Avaliação das estimativas de precipitação 3B42 e 3B43 do satélite TRMM na Região Sul do Brasil

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1 Avalação das estmatvas de precptação 3B42 e 3B43 do satélte TRMM na Regão Sul do Brasl Denlson Rbero Vana, Nelson Jesus Ferrera 2 e Jorge Conrado Conforte 2 Centro de Cêncas do Sstema Terrestre CCST 2 Centro de Prevsão do Tempo e Estudos Clmátcos CPTEC Insttuto Naconal de Pesqusas Espacas INPE São José dos Campos SP, Brasl denlson@dsr.npe.br; nelson@cptec.npe.br; conrado@ltd.npe.br ABSTRACT: Ths work ams to evaluate 3B42 and 3B43 ranfall estmaton from TRMM satellte n Southern Brazl, usng monthly and daly data from 0 years of observatons, durng the perod. Ranfall data from ran gauges of the Brazlan Natonal Water Agency (ANA) was based on the avalablty of contnuous seres wth more than 8.5 years of observatons. From the assessment of avalable data ran gauges 0 locatons were chosen as representatve samples n the regon. The ran gauges data were compared to TRMM ranfall estmates by the Pearson correlaton coeffcent (r), the Root-Mean Square Error (RMSE) and the bas. The r average values were 0.68 for the 3B42 and 0.9 for the 3B43. The RMSE showed that the estmates generated by the 3B42 have low relablty, whle the 3B43 estmates proved to be relable. Both products showed postve bas, ndcatng that the TRMM tends to overestmate the precptaton n the Southern Brazl. The values of bas were at 7.2% for the 3B42 and 9.6% for the 3B43. Palavras-Chave: Precptação, Valdação, 3B42, 3B43, TRMM; Ranfall, Valdaton.. INTRODUÇÃO A análse do comportamento da precptação depende da dsponbldade de dados hstórcos que possam representar, em uma escala espaço-temporal adequada, suas característcas de dstrbução em uma determnada regão. Segundo Kummerow et al. (2000), a precptação é um dos parâmetros atmosfércos mas dfíces de mensurar devdo a sua alta varabldade no espaço e no tempo. A dstrbução desgual de pluvômetros e a relatva falta de medções sobre os oceanos têm lmtado a utlzação de dados de precptação para análses tanto a nível global, quanto local (Levzzan et al., 2002). Kdder e Haar (995) apontam que os pluvômetros produzem meddas de precptação muto acuradas, porém um únco pluvômetro cobre uma área de apenas 0 - m 2. Por outro lado, estmatvas de satélte amostram uma área de aproxmadamente 0 6 a 0 8 m 2. Desse modo, o desenvolvmento de técncas de estmatva de precptação por satéltes permtu preencher uma lacuna dexada pela rede convenconal, não só provendo observações em regões sem nformação, como também possbltando a obtenção de dados em uma resolução espacal mas refnada. Estas técncas baseam-se na nteração entre a radação eletromagnétca e partículas líqudas e sóldas presentes em nuvens. Kdder e Haar (995) dvdram essas técncas em três categoras: ) as que utlzam dados do vsível e nfravermelho, 2) as que utlzam mcroondas passvo, e 3) as que usam mcroondas atvo. De uma manera geral, no Brasl é notóra a baxa densdade e relatva má dstrbução espacal dos pluvômetros. Sendo assm, as observações por meo de sensoramento remoto têm surgdo como uma alternatva para suprr esta carênca de dados. Entre os satéltes destnados ao montoramento da precptação está o Tropcal Ranfall Measurng Msson (TRMM), lançado em dezembro de 997. A plataforma tem como objetvo avalar dversas característcas da precptação tanto em regões tropcas, quanto subtropcas, possbltando a aqusção de dados de manera sstemátca.

2 A qualdade das estmatvas de precptação TRMM tem sdo abordada por dversos trabalhos. Hand e Shepherd (2009) avalaram o produto 3B42 em Oklahoma (EUA) e encontraram coefcentes de correlação (r) de 0,42, percebendo uma leve tendênca de subestmação da precptação; no entanto, a correlação melhora sgnfcatvamente quando a análse se restrnge a méda dára, com r em torno de 0,94. Zhou et al. (2008) analsando a precptação no período de monção no leste da Chna, encontraram r entre 0,66 e 0,94. Dnku et al. (2007) observaram r entre 0,68 e 0,72 para a Etópa, regão leste da Áfrca, e concluíram que o 3B42 tende a superestmar altos valores de precptação. No Brasl, Collschonn et al. (2007) avalaram os dados 3B42 na baca do ro Paragua e encontraram r entre 0,25 e 0,64, o que fo consderado acetável pelos autores. O estudo também mostrou que exste uma tendênca do satélte superestmar a precptação em torno de 8%. As estmatvas 3B43 foram avaladas por Dnku et al. (2007), que encontraram r de 0,92, sendo estes resultados classfcados como excepconalmente bons pelos autores, consderando a complexa topografa da regão. Chu et al. (2006) analsaram as estmatvas do 3B43 no Novo Méxco (EUA) e encontraram r superores a 0,86. No Brasl exstem poucos estudos que tratam da qualdade das estmatvas de precptação produzdas pelo TRMM. Sendo assm, este trabalho tem como objetvo valdar o desempenho das estmatvas 3B42 e 3B43 na Regão Sul do Brasl, comparando dados dáros e mensas de precptação meddos em pluvômetros com as estmatvas geradas pelos TRMM ao longo de dez anos de observações, entre 998 e DADOS E METODOLOGIA A área de estudo corresponde à Regão Sul do Brasl, dvsão polítco-admnstratva que abrange os Estados do Paraná (PR), Santa Catarna (SC) e Ro Grande do Sul (RS). A área corresponde a km², localzada entre os paralelos e de lattude Sul e entre os merdanos e 47 9 de longtude a Oeste de Greenwch. As estmatvas de precptação 3B42 e 3B43 foram obtdas a partr do endereço: < Os dados são dsponblzados no formato *.hdf (Herarchcal Data Format) em undades de mm/h. Foram seleconadas as estmatvas correspondente a 0 anos de observações, obtdas entre janero de 998 e dezembro de Os dados 3B42 e 3B43 foram processados através de rotna desenvolvda em lnguagem IDL 6.0 para letura e extração de nformações em formato *.hdf. Os dados dáros e mensas de precptação de pluvômetros foram obtdos através do banco de dados da Agênca Naconal de Águas Hdroweb, dsponível no endereço: < As leturas dáras nos pluvômetros sob responsabldade da ANA são realzadas às 7h00mm (horáro local). A seleção dos locas para valdação das estmatvas 3B42 e 3B43 consderou a dsponbldade de dados de pluvômetros em um período superor a 8,5 anos, referente ao mesmo ntervalo de dados TRMM, entre 998 e Com base nesta análse, foram seleconados dez locas amostras ao longo da Regão Sul. A Fgura lustra a dstrbução dos pluvômetros juntamente com as amostras TRMM utlzadas para valdação. Para adequação dos dados 3B42 com as observações dáras de pluvômetros fo necessára a conversão das estmatvas a cada três horas 3B42 em acumulados dáros. Nesta etapa, foram consderados como acumulados de um da o somatóro das oto estmatvas dsponblzadas nos horáros snótcos, entre as 9h00mm do da anteror até as 6h00mm do da da letura (hora local), sendo a precptação deste período atrbuída ao da anteror. Estes ajustes tornaram as estmatvas 3B42 compatíves com os horáros das leturas dáras realzadas nos pluvômetros, conforme o crtéro adotado pela ANA, possbltando então, a comparação entre os conjuntos de dados.

3 22 S 26 S 30 S 00 km A3 A9 A2 RS A 34 S 58 W 53 W 48 W A5 A0 PR A7 A4 A6 A8 SC Fgura Locas de valdação das amostras TRMM (A) e pluvômetros (pontos). De posse dos conjuntos de precptação, foram geradas médas dáras e mensas de três a cnco pluvômetros por amostra, sendo estas médas comparadas as estmatvas de precptação 3B42 e 3B43, respectvamente. A escolha pela utlzação da méda de três a cnco postos se deve ao fato que um únco posto cobre uma área relatvamente pequena, em torno de 0 - m 2 (Kdder e Haar, 995), e o tamanho do pxel TRMM corresponde a 0,25 x 0,25 de resolução espacal (cerca de 625 km 2 ). Deste modo, a méda entre os pluvômetros mas próxmos representa uma melhor estmatva do total de precptação regstrado em um pxel TRMM. As avalações foram fetas a partr do cálculo do coefcente de correlação lnear (r) [Equação ], da raz quadrada do erro médo quadrátco (Root-Mean Square Error, RMSE) [Equação 2] e do vés (bas) [Equação 3]: n n n n x y x y r = = = = n 2 n 2 n n x x n y 2 n 2 y = = = = n RMSE = ( x y ) 2 n = n vés = ( x y ) N = () (2) (3) onde, em todas as equações, x representa a precptação estmada pelo TRMM, y a precptação de referênca observada nos pluvômetros e n o número de pares em cada um dos locas amostras. O RMSE é usado para avalar o grau de confabldade das estmatvas. Segundo Adeyewa e Nakamura (2003), quando o RMSE relatvo (valor absoluto dvddo pela méda) é nferor a 50%, as estmatvas podem ser consderadas confáves. O vés revela a tendênca de super ou subestmação dos dados, sendo avalado através da magntude e snal. 3. RESULTADOS 3. Valdação das estmatvas 3B42 Os valores de r, RMSE e vés para as estmatvas 3B42 podem ser vsualzados na Tabela. O valor médo de r na regão fcou em 0,68, varando entre 0,23 (A6) e 0,78 (A2). O reduzdo valor de r verfcado na amostra A6 pode estar relaconado à dstânca dos pluvômetros utlzados para a valdação, já que estes postos, quando comparado aos demas, localzam-se relatvamente dstante da amostra (Fgura ). Dessa forma, desconsderando a referda amostra, a correlação méda fo de 0,73, varando entre 0,68 e 0,78. Esses valores de correlação foram semelhantes aos encontrados por Dnku et al. (2007) e Zhou et al. (2008).

4 Tabela Valores de r, RMSE e vés as estmatvas 3B42 Amostra Lattude Longtude Quant. RMSE vés r Amostras mm/da % mm/da % A A A A Méda RS A A Méda SC A A A A Méda PR Méda regonal Mínmo regonal Máxmo regonal O RMSE médo calculado para a regão fcou em 9,9 mm/da, varando entre 7,8 e 4,7 mm/da (Tabela ). Os valores de RMSE relatvos foram consderavelmente altos, osclando entre 67% e 30% (Tabela ). Desse modo, é possível nferr que as estmatvas produzdas pelo produto 3B42 na Regão Sul do Brasl possuem baxo grau de confabldade, já que todos os valores de RMSE relatvos foram superores a 50%. Convém destacar que a precptação méda dára na regão utlzada como referênca, vara entre 4 e 6 mm/da. Sendo assm, esses baxos valores em magntude fazem com que o RMSE relatvo torne-se consderavelmente alto. A análse do vés mostrou que o produto 3B42 tende a superestmar a precptação na Regão Sul do Brasl em torno de 7% (Tabela ). Este valor corrobora o estudo de Collschonn et al. (2007) que encontrou vés postvo em torno de 8% na baca do alto Paragua, Estado do Mato Grosso. Apenas duas das 0 amostras seleconadas mostraram vés negatvo (A7 e A9), sendo que ambas localzam-se no Estado do PR. Os valores de vés na regão vararam entre -0,3 e 0,9 mm/da, o que representa -5,7% e 9,2% dos desvos, respectvamente. Os menores valores de vés relatvos foram observados no Estado do PR (3,7%), segudo de SC (6,7%) e RS (%). A partr desta análse é possível observar que exste uma relação aparente entre a lattude e o vés, mostrando que, de manera geral, estes tendem a aumentar juntamente com a lattude. 3. Valdação das estmatvas 3B43 A Tabela 2 lustra os valores calculados de r, RMSE e vés para as estmatvas 3B43 nos dez locas amostras seleconados. Os valores médos de r fcaram em 0,9, varando entre 0,87 (A e A2) e 0,97 (A7). Todos os valores de r para as dez amostras seleconadas foram sgnfcatvos a %. Os coefcentes de correlação calculados foram muto semelhantes às avalações realzadas por Dnku et al. (2007) na Etópa, que encontraram valores de r de 0,92, e por Chu et al. (2006) no Novo Méxco (EUA), onde os valores de correlação foram superores a 0,86. Os altos valores de r verfcados nas estmatvas 3B43 decorrem da utlzação de dados de pluvômetros para calbração. O valor médo de RMSE relatvo calculado para a área de estudo fcou em 27%, varando entre 4% e 35,9% (Tabela 2). Os dados revelaram que as estmatvas 3B43 são confáves para a regão, já que nenhuma das amostras apresentou valores de RMSE relatvo superores a 50%. Os valores de RMSE encontrados neste estudo foram muto semelhantes às avalações realzadas por Dnku et al. (2007) na Etópa, onde o RMSE relatvo fcou em torno de 25%. O valor médo para a Regão Sul em mm/mês fcou em 37,7, varando entre 2,4 e 49,8 mm/mês.

5 Tabela 2 Valores de r, RMSE e vés as estmatvas 3B43 Amostra Lattude Longtude Quant. r Amostras mm/mês A A A A Méda RS A A Méda SC A A A A Méda PR Méda regonal Mínmo regonal Máxmo regonal RMSE vés % mm/mês % O vés relatvo médo calculado para os locas amostras fcou em 9,6%, varando entre -0,8% (A9) e 9,7% (A2) [Tabela 2]. Esse resultado mostra uma tendênca geral de superestmação em torno de 0% da precptação na regão. Dnku et al. (2007) também encontraram valores de vés em torno de 0% na Etópa. Esta tendênca de superestmação também fo observada para o produto 3B42 neste estudo e por Collschonn et al. (2007). O valor médo em mm/mês fcou em 3,5, varando entre -,2 e 27,4 mm/mês. 4. CONCLUSÕES As estmatvas de precptação 3B42 e 3B43 do satélte TRMM são bem correlaconadas com os dados observados, onde o valor médo de r na regão fcou em 0,68 para o 3B42, e em 0,9 para o 3B43. No entanto, o RMSE revelou que as estmatvas geradas pelo 3B42 apresentam baxa confabldade. As estmatvas 3B43 mostraram-se plenamente confáves, com valores de RMSE relatvo nferores a 36%. Os melhores resultados do 3B43 decorrem da calbração das estmatvas através de pluvômetros. Além dsso, os acumulados mensas tendem a dlur as varações encontradas nos dados dáros. Ambos os produtos, 3B42 e 3B43, apresentaram vés postvo, mostrando que o TRMM tende a superestmar a precptação na regão. O vés relatvo médo fcou em 7,2% para o 3B42 e 9,6% para o 3B REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ADEYEWA, Z. D.; K. NAKAMURA. Valdaton of TRMM radar ranfall data over the major clmatc regons n Afrca, Journal of Appled Meteorology, 42 (2), p , CHIU, L. S. et al. Comparson of TRMM and water dstrct ran rates over New Mexco. Advances n Atmospherc Scences, v. 23, n., p. -3, COLLISCHONN, B. et al. Desempenho do satélte TRMM na estmatva de precptação sobre a baca do Paragua superor. Revsta Braslera de Cartografa, v. 59 n., Abrl DINKU, T. et al. Valdaton of satellte ranfall products over East Afrca's complex topography. Internatonal Journal Remote Sensng, v.28, n7, p , HAND, L. M.; SHEPHERD, J. M. An nvestgaton of warm season spatal ranfall varablty In Oklahoma cty: possble lnkages to urbanzaton and prevalng wnd. J. Appl. Meteorol. Clmatol., 48 (2), p , 2009 KIDDER, S. Q.; HAAR, V. Satellte Meteorology: an ntroducton. Academc Press, 995. KUMMEROW, C. et al. The Status of the Tropcal Ranfall Measurng Msson (TRMM) after Two Years n Orbt. Journal of Appled Meteorology, 39, p , LEVIZZANI, V. et al. A revew of satellte-baser ranfall estmaton methods. Multple-Sensor Precptaton Measurements, Integraton, Calbraton and Flood Forecastng MUSIC. Bologna- Italy, ZHOU, T. et al. Summer precptaton frequency, ntensty, and durnal cycle over Chna: A comparson of satellte data wth ran gauge observatons. Journal of Clmate, v. 2, n. 6, p , 2008.