Altimetria

1. Altimetria Oceanografia por satélites

2. Sumário • O níveldasuperfície do mar • O altímetro • Motivação • Brevehistórico • Princípios de funcionamento • Algumasdefinições • Aplicações • Trabalhosobrecorrentegeostrófica

3. A altimetria baseia-se no princípio que as correntes superficiais (magnitude e direção) podem ser estimadas conhecendo-se as elevações e depressões relativas da superfície do mar (topografia oceânica). Para tal o sensor, que na realidade é um radar, emite um pulso na faixa das microondas diretamente a nadir, e mede o tempo decorrido entre a emissão e recepção do pulso de retorno. A partir desta medida, de entendimento físico relativamente simples, é possível estimar a circulação oceânica superficial, com baixo curso relativo, e com caráter quase-sinóptico

4. 1. O nível da superfície do mar Lua e sol atraindo o oceano, gerando marés Montes submarinos e fossas Derretimento das geleiras Aquecimento solar, expansão Ventos, ondas Correntes oceânicas

5. 1. O níveldasuperfície do mar

6. 2. O altímetro órbita quasi-polar

7. 2. O altímetro Objetivo é medir as diferenças no nível da superfície do mar Radar que emite sua própria energia na banda das microondas opera em f =13.5 GHz ou λ=2.2 cm

8. A energia das microondas

9. A energia das microondas • A absorção atmosférica nesta banda é pequena e se deve majoritariamente ao vapor dágua • Atravessam as nuvens • Oceano – opaco • Atmosfera – quasetotalmentetransparente, produzerros • Concentração de águanaatmosf. alteravelocidade de propagação do pulso;

10. 3. Motivação • Entender a circulação oceânica de grande escala • Principal objetivo é o estudo das correntes, mas depois percebeu-se outras aplicações • Os dados da altimetria auxiliam em modelos para fornecer a circulação geostrófica de grande escala

11. 4. Histórico

12. Nos anos 70, as primeiras missões espaciais para a observação da Terra foram lançadas. • Estes satélites eram divididos, basicamente, pelos tipo de sensores que carregavam (ativos e passivos) e pelo tipo de órbita (geoestacionária e polar/semi-polar).

13. Skylab • 1973 • Testar o conceito do altímetro orbital • Precisão a altura da ordem de 1m • Medições grosseiras do geóide marinho – fossas oceânicas • Altitude: 435 km

14. Geodynamics Experimental Ocean Satellite (GEOS-3) • 1975-78 • melhor desempenho • maior cobertura global • ainda não era suficiente para bons resultados para a ciência • altitude: 845 km

15. Seasat • 1978 • possuía 4 instrumentos • funcionou por 110 dias • marco na observação dos oceanos • permitiu a 1a visão global da circulação oceânica • altitude: 800 km

16. Geosat • 1985 • missão com 2 fases: geodética e de repetição exata • marinha norte-americana • 1a série temporal com vários anos de dados • altitude: 800 km

17. ERS-1 • 1991 – 1999 • em conjunto com o ERS-2 de 1995 a 1996 • órbitas idênticas • altitude: 785 km

18. TOPEX/Poseidon • 1992 • objetivo de estudar e entender a circulação oceânica • projetado para durar 3 anos, mas atingiu 10 • NASA e CNES • dados a cada 10 dias • substituído pelo Jason-1 • altitude: 1336 km

19. GFO • 1998 • fornecer dados de topografia oceânica em tempo real para a marinha norte-americana • sucessor do Geosat • altitude: 880 km

20. 1

21. Evolução

22. Os 4 satélites atuais • Jason-1 e Jason-2: ciclo de repetição de 10 dias. • Envisat: ciclo mais longo, 35 dias. • ERS-2: mesma trajetória com intervalo de tempo menor que o Envisat.

23. órbita alta (1336 km) • período orbital tem ~10 dias (127 revoluções) • órbita tem 66o de inclinação (amostrando 90% dos oceanos) • carregava um radiômetro para medir vapor d’água e fazer as devidas correções

24. O sistema de posicionamento do T/P apresentava 3 diferentes métodos, por isso a alta precisão das medidas • Triangulação – ondas de rádio • Laser enviando sinal (sistema Doris, efeito Doppler) • GPS *video locate Precisões de 2 cm

25. Escalas • Variações na circulação dos grandes giros ~ 0,5 m • Variações nas correntes geostróficas, mesoescala, variabilidade oceânica em geral 10 a 20 cm *video process

26. Aumentar o conhecimento e capacidade de previsão do papel dos oceanos nas mudanças climáticas futuras. Este projeto pretende produzir uma síntese cada vez mais precisa de todos os dados de gelo e do oceano em escala global com resoluções que resolvam vórtices e sistemas de corrente que transportam calor, carbono e outras propriedades.

27. Projeto ECCO2

28. 5. Como funciona a altimetria

29. Mede o tempo de retorno do sinal velocidade do pulso (vel. propagação da luz c = 300.000 km/s) e distância percorrida tempo percorrido hs = c. dt/2

30. hs = c. dt/2 • hs é a distância instantânea medida entre o centro de gravidade do altímetro e a superfície do mar • c é a velocidade da luz • dt o tempo decorrente entre a emissão e recepção do pulso

32. 6. Algumas definições • Nível da superfície do mar: em relação ao elipsóide de referência • Anomalia do nível do mar: variações em relação a média • Geóide marinho superfície do oceano quando o mesmo está em repouso; ou ainda ao nível médio do mar de longo período • Altura ou topografia dinâmica: altura da superfície do mar relativa a uma superfície de mesmo potencial gravitacional, o geóide marinho

33. Geóide marinho: • não variável no tempo, somente no espaço;

34. O geóide • Superfície de potencial gravitacional constante

38. h = hs + hwet + hdry + hiono + hbaro + hotide + hetide + hEM • Onde: • (hiono) Elétrons livres na Ionosfera; • (hdry/wet) Troposfera seca e úmida (vapor d’água); • (hEM) Estado do mar (ruído eletromagnético); • (hbaro) Barômetro inverso (pressão atmosf. sobre a superfície do mar); • (hetide) Maré Polar e Maré Terrestre; • (hotide) Maré Oceânica (corrigida por modelo)

39. Sistema de posicionamento DORIS do T/P

40. Sistema de posicionamento DORIS • Importância da determinação precisa da posição do satélite. • O sistema Doris (efeito Doppler) é o responsável por esta tarefa delicada. • Envolve cálculo das coordenadas e possíveis velocidades em 3 dimensões em relação ao referencial (centro de massa da terra). • Tarefa complicada pois o satélite está em movimento numa trajetória influenciada por parâmetros da lançamento e forçantes (atrito com a atmosf. e pressão da radiação solar).

41. Sistema Doris

42. Alguns sites (conteúdo) • http://www.aviso.oceanobs.com/ • http://sealevel.jpl.nasa.gov/ • http://earth.esa.int/brat/ • http://ecco2.org/ • http://oceanworld.tamu.edu/

43. 7. Aplicações 7. 1. Correntes geostróficas 7. 2. Geodésia 7. 3. Marés 7. 4. Ondas de gravidade 7. 5. El Niño/La Niña 7. 6. Monitorar armazenamento de calor 7. 7. Estudo das Ondas de Rossby

44. 1. Correntes Geostróficas • Geradas pelo desnível na superfície do oceano • Elevações e depressões: TOPOGRAFIA • Por mudar ao longo do tempo: DINÂMICA

45. Revisão do balançogeostrófico Os principais termos da equação do movimento são, na forma vetorial, os seguintes: Cujas componentes ficam resumidas em:

46. L 106m f 10-4s-1 U 10-1m/s g 10 m/s2 P = rhz = 103101103 = 107Pa H 103m r 103kg/m3 T = L/U = 107 s AS ESCALAS DE INTERESSE:

47. 10-11 + 10-11 + 10-11 + 10-14= 10 + 10-5 -10 Assim, o único balanço importante é entre os termos de P e g, o balanço hidrostático. O mesmo exemplo na equação horizontal do momento ficaria: 10-8 + 10-8 + 10-8 + 10-8 = 10-5 + 10-5

48. Assim, o balanço entre o termo de Coriolis e o do Gradiente de Pressão é o mais importante; este balanço é denominado BALANÇO GEOSTRÓFICO. As equações denominadas de equações geostróficas são: Este BALANÇO domina os fluxos nos oceanos com escalas maiores que 50 Km e alguns dias !!! , e integrando p em z,

49. 7. 1. Inclinações e Correntes Geostróficas • As correntes geostróficas são dominantes e estão associadas às inclinações da superfície através do balanço entre a força de Coriolis e o gradiente de pressão: fu = −g ∂η/∂y −fv = −g ∂η/∂x f = parâmetro de Coriolis; u e v = velocidades E-W e N-S; g = gravidade; η = elevação da superfície • Maiores inclinações - correntes mais intensas - mais instabilidades

50. 7. 1. Inclinações e CorrentesGeostróficas