Interpretando imagens de satélite – Parte 3 – Identificando diferentes tipos de nuvens



Esse post é parte de uma série em que tento transmitir os principais conceitos de interpretação de imagens de satélite para alunos do primeiro ano de Meteorologia ou simplesmente para quem tem interesse em aprender sobre o assunto.

Na parte 1 falei das características iniciais de uma imagem de satélite. Falei sobre o cabeçalho da imagem e o tipo de informação contido nele.

Na parte 2 falei dos diferentes canais de um satélite meteorológico e sobre como eles produzem  imagens diferentes (porém complementares) de um mesmo instante.

E na parte 3, falarei sobre como identificar as nuvens a partir das imagens de satélite. Muitos dos leitores provavelmente já sabem que as nuvens possuem nomes. Já falei sobre isso em diversos posts. Mas vamos fazer um rápido resumo e a imagem abaixo é ótima para isso:

Alturas dos diferentes tipos de nuvens. Adaptado de AHRENS, C.D.: Meteorology Today 9th Edition

Como cada nuvem está associada com um quadro meteorológico diferente, é muito importante que o meteorologista saiba identificá-las. Por exemplo, nuvens altas antecedem as frentes frias. Então um céu com várias nuvens tipo Ci (Cirrus), pode indicar que uma frente fria atuará sobre a região nos dias seguintes.

Um observador meteorológico situado aqui na Terra estará olhando para a base das nuvens. O satélite também observa as nuvens, mas estará olhando para o topo delas. E as características vistas “de cima” podem ser bem diferentes das vista “de baixo”. É uma simples questão de perspectiva.

Cada nuvem tem uma aparência na imagem de satélite, dependendo do canal. Para facilitar a identificação da nuvem, é interessante conhecer bem a topografia do lugar  estudado. Isso ajuda a identificar nuvens bem delimitadas pela topografia, como nuvens associadas à brisa de vale-montanha, por exemplo.

Vou tentar separar cada tipo de nuvem em títulos e uma breve explicação e cabe ressaltar que parte desse post foi inspirada no material do curso Meteorologia por Satélite da Prof. Leila M. V. Carvalho. Ela foi minha professora durante a graduação. Sua didática era tão boa que até hoje eu realmente lembro de todo o conteúdo, ou seja, o assunto foi realmente absorvido (eu aprendi!).

Vocês vão notar que a separação de títulos não vai ser necessariamente por altura. Vou me concentrar no formato das nuvens: estratiforme e cumuliforme. A aparência das nuvens é o que de fato nos ajuda a classificá-la e a compreender a qual condição de tempo em superfície está associada.  Ao final, vou sintetizar essas informações em uma tabela, incluindo tipos de nuvens que não mencionei no texto.

Nuvens Estratiformes: St (Stratus) e nevoeiro (que é uma nuvem St que se forma na superfície)

São nuvens associadas a uma atmosfera estável. São nuvens baixas e deixa o céu com uma coloração cinzenta. Sabe aqueles dias completamente nublados, cinzas, algumas vezes com uma garoa fininha? Certamente tratam-se de nuvens Stratus (St), como no exemplo da fotografia abaixo:

Nuvem Stratus encobrindo totalmente o céu. Wikimedia Commons
Nuvem Stratus encobrindo totalmente o céu. Wikimedia Commons
Nevoeiro de Encosta. Foto de http://ciclotp.blogspot.com.br
Nevoeiro de Encosta. Foto de http://ciclotp.blogspot.com.br

Em latitudes mais altas, nuvens Stratus (St) como as da fotografia acima, podem também estar associadas a ocorrência de neve.

E como elas aparecem nas imagens de satélite?

  • topos lisos;
  • os limites dessas nuvens normalmente são definidos pela topografia;
  • como são nuvens baixas (próximas da superfície), as temperaturas dessas nuvens não são muito diferentes das temperaturas da superfície. Dessa maneira, elas não aparecem com muito contraste em imagens do canal Infravermelho (IV), são mais difíceis de serem identificadas nesse canal;
  • já no canal VIS (visível), elas aparecem brilhantes se forem suficientemente espessas para isso.
  • como os topos são relativamente lisos, não aparecem sombras de estruturas mais protuberantes nos topos das nuvens (rugosidade nas nuvens, como acontece com nuvens Cu, como veremos adiante).

Identificando um nevoeiro: falei sobre nevoeiro em alguns posts (veja aqui). O fenômeno trata-se de uma nuvem do tipo St que se forma no nível do solo. Para identificá-lo em imagens de satélite, é necessário combinar a interpretação das imagens no canal IV e no canal VIS.

  • No canal VIS: nevoeiros tem textura lisa, mas é difícil saber se trata-se de um nevoeiro ou de uma nuvem St comum
  • No canal IV: aparece como uma sombra em cinza, desde que haja o mínimo de contraste entre a temperatura da superfície e a da nuvem do nevoeiro
  • Se houver uma sequência de imagens (de uma mesma manhã, por exemplo) e se notar que há uma superfície lisa e branca de nebulosidade que não se movimenta por algumas horas: pode ser nevoeiro.
  • Dissipação: conforme o nevoeiro se dissipa, ele normalmente se dissipa de fora para dentro. Então vamos pensar numa região de vale. A parte mais profunda do vale vai ser a última a dissipar o nevoeiro.
  • Limites: nevoeiros podem apresentar limites bem definidos por rios, montanhas ou áreas de vales.

Abaixo, um nevoeiro identificado na imagem do VIS, na região central da Califórnia, numa região de vale formado pela Serra Nevada. Repare que há uma região branca de nuvens, bem delimitada. Como o conhecimento prévio da topografia, é possível identificar que trata-se de nevoeiro. E outro aspecto interessante na mesma imagem: os topos dos picos mais altos da Serra, cobertos por neve.

Image2

Aqui no Brasil, temos muita dificuldade para obter imagens de satélite com uma boa amostragem temporal, fato que já mencionei em outros posts. Isso ocorre pois não temos um satélite meteorológico vinculado a uma instituição brasileira. Dependemos de satélites de instituições americanas e européias.

Eu estava procurando um exemplo recente de nuvens estratiformes para o território brasileiro e encontrei a sequência de imagens abaixo, de aproximadamente 13 UTC do dia 11/07/2016 até quase 15 UTC do mesmo dia. A parte circulada em rosa na primeira imagem da sequência, mostra uma área de nuvens baixas se dissipando. A sequência de imagens é do canal visível (VIS) do satélite GOES-13 (conhecido também como GOES-E, depois que sua órbita foi modificada).

Lembrando que 13 UTC é 10h no Horário de Brasília. E isso me deixa um pouco na dúvida para classificar se é nevoeiro ou não (por isso chamei de nuvens baixas no parágrafo anterior), pois normalmente nevoeiros ocorrem mais cedo. Com o aquecimento da superfície ao longo das horas, o nevoeiro vai se dissipando e o que resta dele é a parte mais alta do nevoeiro. Então é comum que, aparentemente, o nevoeiro vá “subindo” ao longo das horas. Ou seja,  a manhã  começa com nevoeiro e ele vai evoluindo para uma nuvem St acima da superfície ao longo das horas.

Em apenas 2h, essas nuvens baixas se dissiparam nessa área do litoral de São Paulo. Seria bom ter a imagem do canal IR do mesmo horário, para confirmar o nevoeiro conforme as instruções que dei acima, entretanto não consegui essas imagens. Outra coisa interessante que a gente consegue notar na animação abaixo é uma faixa mais ou menos uniforme no oceano, no litoral sul paulista e no litoral norte paranaense. Essa faixa de nuvens parece ser quase delimitada pelo continente, avançando muito pouco para dentro dele (provavelmente as regiões de vales). A Serra do Mar parece estar atuando como uma barreira para essa faixa de nuvens.

Já mais ao sul da Região Sul, a nebulosidade no continente e no oceano aparece mais brilhante, indicando nuvens mais espessas (estamos no canal visível e nele, nuvens mais branquinhas indicam nuvens mais espessas). Essas nuvens podem estar mais diretamente associadas a um quadro sinótico, ou seja, algo de escala maior (frentes frias, por exemplo).

output_XZXtMU

Nuvens Cumuliformes

Para um observador aqui na superfície, as nuvens cumuliformes tem aquele aspecto “fofinho”. Abaixo, uma imagem de nuvens do tipo Cumulus (Cu).

Bases de nuvens Cumulus em São José do Rio Preto - SP Foto: Silvio Gois
Bases de nuvens Cumulus em São José do Rio Preto – SP Foto: Silvio Gois

Para mais informações  sobre como identificar nuvens a partir da superfície, clique aqui.

Nuvens cumuliformes formam-se em uma atmosfera instável, quando o ar quente e úmido consegue subir. Normalmente estão associadas com tempo bom (falo das nuvens Cu, Cb é outra história). Elas tendem a ser irregulares na forma e aparecem como flocos de algodão, ‘pipocas’ ou ‘carneirinhos’. Do espaço, as nuvens Cu mais baixas aparecem como elementos de nuvem de forma irregular, de diversos tamanhos.

Em imagens de satélite do canal VIS, entre um cumulus e outro, normalmente é possível ver o solo sem nenhum impedimento, já que entre diferentes elementos de nuvem, há uma região de ar descendente (no ponto em que há a nuvem, temos ar ascendente, as nas regiões sem nuvem entre uma nuvem e outra, temos ar descendente).

  • São bem rugosas em imagens do visível (VIS), já que o desenvolvimento vertical de nuvens cumuliformes não acontece homogeneamente
  • Em imagens IR as nuvens Cu exibem tons de cinza variáveis. Se tratar-se de uma nuvem tipo Cb (nuvem de tempestade), o topo vai estar numa altura elevada, onde as temperaturas são mais baixas e nesse caso teremos um topo branco bem brilhante no canal IR.
  • Em imagens do VIS, muitas vezes aparecem como pontinhos brancos salpicados. Se a imagem tiver uma boa resolução, será possível ver a rugosidade dos topos e dependendo do horário do dia (declinação do disco solar), esses ‘topinhos’ rugosos formarão pequenas sombras, que também são perceptíveis se a imagem tiver boa definição.

VIS-SPPRSC-1607111638

Na imagem acima, observe esses pontinhos ‘salpicados’ na parte nordeste de Minas Gerais. Esses pontinhos bem brancos possivelmente são nuvens do tipo Cu.

Nuvens Stratocumulus: em alguns casos, as nuvens Cu começam a se desenvolver numa certa área, mas conforme ela vai se desenvolvendo verticalmente, encontram uma camada de inversão térmica, que dificulta ou “breca” esse desenvolvimento vertical. As nuvens param de se desenvolver verticalmente e se espalham numa camada, formando assim as nuvens Stratocumulus (Sc). Em imagens de satélite,são frequentemente arranjadas em camadas ou linhas. No IV elas aparecem com tonalidade cinza médio e no VIS elas são bastante brilhantes (pois são espessas) e apresentam a rugosidade típica da aparência cumuliforme.

VIS-ROZOOM-1607111705

Na imagem acima, do canal VIS também, das 17:05Z (ou 17:05 UTC) do dia 11/07/2016 está mostrando o Estado de Rondônia. Observe diversas linhas organizadas com pontinhos brancos salpicados. Esse padrão organizado é típico de nuvem Sc (Stratocumulus). A organização dessas linhas certamente tem relação com um quadro maior, indicando como está a direção e a intensidade do vento em alturas mais elevadas.

Nuvens Cumulunimbus (Cb): Quando nuvens Cu se formam em uma atmosfera instável, as nuvens facilmente se desenvolvem verticalmente. Em casos extremos, uma nuvem Cu pode transformar-se em nuvem Cb, que é uma nuvem de tempestade e estão associadas com trovoadas, fortes ventos, granizo, chuva pesada e até tornados.  Nuvens Cb ocupam praticamente toda troposfera (seu topo pode atingir a tropopausa). É possível notar sua incrível dimensão vertical na primeira figura do post. Elas tem o topo plano e aparência de bigorna. Em imagens de satélite, elas aparecem com os topos bem branquinhos em brilhantes, tanto nas imagens do VIS quanto nas imagens do IV, pois são bastante espessas e como atingem alturas elevadas, seus topos são frios e aparecem marcados no IV. Os topos das nuvens Cb são bem pouco rugosos, já que os ventos na tropopausa acabam “alisando” os topos. Em muitos casos, as nuvens Cb tem um formato quase circular nas imagens de satélite.

As duas imagens abaixo são do satélite GOES-13 de 11/07/2016 às 18UTC (ou 18Z, o que corresponde às 15h00min). A primeira imagem é do canal IR (ou IV, o infravermelho) e a segunda imagem é do canal VIS (visível):

mapserv (1)
IV
mapserv (2)
VIS

Peguei essas imagens da Região Norte porque temos nuvens de tempestades bem frequentemente, principalmente na parte mais ocidental dessa região, em praticamente qualquer época do ano. Nesse post, mostro um mapa com gráficos de precipitação para toda a América do Sul. Observe que na parte equatorial da América do Sul, temos médias mensais de precipitação bem expressivas. Algumas localidades, apresentam chuvas o ano todo. Isso tem a ver com a localização da Zona de Convergência Inter-Tropical, região de convergência dos ventos alíseos. A convergência em superfície resulta em movimento ascendente, favorecendo a formação de nuvens.

Médias mensais de precipitação em diversos pontos da América do Sul. A área delimitada em vermelho mostra as regiões da América do Sul em que temos período seco bem marcado aproximadamente entre os meses de Junho e Agosto (leia mais aqui). Fonte: UBA/Master

Nas imagens de satélite que destacam a Região Norte, quero destacar algo que está acontecendo fora do Brasil, na vizinha Colômbia. Repare que quase na fronteira da Colômbia com a Venezuela,  há uma área branca e brilhante quase circular. Essa área é branca e brilhante tanto na imagem do IV quanto na imagem do VIS. Essa é uma área de tempestade, uma imensa nuvem Cb (ou talvez um aglomerado de várias delas, de modo que não conseguimos isolá-las, pelo menos não na resolução disponível dessas imagens de satélite).

Outro destaque interessante e que os leitores também vão notar claramente é na Ilha de Marajó. Repare que tanto na imagem do VIS quanto do IR, há uma região circular branca e brilhante, bem marcada a nordeste da Ilha. No momento dessas imagens, estava acontecendo uma tempestade nesse ponto.

E se observarmos as imagens com detalhes em diversos outros pontos da Região Norte, vamos reparar nuvens Cb ou ao menos Cu bem desenvolvidos (Cumulus congestus).

Claro que apenas pelas imagens de satélite a gente não consegue ter uma noção clara da intensidade da tempestade (se ela tem granizo, ventos fortes, etc). Mas pode ser um indicativo e para uma análise melhor do fenômeno, é necessário dados de outras fontes: radares meteorológicos, estações meteorológicas de superfície, radiossondas, etc.

Tabela simplificando e organizando as informações mencionadas anteriormente (e mencionando outros tipos de nuvens)

Essas tabelas foram obtidas no material didático da Prof. Leila M. V. Carvalho (veja aqui). Foi com esse material que tive o primeiro contato com o assunto. Vou reproduzi-las a seguir:

nuvenstratiformes

nuvenscumuliformes

Onde obtive as imagens de satélite para esse post

Se você quiser aplicar as informações que ensinei nesse post, pode consultar imagens de satélite em ao menos dois sites, que foi onde obtive as imagens que ilustram esse post:

Nos dois sites, é possível escolher imagens dos canais VIS, IV e Vapor D’água. No caso do CPTEC-INPE, também oferecem a opção de imagens realçadas, para observar melhor as baixas temperaturas de topos de nuvens Cb, por exemplo.

Outro site bem bacana que utilizei nesse post é o GifMaker, site que permite fazer gif’s animados a partir de uma sequência de imagens. Isso é bastante útil para estudar a movimentação das nuvens.

Conclusões e considerações finais

Imagens de satélite fazem parte do que os meteorologistas chamam de sensoriamento remoto da atmosfera. Isso significa observar a atmosfera de maneira remota, ou seja, longe da superfície e sem a presença constante ou eventual de um observador in loco (como o que fazemos em Estações Meteorológicas de Superfície, por exemplo).

Analisar imagens de satélite é uma arte. Assim como um especialista em pintura consegue encontrar detalhes de técnica, luz, sombra e coloração, um especialista em analisar imagens de satélite precisa estar atento a todos os detalhes da imagem. Isso não vem de uma hora para a outra, em um texto informativo ou cursando uma disciplina da graduação. Esse aprendizado depende da prática cotidiana e o meteorologista que trabalha na operação e lida com imagens de satélite diariamente melhora seu conhecimento a cada dia, a ponto de conseguir enxergar mínimos detalhes que outras pessoas não enxergariam.

É interessante mencionar também que analisar imagens de satélite também é algo que muitas vezes soa subjetivo. Falar em brilho, coloração e até usar termos não muito técnicos para descrever as imagens é algo bastante comum. Lembro que tive até um pequeno choque quando tive essa matéria na graduação, pois eu vinha de matérias muito pesadas e muito “de exatas”, como Cálculo e Física. Ter uma disciplina que exige interpretação e textos descritivos foi até um alívio para mim, ou seja, eu tinha prazer em aprender o assunto.

Eu mencionei isso nos outros posts da série, mas acredito que vale a pena repetir: as imagens de satélite de canas diferentes se complementam. Não há redundância na informação, já que cada canal mostra uma característica das nuvens. Vimos ao longo do post que para identificar um nevoeiro, por exemplo, é interessante ter acesso a imagens do VIS e do IV.

No Brasil, nem sempre é possível ter acesso a imagens de satélite com uma amostragem espaço-temporal adequada. Dependemos de satélites de instituições estrangeiras, de países desenvolvidos, e evidentemente esses satélites são programados para favorecer o sensoriamento remoto de seus países de origem.