IV GEGE: Potencialidades do Sinal GNSS no Monitoramento da Atmosfera

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1 unesp unesp UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA Campus de Presidente Prudente Faculdade de Ciências e Tecnologia Programa de Pós Graduação em Ciências Cartográficas IV GEGE: Potencialidades do Sinal GNSS no Monitoramento da Atmosfera Estimativa do IWV em Tempo Real para Assimilação em Modelo de Previsão Numérica de Tempo Luiz Fernando Sapucci Carlos Eduardo Marini Cervellini João Francisco Galera Monico

2 2/ unesp Conteúdo da Apresentação Introdução: Modelo de Previsão numérica de Tempo; Objetivo do trabalho; Experimento de simulação de estimativa do IWV em tempo real; Valores de referência para a avaliação dos resultados; Resultados Preliminares; Conclusões e perspectivas futuras.

3 3/ unesp Introdução revisão Numérica de Tempo (PNT) Estado inicial da Atmosfera (t 0 ) Leis de evolução do estado da atmosfera Estado futuro em um instante t Base de dados meteorológicos de superfície e altitude Leis fundamentais da mecânica e da termodinâmica para o ar e a água Sistema de equações que relacionam diversas grandezas meteorológicas Solução aproximada pode ser obtida numericamente com o emprego dos supercomputadores

4 4/ unesp Introdução revisão Numérica de Tempo (PNT) Estado inicial da Atmosfera (t 0 ) Leis de evolução do estado da atmosfera Estado futuro em um instante t Informações disponíveis com tempo mínimo de latência Para o IWV/GPS isso implica em processamento em tempo real. Latente = não manifesto; oculto. Gargalo: qualidade das efemérides dos satélites. Qual é a configuração que fornece a melhor qualidade com a menor latência???

5 5/ unesp Introdução Possibilidades. Primeira estratégia: Processamento para estimar o ZTD utilizando as efemérides preditas dos satélites GPS: Efemérides ultra-rápidas rápidas do IGS ou JPL; Segunda estratégia (duplo processamento): Primeiro processamento: estimar as órbitas dos satélites utilizando dados de estações de redes de monitoramento contínuo (RBMC). Segundo processamento: estimar o ZTD ao empregar dados de outras estações (RACCI/LBA). Avaliação da qualidade dessas órbitas tem sido feita com a utilização de um software disponível na FCT.

6 6/ unesp Introdução Objetivo do trabalho Primeira estratégia: Processamento para estimar o ZTD utilizando as efemérides preditas dos satélites GPS. Efemérides preditas ultra-rápidas rápidas do JPL (Jet( Propulsion Laboratory); Qual é a configuração que fornece a melhor qualidade com a menor latência??? Objetivo: investigar qual é a configuração ideal que forneça a melhor qualidade com a menor latência. Tamanho ideal da janela de dados GPS utilizados

7 7/ unesp Estimativa do ZTD em tempo real (Experimento de simulação) Arquivos RINEX de 24 horas de dados coletados na estação UEPP (RBMC) (30 dias do mês de março de 2004). Dia 1 Dia 2 Dia 3 Dia 4 Dia 5 Dia 6 Dia 7 Dia 8 Dia 9... Dia 30 Arquivos com uma hora de dados... Janela móvel no tempo de 1 hora 1 hora de dados Configurações testadas:

8 8/ unesp Estimativa do ZTD em tempo real (Experimento de simulação) Arquivos RINEX de 24 horas de dados coletados na estação UEPP (RBMC) (30 dias do mês de março de 2004). Dia 1 Dia 2 Dia 3 Dia 4 Dia 5 Dia 6 Dia 7 Dia 8 Dia 9... Dia Janela móvel no tempo de 3 horas Configurações testadas: 1 hora de dados 3 horas de dados

9 9/ unesp Estimativa do ZTD em tempo real (Experimento de simulação) Arquivos RINEX de 24 horas de dados coletados na estação UEPP (RBMC) (30 dias do mês de março de 2004). Dia 1 Dia 2 Dia 3 Dia 4 Dia 5 Dia 6 Dia 7 Dia 8 Dia 9... Dia Janela móvel no tempo de 6 horas Configurações testadas: 1 hora de dados 3 horas de dados 6 horas de dados

10 10/ unesp Estimativa do ZTD em tempo real (Experimento de simulação) Arquivos RINEX de 24 horas de dados coletados na estação UEPP (RBMC) (30 dias do mês de março de 2004). Dia 1 Dia 2 Dia 3 Dia 4 Dia 5 Dia 6 Dia 7 Dia 8 Dia 9... Dia 30 Janela móvel no tempo de 12 horas Configurações testadas: Em ambas as configurações foram gerados 720 pares de dados à serem comparados 1 hora de dados 3 horas de dados 6 horas de dados horas de dados

11 11/ unesp Detalhes do processamento Software utilizado: GOA-II; Método utilizando: posicionamento por ponto de alta precisão; Demais fontes de erros serão modeladas e outras estimadas: Marés terrestres; Marés oceânicas; Marés polares; Nutação e Precessão; Perturbação na rotação da Terra; Movimento do Pólo; Variações no centro de massa da Terra; Movimento das placas litosféricas; Ionosfera: uso de combinação linear das observáveis; Efeitos da atmosfera terrestre com variação temporal; Erros do relógio.

12 12/ unesp Valores de controle (referência) PW (mm) Day 172 Day 173 Day 174 Day 175 Day 176 Day 177 Day 178 Day 179 Day 180 Day Estimativas do ZTD (IWV) obtidas pelo 25 pós processamento dos dados utilizando efemérides precisas Radiosonde GOA-II software Hour of the campaign Indicadores de Qualidade: IWV WVR (kg m -2 ) Fazenda Nossa Senhora GPSxWVR r 2 = GPSxRS r 2 = IWV RS (kg m -2 ) Erro médio = -0,49 kg/m2 σ = 1,81 kg/m2 RMS = 1,88 kg/m2 RMS = 9,4% IWV GPS (kg m -2 )

13 13/ unesp Resultados preliminares Janela de 1 hora Altíssima dispersão (9,0 kg/m 2 ) 10,0 9,0 8,0 IWV (kq/m2) 7,0 6,0 5,0 Resultado independe da época 4,0 considerada 3,0 dentro da janela 2,0 Erro Médio Desvio Padrão 1,0 0, Latência (min) Tendência positiva e relativamente baixa (1,0 kg/m 2 )

14 14/ unesp Resultados preliminares Janela de 3 horas Dispersão de 2,0 a 2,5 kg/m 2 2,5 2,0 IWV (kq/m2) 1,5 1,0 Resultados significativamente melhores 0,5 do que os anteriores Erro Médio Desvio Padrão 0,0 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Latência (h) Dispersão e tendência de 2,0 e 0,1 kg/m 2, respectivamente (EMQ= 2,0 kg/m 2 ) Melhores Ausência resultados de tendência são gerados com uma latência de 0,5 horas

15 15/ unesp Resultados preliminares Janela de 6 horas Diminuição da dispersão no interior da janela 2,5 2,0 Erro Médio Desvio Padrão IWV (kq/m2) 1,5 1,0 Resultado apresentam-se melhores 0,5 do que o caso anterior. 0, Latência (h) Dispersão e tendência de 1,3 e 0,2 kg/m 2, respectivamente (EMQ= 1,30 kg/m 2 ) Melhores Baixa tendência: resultados menor são que gerados 0,5 kg/m com 2 uma latência de 1 horas

16 16/ unesp Resultados preliminares Janela de 12 horas Resultado mostrando as influências das Baixa dispersão: entre 2,0 e 1,0 kg/m etapas do filtro 2 de Kalman empregado no processamento dos dados 3,0 IWV (kq/m2) 2,5 2,0 1,5 1,0 Erro Médio Desvio Padrão 0,5 0, Latência (h) Dispersão e tendência de 1,3 e 0,3 kg/m 2, respectivamente (EMQ= 1,33 kg/m 2 ) Baixa Melhores tendência: resultados menor são que gerados 0.5 kg/m com 2 se uma aproximando latência de de 2 horas zero

17 17/ unesp Conclusões Apesar dos resultados aqui apresentados ainda serem preliminares, indicam que a metodologia empregada é apropriada para responder as questões levantadas. Os resultados obtidos sugerem que a janela de 6 horas fornece os melhores resultados (EMQ de 1,30 kg/m 2 ) com uma latência de 1 horas e um menor custo computacional. O que ocorre com uma janela de 4 ou 5 horas? Há melhorias???

18 18/ unesp Etapas futuras Testar outras janelas e diferentes configurações. Fazer o mesmo teste em diferentes épocas do ano e em regiões onde é maior a atividade ionosférica. Testar as demais possibilidade de estimativa do IWV em tempo real: Efemérides preditas do IGS; Utilizar dados da RBMC para estimar as órbitas dos satélites e utiliza-las las para gerar as estimativas do IWV em tempo real.