Qualificação de Dados Meteorológicos das PCDs Plataforma de Coleta de Dados

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1 Qualificação de Dados Meteorológicos das PCDs Plataforma de Coleta de Dados MSc. Asiel Bomfin Jr. 1 asiel.bomfin@cptec.inpe.br T. Eletrônica Silvia Garcia de Castro 2 Silvia.garcia@cptec.inpe.br 1\2 Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais INPE Rodovia Presidente Dutra, km 39 Cachoeira Paulista Centro São Paulo Brasil ABSTRACT: The accuracy of meteorological data observations is very important and fundamental to all meteorological services manly for weather forecast. This paper shows the studies of PCD data and an implementation of a methodology applying a software that controls the quality of wind speed and direction, pressure, relative humidity, precipitation and temperature. This methodology satisfies the requirement for weather reports checking the data acceptable limits, including the checking of normal sensor response by the time variability of them. Palavras-chave: PCD, Limites, Variabilidade, Controle de Qualidade 1 INTRODUÇÃO As estratégias e critérios utilizadas no controle de qualidade de dados por órgãos internacionais como o WRMC (World Radiation Monitoring Center) que monitora os dados da BSRN (Baseline Surface Radiation Network), foram utilizados nesta validação e outros de acordo com estudos e levantamentos específicos das PCDs. Esta metodologia já foi implementada com sucesso no projeto SONDA do Laboratório de Instrumentação Meteorológica (LIM/CPTEC), que utiliza como saída os códigos definidos pela WMO (World Meteorological Organization). Estes métodos de controle de qualidade, não corrigem os dados, sinaliza aqueles suspeitos de estarem incorretos, gerando um código de qualificação para cada dado coletado. Assim estas informações podem ser previamente consultadas para sua melhor utilização. Na qualificação de dados das PCDs, os critérios utilizados foram basicamente os mesmos destes órgãos, mas utilizando como saída os códigos e/ou para cada nível de validação pelo sistema MADIS (Meteorological Assimilation Data Ingest System). A grande vantagem desta metodologia das PCDs em relação ao sistema MADIS, é a mesma do projeto SONDA, que além dos testes básicos de qualificação como seus limites inferiores e superiores (primeiro nível de validação), testes entre variáveis internas (segundo nível de validação) é o teste da variação temporal de cada variável, pois mesmo para um valor válido este valor não deve e não pode ser constante em um determinado tempo. Os padrões seguidos pelo MADIS, pela WMO e pela Webmet.com se diferenciam principalmente no que diz respeito à consistência interna entre variáveis, assim como a sua consistência espacial. Portanto como foi definido os padrões de saída do sistema MADIS nesta qualificação, assim foram implementados de acordo com as suas adaptações de saída.

2 2 - MATERIAL E MÉTODOS Neste artigo foram utilizados dados de precipitação, pressão, umidade relativa, temperatura do ar e velocidade e direção do vento próximos à superfície obtidos na DSA/CPTEC (Divisão de Satélites Ambientais do Centro de Previsão de Tempo e estudos Climáticos) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais em Cachoeira Paulista-SP. Fig. 1 Possibilidades de medidas de uma variável qualquer no tempo HH... Variação temporal em que se deseja testar a não variabilidade da variável (constância) C... Dados com variabilidade Correta S... Dados com variabilidade Suspeita A Fig. 1 mostra todas as possibilidades de medidas de uma variável qualquer no tempo, seja ela qual for. Lembramos que os dados das PDCs no qual estes algoritmos foram implementados estão em uma resolução temporal de 3 em 3 horas, portanto a validação com outra resolução temporal não foi considerada. Vale lembrar que esta metodologia é válida e pode ser implementada para qualquer tipo de dado, imagem ou produto que se deseja qualificar um dado, tanto na área cientifica, comercial ou industrial. Apenas é necessário estabelecer para cada variável, seus limites básicos mínimos e máximos, sua variabilidade no tempo como os definidos pela WMO e MADIS dentre outros e a saída que se deseja obter os alertas. A seguir são mostrados os níveis de validação do MADIS em comparação com os estabelecidos nas PCDs, assim como os testes a serem efetuados. MADIS TESTES DE VALIDAÇÃO INPE-PCDs 1 nível máximos e mínimos idem MADIS 2 nível consistência interna dos dados variação 3hs e 24hs, comparações entre variáveis depende da variável 3 nível consistência espacial variação 12hs e 8hs, depende da variável

3 A seguir são mostrados os limites de cada variável, a sua variação temporal e as adaptações de saída da Webmet.com para o MADIS. OK NOK Temperatura... Deve variar entre c a 50.0 c (1) Deve variar mais que 0.5 c em 12 horas (2) Pressão... Deve variar entre mb a mb (1) Deve variar menos que 6.00 mb em 3 horas (2) Umidade Relativa... Deve variar entre 0.00 % e % (1) Precipitação... Deve variar entre 0.00 mm a mm (1) Deve ser menor que mm em 24 horas (2) Direção do vento... Deve variar entre 0.00 g a g (1) Deve variar mais que g em 03 horas (2) Deve variar mais que g em 18 horas (3) Vel. do vento... Deve variar entre 0.00 m/s a m/s (1) Deve variar mais que 0.1 m/s em 03 horas (2) Deve variar mais que 0.5 m/s em 12 horas (3) Onde: c... graus Celsius - temperatura mb... milibar - pressão mm... milimitros - precipitação m/s...metro por segundo - velocidade do vento g...graus - Direção do vento (1)... primeiro nível de validação (2)... segundo nível de validação (3)... terceiro nível de validação OK...passou no correspondente nível de validação NOK...não passou no correspondente nível de validação Relação dos códigos utilizados pela Webmet.com (colunas OK e NOK), gerados pelo programa validapcd.c e adaptado com seus respectivos códigos estabelecidos pelo controle de qualidade do MADIS (Meteorological Assimilation Data Ingest System): 9(*)... "c" passou no (1) primeiro nível de validação (máximo e mínimo) "x" não passou no (1) primeiro nível de validação 99(*)... "s" passou no (2) segundo nível de validação "q" passou no (1) primeiro nível mas não no (2) segundo "q" passou no (2) segundo nível mas não no (3) terceiro "v" passou nos 3 níveis de validação (1),(2) e (3) (*)... Prossegue para testar o próximo nível de validação (2) e/ou (3), se existir

4 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Fig. 2 Medidas da variável temperatura de uma PCD A Fig. 2 mostra a variação da temperatura no tempo. Em azul a sua variação é praticamente normal, atingindo apenas 2 pontos como Q (Questionável) e o restante como S (Aprovados). Em verde, apesar de estar dentro de seus limites, o dado é Q pois praticamente não há variabilidade desta medida no tempo. X sinaliza o dado constante rejeitado, pois não há variação alguma. 4 CONCLUSÕES Para qualificar e/ou validar estes dados (precipitação, temperatura, umidade relativa, pressão e velocidade e direção do vento) da rede de PCDs, foi fundamental o estudo e análise dos sensores. Foram elaborados estudos de suas características técnicas, limitadoras da indicação da medida realizada, a exatidão e precisão peculiar a cada instrumento. Observou-se que o que pode limitar a precisão de uma medida com o número de algarismos significativos é o datalogger e a transmissão via satélite destes dados. É importante relacionarmos a precisão do sensor com a precisão dos dados registrados, pois se estes possuem n casas decimais e o sensor n-1 ou ao contrário, muito provavelmente poderemos estar perdendo uma informação. O que mais limita a precisão das grandezas obtidas nas PCDs instaladas é a transmissão, que é periódica e ocorre a cada 200 segundos. A mensagem pode ter cerca de 32 bytes, ou seja, 256 bits. Quanto maior o número de algarismos significativos após a vírgula, maior o tamanho da mensagem, então mesmo que uma PCD possua instrumentos de alta precisão, esse dado registrado é limitado e, portanto não pode ser transmitido.

5 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS SONDA, Sistema de Organização Nacional de Dados Ambientais CPTEC/INPE. [online]: BSRN, Baseline Solar Radiation Network Quality Assurance of Database. World Meteorological Organization. [online]: WEBMET, Quality Assurance and Quality Control. The Meteorological Resource Center. [online]: