mais conhecida da Meteorologia.

O que é e como surgiu o produto?
   A estimativa de precipitação por satélites surgiu da necessidade de se obter e quantificar a precipitação que ocorre em locais inóspitos e de difícil acesso onde não há outra maneira de se avaliá-la: extensas áreas de florestas, regiões montanhosas, etc. A estimativa por meio de imagens de satélites é feita através do reconhecimento de características físicas das nuvens e da associação dessas características a uma determinada taxa de precipitação.
   A maneira convencional para quantifi-car a chuva que ocorre em um determi-nado local utiliza dispositivos (pluviômetros e/ou radares) colocados em diversos pontos da superfície da Terra. Informações mais exatas poderiam ser obtidas desde que se possuísse uma rede densa desses dispositivos. Porém, o alto custo de sistemas de radares dificulta sua aquisição por países em desenvolvimento, e a dificuldade de acesso em alguns locais limita a distribuição de pluviômetros. Em ambos os casos a observação e quantificação dos níveis de precipitação ficam comprometidos, justificando assim a utilização das imagens de satélites.
 
Como funciona?
   Há várias maneiras de se estimar a precipitação, porém na forma mais simples os satélites registram a temperatura das nuvens de acordo com sua altura e espessura. Para fazer isso os satélites utilizam a região óptica do espectro ele-tromagnético (radiação visível e infra-vermelha) Assim, é possível associar uma taxa de chuva em função dessa temperatura. Trata-se de um meio indi-reto de quantificar a chuva, ou seja, o satélite observa apenas o topo das nu-vens, e não através delas, inferindo assim a chuva que está ocorrendo na su-perfície.
   Outra maneira mais direta de se avaliar a precipitação se dá através do registro da radiação de microondas emitida pela terra (sensores de microondas passivo). Essa radiação ao atravessar e interagir com as nuvens, leva informações sobre algumas de suas propriedades físicas até o sensor. Essa forma de se quantificar a chuva produz estimativas mais confiá-veis, porém algumas limitações dificultam seu uso operacional. Algumas des-sas limitações são impostas pela baixa resolução temporal (tempo entre a obtenção de duas imagens consecutivas), que se limita a poucas imagens diárias, e sua alta resolução espacial (mínima área “enxergada” pelo satélite), que pode chegar a 48 km.
   Atualmente existem vários satélites capazes de produzir dados com diferentes resoluções temporais e espaciais. O produto desenvolvido no CPTEC, conhecido como Modelo Hidroestimador, utiliza dados ópticos do satélite americano GOES e do satélite europeu METEOSAT obtidos a cada trinta minutos. Assim, a cada meia hora é feita uma es-timativa da taxa de precipitação naquele momento por meio de um mapa de chu-va. A menor área amostrada é de 16 km2 (4km x 4km). Com essa seqüência de imagens é possível efetuar o monitoramento espacial e temporal da precipitação. Ao final de 24 horas é concebida nova estimativa com o total de chuva acumulado nesse período. A geração diária de produtos de precipitação permite a geração de relatórios diários, mensais ou de qualquer período que se queira. Com isso, é possível avaliar o índice de precipitação média ocorrida em cada dia de um determinado mês ou estação bem como a média mensal ou sazonal.
 
Quando começou?
   Estudos enfocando estimativas de precipitação por satélites tiveram início na década de 70, a partir do lançamento dos primeiros satélites meteorológicos. Ao se observar as primeiras imagens, verificou-se alguns padrões e características das nuvens, com isso foi possível o estabelecimento de uma relação entre essas características e a precipitação. Uma vez determinada essa relação entre a precipitação ocorrida na superfície e algumas características físicas de seu topo, pôde-se elaborar mapas de chuva que cobrem toda a área amostrada pelos satélites. Com a evolução da tecnologia novos sensores foram desenvolvidos juntamente com novas técnicas de estimativa de precipitação, refletindo assim na qualidade final dos produtos.
 
Quais são os satélites utilizados?
   Atualmente existem vários satélites me-teorológicos com diferentes tipos de sensores, ou seja; aqueles que operam na região óptica e aqueles que operam na região de microondas. Além disso, há os satélites de órbita geoestacionária (hélio síncrona) ou fixa e os de órbitas não-geoestacionárias, que circulam em torno da Terra. Todos monitoram as condições meteorológicas no momento da aquisição de uma imagem. A maior vantagem dos satélites geoestacionários é produzir dados em alta resolução temporal (da ordem de 30 minutos). Isso permite acompanhar melhor a evolução das nuvens e conseqüentemente da precipitação.
 
Qual a utilidade e aplicação desse produto?
   Esse produto pode ser diretamente aplicado no gerenciamento de recursos hídricos, pois a maior fonte de água doce no Brasil é a precipitação. É ela quem regula os reservatórios de água, o nível dos rios, ribeirões, etc. A precipitação é fundamental para o consumo público e irrigação agrícola. Além disso, os dados resultantes das estimativas de precipitação por satélites podem ser aplicados diretamente como entrada nos modelos de previsão de tempo, podendo contribuir com a melhoria das suas previsões.
   O uso sistemático dos produtos de precipitação pode auxiliar no conhecimento do regime de precipitação de uma determinada área, e assim apoiar o gerenciamento e/ou controle dos recursos hídricos dessa área. Desta forma, os órgãos que fazem uso da água são os grandes beneficiários desses produtos. Outra importante aplicação está no apoio ao planejamento e gerenciamento da agricultura, uma vez que as estimativas de precipitação podem auxiliar os agricultores a planejar o momento mais adequado para o plantio das lavouras.
 
Qual alcance do produto?
  As estimativas de precipitação por saté-lites possuem cobertura de todo o globo, porém por razões operacionais o CPTEC privilegiou somente a América do Sul. São cobertas as áreas que se estendem desde a Venezuela e parte do Panamá até a Argentina, em uma resolução espacial de 4 km e temporal de 30 minutos.
 
Como é processado o modelo?
   A estimativa de precipitação é efetuada através da equação que relaciona a temperatura de brilho do topo das nuvens e a precipitação na superfície medida por pluviômetros e radares meteorológicos. O Modelo Hidroestimador usado pela DSA utiliza também dados de vento e umidade gerados pelo modelo de previsão de tempo do CPTEC, além de informações da topografia da área enfoca-da. Cada imagem GOES e/ou METEO-SAT recebida no CPETC é processada e o resultado é a elaboração de um mapa de precipitação que é disponibilizado em tempo quase real nas páginas eletrô-nicas do CPTEC.

Figura 1: Precipitação instantânea
 
Qual o caráter inovador do produto?
   O caráter inovador é a elaboração de mapas de chuva que cobrem toda a América do Sul a cada trinta minutos. Os produtos são gerados automaticamente e disponibilizados para a sociedade em geral, que poderá obter os mapas de chuva diretamente no sítio eletrônico do CPTEC, ou obter os dados brutos através de uma solicitação ao Serviço de Atendimento ao Usuário.
 
É um produto confiável?
   Todas as maneiras de se estimar precipitação que fazem uso de pluviômetros, radares ou satélites trazem consigo limi-tações que afetam a confiança do resultado final. A principal fonte de incertezas das estimativas feitas usando o Modelo Hidroestimador se deve ao fato de que a taxa de chuva na superfície é inferida através da temperatura de brilho do topo das nuvens e de algumas condições atmosféricas indicadas por um modelo de previsão de tempo. Estudos mostram que a maior parte da precipitação ocorre a partir de nuvens convectivas (cumulu-nimbus), cuja característica principal é possuir topos altos e frios. Porém, nu-vens do tipo cirrus, que não produzem chuva e também apresentam topos altos e frios, são interpretadas pelo Modelo Hidroestimador como nuvens de chuva. Como conseqüência, o modelo superes-tima a ocorrência de precipitação, apresentando erros significativos. Outra fonte de incerteza são as nuvens baixas e quentes, que embora não detectadas pelo modelo, produzem chuvas. Nesse caso, a precipitação é subestimada.
De uma maneira geral o modelo possui um bom desempenho na elaboração de mapas de chuva. A validação das esti-mativas é feita mensalmente através da comparação entre os valores produzidos pelo Hidroestimador e os valores indi-cados por pluviômetros. Os resultados ficam disponíveis no sítio eletrônico do CPTEC.

Figura 2: Total diário de chuva
 
Qual a ligação com outros produtos da DSA?
   O principal produto associado é o sistema de rastreio e identificação de nuvens convectivas (FORTRACC). Esse produto identifica as áreas de ocorrência de sistemas convectivos, permitindo assim que estimativas de precipitação sejam feitas para cada um deles. Enquanto o FORTRAC analisa e prevê o estado futuro de um determinado sistema, o Modelo Hidroestimador estabelece a taxa de chuva daquele sistema.
 
Quais os próximos passos?
   Trata-se de um produto em constante evolução sempre procurando melhorar o desempenho do modelo. Atualmente busca-e a utilização de diferentes sensores (ópticos e microondas) para a elaboração de um modelo híbrido que aproveite de maneira mais eficiente todas as vantagens de cada sensor. Para isso utiliza-se não somente dados de satélites, mas também dados de radares meteorológicos e pluviômetros.