PROCESSAMENTO DOS DADOS AVHRR DO SATÉLITE NOAA E APLICAÇÃO SOBRE A REGIÃO SUL DO BRASIL. Leonid Bakst Yoshihiro Yamazaki

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1 PROCESSAMENTO DOS DADOS AVHRR DO SATÉLITE NOAA E APLICAÇÃO SOBRE A REGIÃO SUL DO BRASIL Leonid Bakst Yoshihiro Yamazaki Universidade Federal de Pelotas - UFPel Centro de Pesquisas Meteorológicas CPMet / UFPel Avenida Ildefonso Simões Lopes, Bairro Sanga Funda Pelotas - RS - Brasil {leonid, Abstract The description of the software specially developed for the NOAA AVHRR information, visualization and video terminal analysis data processing is presented. An example of the software to the AVHRR/Ch.2 NOAA-14 is shown with one menu driven module. The main structure and the purpose of the software modules are described. The software might be also used as a teaching aid in satellite data and image processing. 1. Dados. O radiômetro AVHRR (Radiômetro Avançado de Muito Alta Resolução), dos satélites da série TIROS/NOAA, proporciona dados nos canais visível (VIS) e infravermelho (IR) do espectro eletromagnético (Figura 1). Esses dados, juntamente com os de telemetria, são utilizadas no processo de calibração das informações obtidas. canal 1 canal 2 canal 3 canal 4 canal 5 FIGURA 1. Funções Resposta Espectrais Normalizadas (em relação ao comprimento de onda [µm]) dos canais VIS e IR do imageador AVHRR do satélite NOAA Software de processamento dos dados AVHRR. O software foi desenvolvido em linguagem de programação Turbo Pascal compatível com um microcomputador IBM/PC. A configuração básica do software é constituída pelos seguintes subsistemas básicos:

2 subsistema de processamento dos dados AVHRR do satélite NOAA e caracterização das imagens das regiões de observação e subsistema de visualização e tratamento em terminal de vídeo dos resultados obtidos. Subsistema de processamento. O subsistema de processamento apresenta os seguintes módulos: - navegação dos dados AVHRR; - seleção dos dados da região determinada; - calibração das observações nos diferentes canais espectrais; - transformação de coordenadas geométricas (reprojeção) e mapeamento; e - produtos. Módulo de navegação dos dados AVHRR. Neste módulo é utilizada a metodologia de navegação dos dados AVHRR, baseada na solução da equação transcendental de Kepler, considerando a precessão do plano orbital e do perigeu (Bakst & Yamazaki, 1998). Os procedimentos de processamento deste módulo são aplicados na seleção das informações das observação; na transformação geométrica e mapeamento e, também, nos cálculos da posição angular do Sol em relação ao ponto de observação. Os dados iniciais deste módulo compreendem os elementos orbitais do satélite (excentricidade, inclinação, período orbital etc.), definidos pelas mensagem TBUS. Módulo de seleção dos dados de uma região. Os dados AVHRR apresentam um volume extremamente grande. Assim, para contornar esse problema utiliza-se a técnica de seleção preliminar das informações, sobre uma determinada região, para permitir acelerar o processamento. Como dados iniciais são utilizadas as coordenadas do centro da região escolhida, o tipo de projeção e uma escala apropriada. Módulo da calibração dos dados AVHRR. A calibração radiométrica dos dados AVHRR é feita através da metodologia descrita por Tanaka et al. (1986). Além disso, usando os procedimentos do módulo da navegação é feita uma normalização dos valores de albedo (canais 1 e 2) em relação à posição angular do Sol sobre o ponto observado. Os dados iniciais desse módulo compreendem os parâmetros físicos AVHRR (em particular, funções de resposta espectral, Figura 1), dados de telemetria, como: nível de energia detectada pelo sensor AVHRR durante a visada do espaço e a do alvo interno etc.. Módulo de transformação geométrica. A transformação geométrica das observações por satélite em uma projeção cartográfica padrão é um módulo de grande importância do processamento, geralmente utilizado para a composição e análise concomitante com os dados meteorológicos convencionais, mapas meteorológicos etc.. No software desenvolvido, as transformações geométricas dos dados do satélite compreendem as projeções esterográfica, mercator e ortogonal. São incluídos, também, os procedimentos de interpolação dos valores de "pixels" vizinhos. Na figura 2 é apresentado um exemplo da transformação geométrica dos dados do canal 2 em projeção ortogonal.

3 Módulo dos produtos. O módulo dos produtos permite incluir diferentes procedimentos baseados nos resultados de processamento dos dados AVHRR. Por exemplo, podem ser incluídos procedimentos dos cálculos da temperatura da superfície do mar, índice de vegetação etc. FIGURA 2. Visualização do processamento dos dados AVHRR, canal 2, projeção ortogonal. Menu do subsistema de visualização com opções para o tratamento em terminal de vídeo.

4 FIGURA 3. Histograma da imagem do canal 2 do AVHRR. Subsistema de visualização e tratamento em terminal de vídeo. O subsistema de visualização (Figura 2) inclui os procedimentos de visualização e processamento em terminal de vídeo e análises de imagens (Bakst, 1989). São incluídos todos os procedimentos de ajuste automático de vários formatos de dados, operações típicas dos sistemas de tratamento das imagens, incluindo animação etc., que são utilizados na análise das características da imagem. Um exemplo da análise do histograma da imagem é apresentado na Figura 2. O histograma da imagem (Figura 3) reflete, de forma inequívoca, as peculiaridades das observações nesta região do espectro eletromagnético. Em particular pode-se caracterizar, de forma clara, três pontos distintos no histograma: dois picos estreitos e um declive suave na parte direita do gráfico. O primeiro pico, mais estreito, está relacionado com a superfície do mar e, o segundo associado com a superfície terrestre. Pode-se notar que o segundo pico é mais largo, se comparado com o primeiro, pelo fato da refletividade da superfície terrestre ser mais variável em comparação com a da superfície do mar (a refletividade da superfície terrestre depende de seu tipo e umidade do solo - tipo de flora/vegetação etc..). O suave declive, da parte direita do histograma, está associado com a alta refletividade das nuvens. Esta parte é também bastante larga e mostra o aspecto variável da refletividade das nuvens (em relação à espessura, umidade, características óticas das nuvens etc..). 3. Conclusão. O software apresentado permite processar dados AVHRR dos satélites da série TIROS/NOAA, incluindo: navegação, calibração, transformação de coordenadas geométricas, visualização e tratamento em terminal de vídeo das imagens. A distribuição e a visualização dos resultados do processamento para os usuários externos podem ser feitas

5 por meio do Sistema Estadual de Meteorologia VISIMET (Yamazaki et al., 1996); e ou por qualquer entidade interessada. Referências 1. Tanaka, K., Ho Shin Ning, C., Yamazaki, Y., Medeiros, V. M. Calibração e processamento dos dados AVHRR para estimativa de temperatura. IV Congresso Brasileiro de Meteorologia, Brasilia, 1986, Bakst, L., Yamazaki, Y. Navegação de Dados AVHRR do Satélite NOAA Sobre a Região Sul do Brasil. X Congresso Brasileiro de Meteorologia, Bakst, L. The experience of a software elaboration for videoterminal satellite data processing. Proceedings of All-Union Workshop Technical and Program Means for Satellite Data Processing, 1989, pp 50-54, /in russian/. 4. Yamazaki, Y., Casarin, D. P., Bakst, L., dos Santos, C.A.M., Silva, R.S. Sistema VISIMET de Distribuisão e Visualizasão de Informações Meteorologicas. IX Congresso Brasileiro de Meteorologia., Campos do Jordão, Novembro de 1996, Brasil., pp