Interpretando imagens de satélite – Parte 2 – Diferentes imagens de satélite (canais)



Esse post é continuação de uma série sobre interpretação de imagens de satélite. A primeira parte pode ser lida aqui.

No final da Parte 1, comentei:

Através de um filtro na frente do sensor do satélite, é possível medir a radiação em comprimentos de onda específicos. Dessa maneira, temos basicamente imagens do Visível (VIS), Infra-Vermelho (IR) e Vapor D’água (WV, normalmente abreviado assim). Dei uma breve adiantada sobre esse assunto nesse post.

canal_satelite

Os satélites possuem sensores (como mencionei nesse post).  Dependendo do tipo de filtro na frente do sensor, é possível medir a radiação refletida em comprimentos de ondas específicos (conforme na figura acima).

A radiação solar incidente atinge o alvo, que no caso é a área do planeta Terra monitorada pelo satélite. Parte da radiação é absorvida pela superfície da Terra, porém parte é refletida. Essa parte refletida é recebida pelos sensores a bordo do satélite e dependendo dos filtros presentes nesses sensores, o satélite vai “enxergar” diferentes regiões do espectro. Na literatura, muitas vezes cada uma dessas regiões do espectro que o satélite enxerga podem ser chamadas de bandas espectrais.

Grande parte dos satélites meteorológicos usam os canais do visível, infravermelho e vapor d’água. Alguns têm canais adicionais desde o ultravioleta (100 a 400 nm) às microondas (0,15 a 6,0 cm ou 200 a 5 GHz).

Como funcionam esses canais do satélite?

Primeiro precisamos lembrar do espectro eletromagnético. A imagem abaixo ilustra as diferentes regiões do espectro, lembrando que o visível é a parte do espectro visível ao ser humano.

Fonte: Física sem mistérios

Basicamente, o Sol emite radiação em todas as regiões do espectro, com ‘pico’ de emissão próximo a região do visível. Os gases da atmosfera absorvem e espalham radiação preferencialmente em diferentes regiões do espectro e isso pode ser um problema para as imagens de satélite. Por essa razão, os sensores dos satélites usam as janelas atmosféricas, que são regiões do espectro em que ocorrem pouca absorção e espalhamento. A imagem abaixo foi obtida nas notas de aula da Prof. Rachel I. Albrecht (veja aqui). A figura mostra os percentuais de absorção e espalhamento para diferentes gases (o total – mistura de todos os gases, vapor d’água, dióxido de carbono, oxigênio e ozônio, metano, óxido nitroso e espalhamento Rayleigh). As janelas atmosféricas são as regiões dos gráficos que são menos ‘pintadas’ de cinza, que é onde acontece menos absorção e espalhamento. Os satélites indicados na figura (ATS-1, SMS, Meteosat-2, GOES-8, MSG) possuem seus canais nas bandas espectrais indicadas pelos quadradinhos azuis e vermelhos. Observe que os quadradinhos estão localizados nas regiões menos pintadas de cinza. Os sensores dos satélites são concebidos para fazer medidas nessas regiões do espectro.

 

janelas_Atmosfera

Como exemplo, temos os canais dos satélites  GOES-13, 14 e 15 (informação obtida nas notas de aula da Prof. Rachel I. Albrecht, veja aqui). A tabela mostra os 5 canais desses satélites. Os canais 1, 2, 4 e 5 estão localizados nas janelas atmosféricas (são canais do visível e do infravermelho). Já o canal 3 é o canal do vapor d’água, e como o intuito desse canal é justamente verificar a radiação emitida e absorvida pelo vapor d’água.

janelas_Atmosfera2

Ter imagens de diferentes canais não se trata de um exagero ou redundância. Na verdade, as diferentes imagens de um mesmo instante acabam se complementando, pois mostram diferentes características que só podem ser ‘vistas’ naquela região do espectro.

Obtendo imagens de satélite para o Brasil

Para discutirmos essa questão de diferentes imagens de diferentes canais, vou primeiro mostrar para vocês com obter imagens de satélites meteorológicos que “enxergam” o Brasil. É importante deixar claro que nessa série estamos falando somente de satélites que fazem monitoramento meteorológico. Existem satélites para diversas finalidades. Há por exemplo satélites de telecomunicações, do sistema GPS, espionagem (?), etc.

O Brasil não possui satélites meteorológicos “próprios”, lançados e operados diretamente por instituições de ensino e pesquisa brasileiros. Entretanto, satélites estrangeiros acabam passando pela gente, monitorando nosso território. Através de convênios entre instituições brasileiras e estrangeiras, é possível ter acesso a essas imagens. A maneira mais simples de obter essas imagens para nosso território é no site do INMET (Instituto Nacional de Meteorologia).

siteinmet

Atualmente, no site do INMET, estão disponíveis imagens de 2 satélites meteorológicos. O NOAA-18, que está orbitando a 854km de altura e foi lançado em 2005 e o GOES-13, lançado em 2013. Basta selecionar no menu correspondente e escolher as imagens referentes a cada um desses satélites.

Arte representando o satélite NOAA-18 em órbita. Fonte: Wikimedia Commons
Arte representando o satélite NOAA-18 em órbita. Fonte: Wikimedia Commons
Imagem documentando o lançamento do GOES-13. Fonte: Wikimedia Commons
Imagem documentando o lançamento do GOES-13. Fonte: Wikimedia Commons

Curiosidade: essa dica pode ser interessante para astrônomos amadores ou para quem gosta de satélites. Clicando aqui e escolhendo o satélite, você vai poder acompanhar a órbita e ver quando ele vai passar sobre a sua localidade.

Como nós estamos usando satélites “emprestados”, é claro que a frequência das imagens não vai ser da forma que gostaríamos. As imagens são disponibilizadas para o público em intervalo de tempo de 30min ou até 1h, e talvez os pesquisadores dos institutos brasileiros recebam com uma frequência maior. No entanto, para o grande público, imagens a cada meia hora já são o suficiente para se ter uma idéia dos fenômenos mesoescala e escala sinótica, pelo menos.

Separei imagens de três diferentes canais, todas de 16/05/2016 às 12:59 UTC.  Respectivamente temos: visível (VIS), infravermelho (IR) e vapor d’água (VA). Nem sempre as abreviações para os canais seguem essa lógica, pelo contrário, como o inglês é o idioma mais utilizado no ambiente científico, poderíamos ter VIS, IR e WV.

br_VI201605161259

Na imagem do visível, destaco:

  • é uma fotografia: é aquilo que veríamos caso estivéssemos a bordo do satélite. Claro que há filtros para remover detalhes da coloração do continente e dos oceanos, para facilitar na visualização das nuvens
  • vemos a ‘rugosidade’ ou textura das nuvens: sabe quando observamos nuvens aqui da superfície da Terra ou de cima a partir de um avião e elas tem rugosidades características, com elevações, reentrâncias, etc? Do satélite, é possível ver a mesma coisa. Repare na imagem acima como é possível perceber que há nuvens sobre o Pará com uma espécie de ‘relevo’, indicando que é uma nuvem que cresceu verticalmente.
  • vemos luminosidade, refletância, brilho: algumas nuvens parecem mais brancas que outras, porque elas refletem mais a radiação solar. E isso ocorre porque elas são nuvens mais espessas e atingem alturas mais elevadas. Isso é um indício de nuvens de tempestades ou nuvens que podem vir a crescer e formar nuvens de tempestade.
  • As nuvens baixas aparecem menos brilhantes em imagens do VIS, uma vez que elas não têm grande quantidade de gelo. Suas gotículas absorvem mais no VIS do que refletem.
  • As nuvens altas tem mais cristais de gelo do que a água líquida e são muito brilhantes.
  • Imagens VIS mostram sombras e ajuda a identificar a estrutura de nuvem quando o Sol está em determinados ângulos. Ou seja, dá para ver os pontos das nuvens que são mais ‘altos’, o que tem a ver com a questão da rugosidade que já mencionei.

br_IV201605161259

Na imagem do infravermelho, destaco:

  • Temperatura: de maneira bem simples e objetiva, o  infravermelho é a região do espectro da emissão de calor. Então as imagens do infravermelho nos ajudam a ter uma ideia da temperatura do topo das nuvens. Quando as nuvens aparecem bem brancas na imagem, é um indício de nuvens com topos frios, o que indica nuvens altas (Ci, Cs ou Cc) ou nuvens de desenvolvimento vertical (Cu, Cb). [veja aqui sobre classificação de nuvens]
  • É possível observar as nuvens de noite. Mesmo sem a presença de luz solar incidente, as nuvens (assim como a superfície da Terra) continuam emitindo calor, que é a radiação infravermelha. Durante a noite não dá para ver imagens do VIS, mas é possível observa com tranquilidade nuvens no IR
  • Principalmente durante a noite, nuvens baixas (como as nuvens de um nevoeiro) não podem ser visualizadas, pois por estarem muito próximas da superfície, tem temperatura semelhante a superfície e não há contraste suficiente de temperatura para enxergar as nuvens.
  • Não dá para ver a rugosidade ou a textura das nuvens
  • Imagens do infravermelho podem ser realçadas para que nuvens com topos mais frios possam ser melhor avaliadas. Esse realce leva em conta a temperatura do topo das nuvens, dessa forma é possível identificar, por exemplo, regiões com tempestades bem desenvolvidas. Nesse post eu não coloquei nenhuma imagem de IR com topo de nuvens realçado, mas o INMET também disponibiliza imagens assim (veja aqui).

br_VA201605161259

Nas imagens do vapor d’água, destaco:

  • A quantidade de vapor d’água na atmosfera é extremamente variável. Depende da latitude do local, da altitude, da proximidade de um corpo d’água ou floresta e da circulação atmosférica.
  • O canal do vapor d’água representa a radiação absorvida nos níveis inferiores e a emitida pelo vapor d’água nos níveis superiores
  • Dependendo do comprimento de onda do sensor do canal do vapor d’água, é possível fazer uma análise de diferentes níveis da atmosfera.

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Nos próximos posts, vou falar sobre ‘detalhes’ que podem ser observados nas imagens de satélite para identificar diferentes tipos de nuvens. Lembro que quando fiz a disciplina de Meteorologia por Satélite eu observei que para a gente analisar e interpretar imagens de satélite é necessário ter experiência. Não é algo que acontece com um simples treinamento ou curso, é necessário praticar sempre e no dia a dia se aprende mais e mais. O instrutor passa alguns detalhes e características, informações que muitas vezes foi aprendida na vivência como meteorologista. Nos posts seguintes, pretendo passar algumas dessas informações.