O Brasil Frente ao Programa Global de Satélites Meteorológicos.

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1 LOGO O Brasil Frente ao Programa Global de Satélites Meteorológicos. Luiz.Machado@cptec.inpe.br Sumário O Sistema Global de Observação por Satélites A importância dos Satélites Meteorológicos A Visão do GOS-IP 2025 O GPM As Oportunidades de Participação do Brasil. 1

2 GEONETCast broadcast Global environmental data broadcast, using telecom satellites and low cost receivers GEOSS Core infrastructure 3 Inter-connected Systems: EUMETCast: operated by EUMETSAT over EU, Africa, Americas GEONETCast-Americas operated by NOAA CMACast, operated by CMA (China) Soon also Russian system (Roshydromet) VITO is contributor to high level group INPE-CPTEC is co-leader for South America Brazil network (INPE, UFAL,...) Very reliable => complements internet Fast growing: # receivers on map (source: EUMETSAT) V SBSR April 30 th to May 5 th 2011, Curitiba - PR 2011, VITO NV 3 O Sistema Global de Observação por Satélites Meteorológicos 2

3 Evolução do Sistema Global de Observação por Satélite da WMO Geoestacionários em Operação 3

4 Satélites Operacionais de Órbita Baixa Sistema Atual de Observação Global por Satélite 4

5 Imagem Global a cada 3 horas Meteosat Segunda Geração WV IR 5

6 GOES-R GOES-R The GOES-R series of spacecraft is in the development phase. The first GOES-R series satellite is scheduled for launch in fiscal year 2015 and is expected to remain operational through December 2027.[The proposed instrument package for the series initially included: the Advanced Baseline Imager (ABI); the Hyperspectral Environmental Suite (HES); the Space Environment In-Situ Suite (SEISS), which includes two Magnetospheric Particle Sensors (MPS-HI and MPS-LO), an Energetic Heavy Ion Sensor (EHIS), and a Solar and Galactic Proton Sensor (SGPS); the Solar Imaging Suite (SIS), which includes the Solar Ultraviolet Imager (SUVI), the Solar Ray Sensor (RS), and the Extreme Ultraviolet Sensor (EUVS); the Geostationary Lightning Mapper (GLM); and the Magnetometer. In September 2006 the Hyperspectral Environmental Suite (HES) was canceled and the planned number of satellites was reduced from 4 to 2 by NOAA due to concerns about cost overruns. The planned delivery schedule was also slowed down in order to reduce costs. The expected cost is 7.69 billion a $670 million increase from the prior $7 billion estimate. 6

7 NPOESS Natural Hazards Detection and Mapping Multi-spectral Hurricane Mapping and Profiling All Weather Imaging Precipitation Measurement Ozone Monitoring Sea Surface Temperature Ocean Circulation Snow and Ice Mapping and Monitoring From NPOESS Raytheon Meteosat Third Generation The following instruments are being defined. FCI (Flexible Combined Imager) - A 16-channel VIS/IR radiometer combining different resolutions and two operation modes, to meet regional nowcasting and global requirements:. IRS (Infra-Red Sounder) - An IR interferometer is foreseen, to provide high vertical resolution profile of temperature and humidity and derive wind profiles in clear air by tracking water vapour features in humidity profiles. Main features: LI (Lightning Imager) - CCD camera operating at nm (O2), full disk continuous coverage, resolution 10 km, time resolution UVN (Ultra-violet, Visible and Near-infrared sounder) - A grating spectrometer for frequent observation of O3, NO2, SO2, HCHO, BrO and aerosol; also cloud top height. The instruments will be split on two distinct satellites, MTG I for imagery (FCI and LI), MTG S for sounding (IRS and UVN). 7

8 NOVA GERAÇÃO DE SATÉLITES POLARES HRPT-Taxa de Dados Ano de Lançamento Radiômetro Imageador Sondadores (Advanced Microwave Sounding Unit) (Microw. Humid. Sound.) IR Atmosph. Sound. Interfer. NOAA K L M NOAA N - N METOP Kbps Kbps Mbps Taxa de Dados dos Instrumentos AVHRR/3 AVHRR/3 AVHRR/3 622 kb/s HIRS/3 HIRS/4 HIRS/4 2,9 kb/s AMSU-A AMSU-A AMSU-A 3,2 kb/s AMSU-B MHS MHS 3,9 kb/s IASI 1500 kb/s ASCAT 60 kb/s GRAS 60 kb/s GOME 400 kb/s Outros Instrumentos: Advanced SCATterometer GNSS Atmosph. Sounder Global Ozone Monitoring Experiment A importância dos Satélites Meteorológicos 8

9 Funding Estimates From GCOS IP-10 BENEFÍCIOS ECONÔMICOS ANUAIS DE PREVISÕES METEOROLÓGICAS E A CONTRIBUIÇÃO DO SATÉLITE GEOESTACIONÁRIO METEOSAT Benefícios Milhões de Euros Previsões METEOSAT METEOSAT (%) SETOR Aviação Civil Construção Turismo e Lazer Energia Pesca Transporte Marítimo Agricultura Transporte Terrestre Seguro Venda no Varejo e Distribuição Manufaturados Telecomunicações Serviços Públicos Sub-Total Público em Geral TOTAL Fonte: Branshill Consultancy Limited ESA 9

10 RESULTADOS DOS BENEFÍCIOS PREVISTOS PELOS SENSORES HES e ABI A BORDO DO GOES R PARA 8 SETORES ESPECÍFICOS APLICAÇÃO/ÁREA BENEFICIÁRIA BENEFÍCIO ANUAL AGREGADO EM $M (2002) Aviação comercial Serviços Redução do custo de combustível para geração de energia elétrica Agricultura Mitigação do efeito da geada em pomares (Estado de Washington) Eficiência na irrigação (50 estados americanos) Recreação (remo e vela) Serviços Gás natural Transporte comercial por caminhões Total (Benefícios diretos) SOMA DOS BENEFÍCIOS AGREGADOS (*) AO LONGO DA VIDA UTIL DOS SENSORES EM $M (2002) 205 1, ,090 * os valores aqui estimados não são uniformemente maiores que os benefícios agregados anuais porque algumas áreas beneficiárias incorporaram fatores de crescimento ou hipóteses acerca da taxa de adoção de novas tecnologias. Fonte: NOAA/NESDIS Office of Systems Development AVALIAÇÃO DE BENEFÍCIOS NO BRASIL COOPERATIVAS NA BAHIA INCREMENTO DE 5 A 20% NA RECEITA COM A UTILIZAÇÃO DE PREVISÕES DE TEMPO. (Fonte:CPTEC) MAPA AGRONEGÓCIO/ % do PIB = 180 Bi U$ Projeção conservadora de incremento de 1% com informações de satélite = 1,8 Bi U$ BENEFÍCIOS SOCIAIS - Qualidade de vida - Salvaguarda da propriedade - Salvaguarda de vidas 10

11 Impacto do Uso de Satélites na Melhoria da Previsão de Tempo 11

12 Modelagem dos processos microfísicos Modelagem em alta resolução Predictability Critical Success Index (CSI) 1.0 Accuracy of Rainfall Nowcasts >1 mm/h NWP Forecast Length, hours Courtesy of Shingo Yamada - JMA 12

13 20:30 21:00 21:30 22:00 22:30 A Visão do GOS-IP

14 Satellite Missions in the Vision for the GOS in 2025 Heritage operational missions Transition from R&D to operational status Operational pathfinders and demonstrators GEO: imager, HS IR sounder, lightning Sun-synchronous: imager, IR/MW sounders Ocean surface topography constellation Radio-Occultation Sounding constellation Ocean Surface Wind constellation Global Precipitation constellation Earth Radiation Budget (incl. GEO) Atmospheric Composition (incl. GEO) Ocean colour and vegetation imaging Dual-angle view IR imagery Synthetic Aperture Radar Land Surface Imaging Space Weather VIS/IR imagers in HEO Doppler wind LIDAR, Low-frequency MW GEO MW GEO High-resolution narrow-band imagers Gravimetric sensors Visão do GOS 2025 (Sómente satélites Polares) 14

15 WMO Gap Analysis of space missions with respect to GCOS requirements Programmes for IR temperature/humidity sounding from A.04 SfcRad A.07 Cloud A.09 T(z) A.10 H(z) O.08 SST A.13 CO2 A.14 CH4 A.16 O3 A.17.1 NO2 A.17.2 SO2 A.17.4 CO T.07 Perma LEO Current or planned instruments relevant for the mission IR temperature/humidity sounding from LEO AIRS ASI CrIS Atmospheric Infra-Red Sounder Atmospheric Sounding Interferometer Cross-track Infrared Sounder HIRS-3/4 High-resolution Infra Red Sounder IAS IASI IRAS IRFS-2 Infra-Red Atmospheric Sounder Infrared Atmospheric Sounding Interferometer Infra Red Atmospheric Sounder IR Sounding Spectrometer IR radiometer Instrument class Instrument HIRS/3 HIRS/3 HIRS/4 IASI IRFS-2 IAS IRAS ASI HIRS/3 AIRS CrIS CrIS HIRS/4 HIRS/4 IRAS ASI EOS-Aqua FY-3 D to G NPP, JPSS 1 and 2 TIROS-N, NOAA 6 to 19 MetOp A & B Post-EPS MetOp A to C FY-3 A to C Meteor-M N2 Satellite NOAA-15 NOAA-16 MetOp A/B MetOp A/B/C Meteor-M N2 Post-EPS FY-3 A/C FY-3 E/G NOAA-17 EOS-Aqua NPP JPSS 1 & 2 NOAA 18 NOAA-19 FY-3 B FY-3 D/F LST 05:00 05:30 09:30 09:30 09:30 09:30 10:00 10:00 10:20 13:30 13:30 13:30 13:40 14:00 14:00 14: IR spectrometer Comparative characteristics of IR temperature/humidity sounders in LEO Feature No. of channels Spectral resolution Swath IFOV 1st Workshop on FY-3 IRAS cm km 17 km NOAA/MetOp HIRS 3/ cm km 10 or 18 km EOS-Aqua AIRS cm km 13.5 km Meteor-M IRFS cm km 35 km NPP/JPSS CrIS cm km 14 km MetOp IASI cm km 12 km 30 15

16 GOS Implementation Plan O GPM 16

17 PROGRAMA GPM CICLO DA ÁGUA Diagnósticos e prognósticos do balanço hídrico e suas conseqüências CLIMA Influência do ciclo hidrológico global nas mudanças climáticas TEMPO Cobertura Global Melhorias nas previsões de tempo de curto e médio prazos e nas simulações climáticas Informações a cada três horas Resolução Espacial 25x25 Km HIDROMETEOROLÓGICAS Melhorias na previsão de inundações, secas, reservas de água potável e condições de culturas agrícolas GPM Core Observatory Sensors JAA Dual-Frequency (Ku-Ka band) Precipitation Radar (DPR): Increased sensitivity for light rain and snow detection Better measurement accuracy Detailed microphysical information for improving radiometer rain retrievals NASA Wide-Band ( GHz) Microwave Imager (GMI): High spatial resolution Improved light rain & snow detection Improved signals of solid precipitation over land (especially over snow-covered surfaces) Accuracy & stable calibration to serve as a radiometeric reference for constellation radiometers 17

18 PÁGINA DO GPM - Br 18

19 MARCOS DO PROGRAMA GPM-Br Junho de 2004: A AEB formaliza o Programa GPM Br, através da Portaria 22-AEB assinada pelo presidente da agência Dr. Luiz Bevilacqua. Dezembro de 2004: 1º Reunião bilateral AEB/NASA no INPE em São José dos Campos para formalizar a participação brasileira no GPM. Agosto de 2004: A AEB faz a designação do Comitê de Coordenação do GPM Br, através da Portaria 38-AEB assinada pelo presidente da agência Dr. Sergio Gaudenzi. Início de 2005: O governo federal aprova o PNAE ( ) incluindo a Missão GPM Br. Dezembro de 2005: O Comitê de Coordenação do GPM Br especifica os requisitos para o satélite GPM Br. Fevereiro de 2006: A AEB solicita ao INPE o estudo de viabilidade para a plataforma do satélite GPM Br. Outubro de 2006: O INPE apresenta o estudo preliminar de viabilidade da plataforma para o satélite GPM Br. Março de 2008: 2º Reunião bilateral AEB/NASA em Búzios no Rio de Janeiro para atualização do programa e inserção do INPE como fornecedor da plataforma PMM para o GPM-Br. Janeiro de 2008: O GPM-Br é incluído no PPA do INPE com recursos alocados para suprimento da plataforma (PMM) e integração da carga útil INPE e CNES realizam estudo da fase zero do GPM. Março de 2010: Experimento Piloto de coleta de dados de precipitação em Alcântara, MA. Dezembro de 2010: Definidas as instituições que participarão do Programa GPM-Br. Maio /Junho de 2011: Experimento CHUVA para coleta de dados de precipitação em Fortaleza, CE; e em Belém, PA. System interfaces Customer (France) Developers / Operators CNES 38 Customer (Brazil) AEB User Water Energy TBD User Rainfall TBD User Megha Tropiques User Weather TBD Operational entities Space syst manufacturer Non physical Industry Politics, social GS syst manufacturer Natural Environment GPM Br Fr System Boitata Industry In-space System operators Standards Industry ECSS, MIL System Mainteners Industry Ext Launch Provider Ext Comm s Providers Ext Space systems TBD Network, ext G/S, ext IF MT, GPM Ext exploitation system Weather, science Laws & Regulations UN, ITAR, ITU Constraints / Environment Users Customers External supports 19

20 Open Options Payload composition Both scientific objectives R GHz R GHz 183 GHz Sub mm 183 GHz Sub mm TOA LIS TOA LIS R GHz 183 GHz Sub mm Dop R Water / energy budget objectives R GHz R GHz R GHz 183 GHz 183 GHz 183 GHz TOA TOA Dop R Rainfall objectives R GHz R GHz R GHz R GHz Sub mm Sub mm Sub mm LIS LIS LIS Dop R 39 Potential scenarios 1 1b b 5 Orbit altitude (km) Orbit inclination ( ) Payload composition Sub mm LIS TOA Sub mm LIS TOA Sub mm Sub mm LIS Sub mm LIS Sub mm Bus MMP MMP MMP MMP MMP MMP MMP Launcher Small Small Small Small Small Small Small Control GS S band S band S band S band S band S band S band Mission GS S band L band S band L band + band S band L band S band L band S band L band S band L band + band S band L band TOA 40 20

21 As Oportunidades de Participação do Brasil. Geoestacionário A NOAA oferece o radiômetro do GOES-Q que não será lançado. Há um alto custo de armazenagem irá para o museu Oportunidade : Menor custo para iniciar o programa de Geo Risco: O satélite não ser útil pois o GOES-R proverá informações com maior resolução temporal, espectral e espacial Adquirir um sensor atual (ABI ou SEVERI) e iniciar um programa brasileiro de satélites Geo com gradual desenvolvimento nacional. Oportunidade : Autonomia e domínio das operações Risco: Alto custo, risco de grande demora para dominar a tecnologia e duplicação de esforços. Iniciar cooperação com a NOAA visando a criação futura de uma Agência Americana de Exploração de dados de satélites nos moldes da EUMETSAT Oportunidade : Menor custo, melhor cobertura e qualidade, desenvolvimento tecnológico específico em áreas que se pretende dominar a tecnologia e exploração comercial. Risco: Demora na elaboração da cooperação. 21

22 Órbita Baixa e GPM Desenvolver o GPM com o CNES Oportunidade : Estudo já realizado, possibilidade de desenvolvimento de algumas componentes e possibilidade de vôo dentro da constelação inicial do GPM Risco: Não se sabe como o recuo do INPE foi assimilado pelo CNES e não se sabe se a oportunidade ainda existe. Há uma grande competição por missões no CNES. Desenvolver o GPM com a NASA Oportunidade : Havia um grande interesse da NASA de uma missão conjunta com o GMI que é o sensor oficial do GPM. Risco: Perda de oportunidade devido a restrições orçamentárias da NASA. Desenvolver uma missão mais completa que inclua o GPM Oportunidade : Contribuir ao sistema de observação Global Operacional e aproximação com a NOAA para a construção da Agência de exploração de satélites meteorológicos Risco: Alto custo, a PMM não é adequada, demora para colocar o satélite em órbita Característica do GPM 22

23 Órbita Polar Órbitas de baixa inclinação 36 graus 26 graus Vermelho 500 km Verde 650 km Azul 800 km 23

24 GPM Revisão do GOS-IP 2025 Action S18: GPM constellation Issue: the text mentions the value of missions in tropical latitudes. We could be more specific instead of just calling for support to the GPM constellation. Recommendation: Reword the action to include In support of GPM, implement at least one low-inclination passive MW mission. Sugestão para o Programa Analisar com a NOAA como o Brasil pode contribuir com HS que foi cortado do GOES-R e iniciar uma participação ativa no Geo. Desenvolver satélites de baixa inclinação para melhorar a cobertura de regiões tropicais. Isso se aplicaria em todas as áreas de sensoriamento remoto. Essa seria a contribuição do Brasil ao GOS. Iniciar com o GPM na PMM (CNES ou NASA) e partir para o desenvolvimento do satélite sucessor que teria a bordo um sensor hyperspectral em VIS-IR-MW. 24

25 Obrigado 25