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METEOROLOGIA POR SATÉLITE

 

IDENTIFICAÇÃO DE NUVENS POR SATÉLITE

 

1) Idéia básica da identificação de nuvens por satélite:

Nuvens formam-se como o resultado de interações específicas entre muitos fatores meteorológicos. Nuvens que se formam sob determinadas condições podem ser classificadas em categorias individuais com base na sua aparência, podendo exibir padrões únicos em imagens de satélite. Uma vez esses padrões são conhecidos, é possível identificar os tipos de nuvens presentes em uma imagem de satélite.

2) Formação das nuvens

Nuvens são formadas quando o ar é resfriado ao seu ponto de orvalho. A essa temperatura, vapor de água condensa-se sobre partículas conhecidas como núcleos de condensação (que podem ser sal, poeira, aerossois, etc.). Uma nuvem é uma coleção de gotículas de água condensada ou cristais de gelo que são pequenos suficiente para manterem-se suspensos no ar.

Ar resfria-se normalmente por levantamento. Portanto, se existir levantamento suficiente e o ar for úmido o suficiente, nuvens podem se formar.

Ar pode ser levantado por processos convectivos, ao longo de superfícies frontais, ou por fluxo sobre uma montanha.

A Maior parte das nuvens vistas em imagens de satélite foram formadas como um resultado de um ou mais "mecanismos de levantamento" de ar da natureza.

Um outro jeito no qual o ar pode ser resfriado é por contato com superfícies frias. Por exemplo, quando ar quente entra em contato com a terra mais fria ou a água, o nevoeiro (fog) pode ser formado (o qual, portanto, nada mais é do que nuvem formada no nível do solo).

A formação de nuvens está intimamente relacionada com a estabilidade da atmosfera. Em ar instável, aquecimento diferencial da terra faz com que correntes convectivas se formem. Bolsões de ar quente sobem e criam as correntes ascendentes (updrafts). Conforme o ar que sobe se resfria, as nuvens se formam nas regiões das correntes ascendentes. Essas nuvens são caracterizadas por desenvolvimento vertical e podem possuir desenvolvimento vertical bastante elevado. Nuvens que se formam em ar instável estão associadas com tempestades e trovoadas, com precipitação intensa e com ventos de rajada (gusty winds). Entre as correntes ascendentes, observa-se as correntes descendentes (downdrafts) (v. Figura 1).

Figura 1. Formação de nuvem em uma atmosfera instável

Em atmosferas estáveis existe muito pouco movimento vertical e as nuvens também não possuem extensão vertical pronunciada. Essas nuvens se apresentam em geral em camadas, com uma aparência "lisa". Assim, nuvens baixas, visibilidade prejudicada e chuviscos estão associados com essas massas de ar estáveis em baixos níveis na atmosfera.

3) Padrões de nuvens em grande-escala.

 

      Escudo de nuvem (Cloud shield): padrão de característica ampla cuja razão de extensão para largura é menor que 4.

      Banda de nuvem (Cloud Band): formação de nuvem aproximadamente contínua com um eixlo longo distinto; a razao de comprimento para largura é no mínimo 4 para 1, e a largura da banda é maior que 1º de latitude. (Em geral, podem estar associadas com uma frente fria).

      Rua de nuvens (Cloud street): Trata-se de uma banda de nuvem estreita na qual as células individuais não estão conectadas. Várias ruas geralmente se alinham paraleas umas as outras e ao longo do fluxo de ventos de baixos-niveis. Cada rua possui menos que 1º de latitude em largura.

      Cloud finger: Extensão adiante de uma nuvem frontal. Usualmente extende-se na direção norte (sul) no hemisfério sul (norte) a partir de uma banda de nuvens associadas com uma frente fria.

      Elemento de Nuvem (Cloud element): é a menor nuvem que pode ser resolvida em uma imagem de satelite. Muitos elementos de nuvem podem ser vistos nas imagens distribuidas.

      Nuvem vírgula (Comma cloud): um vortice que contém uma ou mais bandas espirais que convergem em direção a um centro comum.

CARACTERÍSTICAS QUE AJUDAM NA IDENTIFICAÇÃO DE NUVENS

Tipos de nuvens individuais podem ser identificadas pela observação de várias características das nuvens nas imagens do VIS (visivel). São elas:

BRILHO TEXTURA PADRÃO ORGANIZACIONAL

DEFINIÇÃO DAS BORDAS TAMANHO FORMA INDIVIDUAL.

BRILHO: O brilho de uma nuvem em uma imagem de satélite no VIS é uma das melhores dicas para usar para identificar suas caracteristicas. O Brilho pode ser usado frequentemente para indiretamente determinar a espessura e a altura de uma nuvem. Em geral, alto brilhos no VIS estão associados com nuvens espessas, as quais tendem a refletir mais a radiação solar no visível. Portanto, nuvens espessas aparecerão brancas ou de um cinza muito claro nas imagens VIS. Nuvens finas, aparecerão mais escuras ou mesmo transparentes no VIS. No IV (infravermelho) brilho alto esta relacionado a topos frios. Portanto, nuvens muito altas, com tropos frios aparecerão brancas ou com tom de cinza muito claro nas imagens IV. Nuvens baixas, quentes aparecerão como um tom de cinza mais escuro ou podem mesmo estar "misturadas" com a superfície ou com a água.

TEXTURA: é a segunda característica de uma nuven que pode ajudar na sua identificação. Essa característica pode apenas ser vista em imagens VIS, uma vez que é uma função da quantidade de sompra que esta obscurecendo partes das nuvens. Nuvens que tem uma "lombada" ou crescem verticalmente exibem sombras que podem ser notadas. Isso é frequentemente referido como uma textura rugosa (lumpy). Nuvens com aspecto liso, não possuem geralmente muitas sombras nos seus topos. Essas nuvens são ditas com textura "lisa" (smooth). Entretanto, nuvens com textura "lisa" podem causar sombras nas nuvens mais baixas ou no chão, mas apenas nos seus limites externos. Algumas nuvens de altos-níveis podem "esticar-se" conforme os ventos sopram. Normalmente, essas nuvens possuem um aspecto fibroso nas imagens VIS.

 

PADRÕES DE ORGANIZAÇÃO: As nuvens podem possuir diferentes padrões de organização, incluindo organização em bandas, linear, circular, e celular. Estes podem ser identificados pela definição das suas "bordas" (edge definition), as quais podem ser bem ou mal definidas. O tamanho e a forma de elementos individuais de nuvens pode tambem ser útil na determinação de quais tipos de nuvens estão presentes em uma imagem.

Em geral, o método mais efetivo de identificar tipos de nuvens individuais é obtendo uma imagem VIS e IR da mesma cena. A imagem VIS pode ser usada para identificar a forma da nuvem, texturas, padrões de organização e espessura. Esses dados podem entao ser comparados a imagens IV de modo a determinar a altura das nuvens. Quando toda essa informação é colocada junta, é usualmente possível fazer uma análise confiável de quais tipos de nuvens estão presentes na imagem e o "tempo" associado a cada uma delas.

Figura 2. Exemplo de imagem no VIS indicando sombras e textura associada a formação de células profundas

a) Nuvens Estratiformes (Stratiform clouds)

As nuvens estratiformes se formam em uma atmosfera estável e são caracterizadas por uma aparência lisa. Nuvens Stratus são nuvens de baixos-níveis que frequentemente cobrem o céu todo e criam uma aparência cinzenta de céu encoberto. Nuvens stratus podem estar acompanhada por uma chuva fraca mas constante, chuvisco ou mesmo grãos de neve.

Em imagens de satélite, nuvens estratiformes estão caracterizadas por topos lisos (smooth ou flat) e ausência de um padrão organizados. Os limites dessas nuvens são frequentemente definidos pela topografia. Uma vez que essas nuvens se desenvolvem a uma baixa altitude, suas temperaturas tendem a ser quentes; portanto, elas usualmente aparecem como escuras a cinza médio em imagens IV. Nuvens stratus baixas são frequentemente difícies de distinguir da superfícies de terra quando o contraste de temperatura entre terra e nuvem é pequeno. Nas imagens VIS, contudo, essas nuvens podem ser muito brilhantes quando são espessas. Sombras não irão geralmente aparecer no topo dessas nuvens; contudo, podem ser visiveis no solo próximo dos limites da nuvem stratus.

IDENTIFICAÇÃO DE NEVOEIRO (FOG)

A identificação de nevoeiro é um aspecto muito importante da meteorologia por satélite. Nevoeiro é simplesmente uma nuvem stratus que se formou no nível do solo. A identificação do nevoeiro em imagens de satélite pode melhorar os sistemas de alerta; contudo, sua determinação não é nada trivial.

Em imagens VIS, os nevoeiros parecem ter uma textura lisa, lembrando uma nuvem stratus. Isso torna dificil distinguir nevoeiro de nuvem stratus. Nas imagens IV, o nevoeiro aparece como uma sombra em cinza, quando pode ser distinto. Se a temperatura da superfície da terra é aproximadamente a mesma que a temperatura do topo do nevoeiro, esse torna-se aproximadamente impossivel de ser visto em uma imagem IV por causa do pouco contraste terra-nuvem. Se isso ocorre à noite, quando não exite nenhuma imagem VIS para ajudar na interpretação, "areas cobertas de nevoeiro poden não ser notadas.

Geralmente, VIS e IV são usadas em conbinação para localizar o nevoeiro. Quando múltiplas ou imagens espaçadas no tempo estão disponíveis, uma boa regra a seguir é que se a superfície lisa, branca da nuvem não se move, é usualmente nevoeiro. Também, conforme o nevoeiro evapora, usualmente dissipa de fora para dentro, diminuindo o limite externo. O nevoeiro pode também ser identificado as vezes pela variação repentina dos limiares extrernos, tais como montanhas ou vales de rios, que limitam a área em que o nevoeiro pode cobrir. Nevoeiro de superfície pode ser identificado porque está frequentemnete restrito à áreas de vales. Por exemplo, na Figura 3, a imagem VIS mostra o nevoeiro sendo limitado a oeste pela Diablo mountain range e a leste pela Serra Nevada. Notem que também é possivel observar a neve sobre a Serra Nevada.

Figura 3. Banco de nevoeiro observado sobre San Joaquin Valley, California.

Em regiões montanhosas, os vales frequentemente estão cobertos por nevoeiro, enquanto o topo das montanhas permanecem claros. Isto produz uma imagen na qual os vales aparecem como linhas brancas que estão arranjadas no padrão da drenagem do fluxo dos rios. Se os vales das montanhas formam um padrão dendritico (formato como uma árvore), serão vistas linhas brancas com o mesmo padrão dendrítico. Se os vales de montanha são séries de vales paralelos, o nevoeiro também será caracterizado como uma série de linhas paralelas nas imagens.

NUVENS CUMULIFORMES

Nuvens cumuliformes formam-se em uma atmosfera instavel, na qual o ar sobe (e também desce), determinando o desenvolvimento vertical das nuvens. As nuvens cumulus formam-se na região das correntes ascendentes. Tendem a ser irregulares na forma e aparecerem como flocos de algodão. Entre nuvens cumulus o ar é descendente. Nuvens cumulus estão geralmente associadas a bom tempo. Do espaço, nuvens cumulus baixas aparecerão como elementos de nuvem com forma irregular, de vários tamanhos. O solo sera frequentemente

visível entre nuvens individuais ou agrupamento de nuvens (cloud clusters). Essas nuvens podem tambem ter forma de banda ou celulares, ou exibirem padroes em forma de onda. Podem ser bem rugosas nas imagens VIS devido a sombras na forma irregular dos topos das nuvens. Em imagens IR as nuvens cumulus exibem tons de cinza variando do escuro ao cinza médio. Veja as caracteristicas resumidas na Tabela-2.

Nuvens Stratocumulus

Em alguns casos, as nuvens cumulus começam a se desenvolver sobre uma certa área mas uma camada de inversão inibe as nuvens de possuirem um desenvolvimento vertical mais acentuado. Isso faz com que as nuvens cumulus se espalhem e desenvolvam uma aparência em camadas, similar às nuvens estratiformes. Essas nuvens, tendo características de ambas estratus e cumulus, são chamadas stratocumulus. Em imagens de satélite, estão frequentemente arranjadas em camadas, linhas ou nos chamados "padrões de rua", especialmente sobre a água no inverno. Estas aparecerão em um cinza médio nas imagens IV enquanto nas imagens VIS aparecerão bem brilhantes e rugosas.

 

 

 

 

 

Identificação de Nuvens: Nuvens tipo Estratiforme

Tipo Conteúdo Altura da Base Característica VIS IR
Combinação de stratus e Fog Água (pode ser gelo no inverno ou em altas latitudes) Menos que 1 km Topos alisados. Limites frequentemente bem marcados e definidos pela topografia Branco brilhante a cinza médio quando espessas. Quando finas, podem ter uma aparência menos brilhante ou com variacoes de cores. Uniforme escuro a cinza médio, variando com as mudanças sazonais e temperatura. Dificil detectar quando a diferenca terra-nuvem é pequena
Altocumulus e altostratus Água e/ou gelo 2 a 4 km Topos alisados, frequentemente em camadas; limites podem ser tanto ‘rasgado’ quanto lisos. Estrotura celular de altocumulus muito pequena para ser distinta dos altostratus. Frequentemente associados com cirrus de altos-níveis Cinza claro. Aparência estriada ou com variaçao de cores, dependendo da da espessora ou da estrutura da camada

Uniforme a cinza médio, dependendo da altura

Identificação de nuvens: Nuvens Tipo Cumuliformes

Tipo Conteúdo Altura da Base Característica VIS IR
Cumulus Água (pode ser gelo no inverno ou em altas latitudes) Menos que 2km Pequenos elementos individuais, com forma irregular. Sombras quando o ângulo solar é baixo Medianamente brilhante Escuro a cinza médio. Pequenas nuvens e elementos individuais podem ser dificeis de detectar
Cumulonimbus Água e gelo misturados Menos que 2km Globulares ou em forma de "cenoura", dependendo dos ventos de altos níveis. Topos podem ser rugosos e podem atingir de 10 a 18 km, dependendo da intensidade da tempest. Muito brilhantes; sombras distintas quando o ângulo solar é baixo

Muito brilhantes, especialmente em áreas ativas de crescimento do topo da nuvem

Stratocumulus Água (pode ser gelo no inverno ou em altas latitudes) Menos que 2km Formato irregular, com características globulares ou celulares. Podem estar arranjados em linhas ou grupos. Os limiares da nuvens frequentemente tocam uns aos outros. A textura pode ser rugosa Brilhantes no centro; bordas são cinza onde a nuvem afina

Uniforme cinza escuro. Estrutura celular não é evidente. Dificil detectar onde o contraste nuvem-terra ou nuvem-água é pobre.

Fig. 4a. Imagem IV GOES W: Estados Unidos e Pacifico.

Fig. 4b. Imagem VIS GOES - W : Estados Unidos e Pacifico

Torres de Cumulus (Towering cumulus) e Cumulonimbus:

Quando nuvens cumuliformes se formam em uma atmosfera instável, as nuvens crescem bem altas e desenvolvem-se em torres (towering cumulus). Em casos extremos, quando uma torre atinge altas altitudes, ventos de altos-níveis frequentemente irão fazer com que o topo da nuvem se espalhe vento-abaixo, afastando-se da base da nuvem. A nuvem passa a apresentar um topo plano com uma aparência de bigorna (anvil appearence). Esse tipo de nuvem é conhecido como uma nuvem cumulonimbus (ou nuvem de trovoada) e pode assim estar associada com fortes ventos, granizo, chuva pesada e até tornados. Em imagens de satélites essas nuvens aparecem bastante brilhantes tanto no VIS quanto no IV, uma vez que são caracterizadas por um desenvolvimento vertical elevado, tornando-as espessas e com topos altos e frios. Nas imagens VIS os topos dessas nuvens são frequentemente rugosos e aparecem sombras onde as nuvens penetram acima da bigorna. Essas regiões são conhecidas como "overshooting tops".

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Last modified: 11/08/05