Estações meteorológicas podem ser substituídas por satélites?

Eu já adianto que na minha opinião, os dois métodos de observação da atmosfera na verdade se complementam. Uma estação meteorológica não pode ser aposentada apenas porque hoje temos dados de satélites.

Mas alguns talvez dirão que eu digo isso apenas porque trabalho em uma estação meteorológica e por isso estou defendendo meu ganha-pão. E é por essa razão que eu vou explorar melhor a pergunta:

Estações meteorológicas podem ser substituídas por satélites?

Imagem de um tufão, vista a partir de um satélite meteorológico (Cortesia de Shutterstock/NASA). Satélites meteorológicos são essenciais para o monitoramento da atmosfera terrestre, mas será que eles podem substituir totalmente as estações meteorológicas?

O que me inspirou a escrever sobre esse assunto foi um vídeo do Pirula, em que ele menciona rapidamente esse assunto quando fala de sua série de vídeos sobre o Aquecimento Global.

Como podemos estudar a atmosfera?

Os meteorologistas e outros cientistas que estudam o clima precisam de dados. Se você perguntar para qualquer meteorologista, ele vai dizer que dados observados são essenciais e ajudam inclusive a garantir uma melhor qualidade da previsão do tempo. Os métodos de monitoramento da atmosfera foram se aperfeiçoando ao longo dos anos. Até mesmo um simples pluviômetro, que basicamente é um recipiente onde a água é coletada e armazenada, aperfeiçoou-se ao longo dos anos, pois novos métodos de fabricação e instalação do instrumento foram sendo desenvolvidos ao longo dos anos para garantir uma medição mais eficaz e mais confiável.

É inegável que os satélites meteorológicos possibilitaram que a qualidade da previsão do tempo melhorasse. A rede de satélites meteorológicos começou a ficar mais abrangente depois dos anos 1980 e 1990 e isso permitiu que áreas com quase nenhum tipo de medição (interior de florestas tropicais, países subdesenvolvidos e áreas desérticas) pudessem ser monitoradas.

Além de estações meteorológicas de superfície e satélites meteorológicos, é possível monitorar a atmosfera de outras maneiras, como por exemplo:

  • radares meteorológicos;
  • balões meteorológicos (radiossondas e balões cativos);
  • aeronaves e embarcações;
  • torres de observação (com sensores que fazem medidas em diferentes alturas).

Esses dados observados possibilitam que possam ser feitos estudos sobre o clima de uma determinada região (onde os dados estão sendo coletados). Uma estação meteorológica se torna uma estação climatológica após 30 anos de dados, pois 30 anos é o período definido pela Organização Meteorológica mundial para que se tenha condições de descrever o clima de uma região quantitativamente a partir dos dados e do cálculo de médias.

Além de possibilitar o estudo do clima de uma região, ter dados meteorológicos precisos e em um intervalo de tempo regular ajuda a melhorar a qualidade da previsão do tempo. Esses dados observados entram nos modelos meteorológicos como condição inicial para que ele possa ser “rodado”. Em outras palavras, para que o modelo possa funcionar, eu preciso inserir no modelo meteorológico informações sobre as condições meteorológicas atuais para que ele possa calcular as condições meteorológicas futuras.

Modelo meteorológico, de maneira bem resumida, é um conjunto de rotinas e subrotinas computacionais que fazem diversos cálculos relacionados às variáveis atmosféricas. Como qualquer coisa no Universo, a atmosfera é regida pelas leis da Física: as trocas de energia e massa (trocas de calor e umidade, por exemplo) e transportes de massa (movimento das massas de ar) obedecem leis físicas que são expressas por equações matemáticas. Essas equações matemáticas podem ser resolvidas e sua resolução é muito mais rápida se criarmos programas de computador para resolvê-las. E é exatamente o que os meteorologistas e outros pesquisadores tem feito ao longo dos anos. Modelos meteorológicos tem sido constantemente criados e aperfeiçoados por grupos de pesquisadores de diversas instituições de ensino e pesquisa ao redor do mundo. É uma colaboração constante, que envolve grupos muito grandes de pesquisadores. Um pesquisador especializado em física de nuvens por exemplo vai contribuir com as rotinas que resolvem equações relacionadas com essa área. Por outro lado, um pesquisador especializado em troca de calor entre o solo e a atmosfera vai contribuir nesse ponto. E dessa maneira um modelo meteorológico vai sendo criado e aperfeiçoado constantemente. A cada avanço, artigos científicos são publicados para apresentar as novidades para a comunidade científica.

Os modelos meteorológicos tem suas performances constantemente avaliadas e eles ajudam a compreender a dinâmica atmosfera, através da comparação entre modelos e da comparação entre resultados dos modelos e observações.

De maneira bastante resumida, é assim que podemos estudar a atmosfera: aliando modelos meteorológicos e observações. Em algumas situações, meteorologistas e físicos teóricos precisam “retornar para a teoria” para tentar explicar algum fenômeno, buscando nas equações algo que possa explicar o que é observado.

Fechamento de Estações Meteorológicas 

No Brasil, várias estações meteorológicas foram fechadas. As justificativas são as que vocês devem suspeitar: falta de verba e falta de incentivo científico. Sei que várias estações meteorológicas do DAEE  (órgão que atua no Estado de São Paulo) foram fechadas no passado.

Quando ocorreram aquelas enxurradas terríveis que devastaram o Vale do Cuiabá, em Itaipava, distrito de Petrópolis, na madrugada do dia 12/01/2011, os moradores poderiam ter sido alertados sobre o perigo com uma antecedência de cerca de 2h se 19 estações meteorológicas da região (uma delas em Itaipava) estivessem em operação. Porém, devido à indefinição sobre a renovação de um convênio entre o LNCC (Laboratório Nacional de Computação Científica), o Ministério de Ciência e Tecnologia e a prefeitura de Petrópolis, para manter o sistema, que custava R$900 mil por ano, o serviço foi suspenso no segundo semestre de 2010. {x} A Prefeitura de Petrópolis alegou que não poderia arcar com os custos de manutenção do sistema de monitoramento. Em outras palavras, a falta de interesse e incentivo financeiro em ciência tem consequências muito graves e eu estou aqui dando apenas um único exemplo. São muitos os prejuízos: falta de remédios, falta de investimento em educação, ignorância da população, etc.

Ocorre que estações meteorológicas também fecharam por todo o mundo e nem sempre pelas mesmas razões do fechamento das estações no Brasil. Em países desenvolvidos, algumas estações meteorológicas foram fechadas porque eram relativamente próximas entre si e possuíam tecnologias diferentes. Por exemplo, uma estação convencional existia e uma estação automática foi instalada. Após a verificação dos sensores da estação automática e a constatação de que seus sensores funcionavam adequadamente, a estação convencional próxima poderia ser fechada. Eu sei que para nós aqui no Brasil é inacreditável que isso possa acontecer, mas a realidade de outros países é diferente.

E os satélites meteorológicos, tem alguma coisa a ver com o fechamento dessas estações? Em alguns casos, tem uma relação indireta. Conforme foram surgindo os satélites meteorológicos e eles foram se aperfeiçoando e aumentando em quantidade, foi se verificando que as observações por satélite tinham boa correspondência com as observações nas estações meteorológicas de superfície (ou outros métodos de observação da atmosfera).

Satélites, estações meteorológicas de superfície e outros métodos de observação: trabalho em conjunto

É importante ressaltarmos que cada método de observação da atmosfera tem uma finalidade. Nesse post sobre escalas de tamanho na atmosfera, falei sobre os tamanhos dos fenômenos atmosféricos. Vamos supor que estejamos estudando a gênese e a vida de um furacão em específico (o Katrina, por exemplo). Dados de satélite serão importantes para eu ver o quadro geral do fenômeno, já que é um fenômeno que está na escala sinótica e para eu “ver uma foto” eu preciso dos dados de satélite, pois esses “fotografam” grandes áreas da Terra. Por outro lado, os dados de estações meteorológicas de superfície e de radares meteorológicos me permitirão ver o que o furacão apresentou ao longo de seu caminho (variações na pressão, total de chuva, vento, etc). Com os dados dessas estações de superfície e outros dados meteorológicos, vou conseguir traçar cartas sinóticas que vão permitir com que eu compreenda melhor toda a estrutura do fenômeno. Sendo assim, para estudar um furacão eu alio todos os dados possíveis e disponíveis, desde que eles tenham sido obtidos por sensores e instrumentos calibrados. E inclusive a verificação dessa calibração também pode ser feita através da comparação entre os diferentes métodos de medição.

E por falar em calibração, há algum tempo escrevi esse texto em que discuti a necessidade de termos mais pluviômetros instalados. Um dos argumentos é que apesar de existirem métodos de estimativa de precipitação por radar meteorológico e satélite, os pluviômetros (até mesmo aqueles modelos mais simples e manuais) ajudam a calibrar esses métodos mais sofisticados.

Satélites: melhor desempenho para temperatura do que para precipitação

Escolhi esse artigo para discutir, pois nele os autores fazem uma análise climática comparando dados de satélite e dados de estações meteorológica. Achei as conclusões deles bastante interessantes e o estudo se deu usando dados do Brasil, da Índia e dos Estados Unidos, que são países bem diferentes em termos de disponibilidade de estações meteorológicas de superfície e o artigo é focado em uma análise agroclimatológica

Um ponto levantado já na introdução do artigo é que dados de estações meteorológicas podem ser esporádicos ou faltantes. Isso realmente pode acontecer, principalmente em estações meteorológicas convencionais, pois pode ocorrer falhas ou danos nos equipamentos ou até mesmo indisponibilidade de funcionários. Em estações automáticas, apesar da menor necessidade de técnicos trabalhando a todo momento, também podem ocorrer falhas: depredações, quedas de energia, etc. Esses fatores podem sim causar “buracos” no banco de dados, ou seja, períodos com ausência de observações.

Dessa maneira, satélites podem ser usados para “tapar esses buracos”. No entanto, satélites ainda não estão totalmente aptos a medirem precipitação com precisão (e eu mencionei isso nesse texto). As medições da temperatura do satélite superam ligeiramente os dados de estações terrestres interpolados, mas não há o mesmo sucesso com dados de precipitação. Como o artigo em questão é focado na questão agrícola, argumenta-se que a estimativa inadequada do total de chuva por parte dos satélites faz com que para a precipitação, o mais adequado seja realmente o uso dos pluviômetros em solo. Afinal, para o agricultor, é de extrema importância se ter uma ideia do quanto se chove em uma região (e do quanto irá chover) para determinar questões relacionadas a irrigação

Para os três países avaliados no artigo, as correlações entre informações de satélite e estações meteorológicas de superfície são maiores para o caso da temperatura. A análise foi feita para quatro meses e nos quatro casos para os três países diferentes, a correlação foi maior para temperatura.

Conclusão

Essa discussão fez com que eu me lembrasse desse vídeo do Pirula (que na minha opinião, é um importante e competente divulgador de ciências) em que ele menciona esse assunto da suposta substituição de dados de estações meteorológicas de superfície por dados de satélites.  Pirula argumenta super bem e informa que na verdade não há uma substituição (muito do que ele falou sobre esse assunto eu mencionei no texto). O que ocorre é que os métodos de observação da atmosfera foram se aperfeiçoando e não podemos simplesmente substituir um método pelo outro antes de realizar diversos estudos e comparações como a feita no artigo que mencionei nos parágrafos anteriores.

Além disso, é preciso levar em consideração que os satélites podem ter um melhor desempenho para uma variável do que para outras. Para a temperatura, por exemplo, aparentemente há um desempenho melhor. Por essa razão, atualmente é possível medir a temperatura de todas as regiões do planeta que são monitoradas por satélites meteorológicos. Claro que essas medições sempre precisam ser comparadas com dados de superfície, para que sua qualidade seja mantida.