Metodologia para a Monitoração do Estado de Calibração do Radar Meteorológico de Belém

Documentos relacionados
1. INTRODUÇÃO. Atmosfera: interfere na produção do Espaço Geográfico; IPMet: realiza operações de emissão alerta de

Aula 12 Definindo as Estratégias de Varredura

INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS

Aula 12 Definindo as Estratégias de Varredura

Estudo de desvanecimentos

Aula 12 Definindo as Estratégias de Varredura

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ - UFPR Setor de Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica. Disciplina: TE053 - Ondas Eletromagnéticas

4 CÁLCULO DA INTERFERÊNCIA DEVIDA AO ESPALHAMENTO PELA CHUVA

2. LÓBULOS LATERAIS E SUAS INFLUÊNCIAS NAS MEDIDAS DE RADAR

Formação de Imagens de SAR

Propagação em Larga Escala (Modelos Empíricos): Okumura, Hata e Cost231. CMS Bruno William Wisintainer

Fechamento angular com GPS

XV CONGRESSO BRASILEIRO DE METEOROLOGIA PARÂMETRO DENSIDADE VIL: CLIMATOLOGIA E APLICAÇÃO PARA ALERTA DE TEMPESTADES NO ESTADO DE SÃO PAULO

Aplicação de Mapa Auto-Organizável ao Agrupamento de Dados de Refletividade de Radar

Computação Móvel: Teoria da Informação e Modulação

6 APLICAÇÃO DOS MODELOS DESENVOLVIDOS

Equação de Friis Potências transmitida e recebida

ANÁLISE DE SISTEMAS CONVECTIVOS DE MESOESCALA NO ESTADO DE SÃO PAULO UTILIZANDO DADOS DO RADAR DOPPLER DE BAURU

3 Desenvolvimento da fórmula de conversão de atenuação

6 Análise e tratamento dos resultados

Aula 8. Atenuação. Capítulo 6 - Battan

Estimativa de precipitação utilizando radar meteorológico banda S na Amazônia Oriental

Radar Meteorológico: Teoria, Conceitos e Aplicações. Carlos Frederico de Angelis

ÁREA EFETIVA E FÓRMULA DE FRIIS

ABSTRACT: The implementation of the TITAN system in December 2005, has provided

Planeamento de uma Rede sem Fios IEEE e no Concelho da Covilhã

XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, 2002

Equação de Friis Potências transmitida e recebida

Uso da Rede Neural Artificial Self Organizing Maps (SOM) na clusterização de dados meteorológicos

INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS (INPE)

Parâmetros importantes de um Analisador de Espectros: Faixa de frequência. Exatidão (frequência e amplitude) Sensibilidade. Resolução.

Concurso Público Nível Médio

NP ISO :2011 Acústica Descrição, medição e avaliação do ruído ambiente Parte 2: Determinação dos níveis de pressão sonora do ruído ambiente

6 Resultados de simulação e práticos

The impact of interpolation of meteorological measurements in the quality of IWV-GNSS. values

GPS. Dinâmica e Controle de Veículos Espaciais Profa. Dra. Claudia Celeste. Lívia Denardi Samir Vaz da Rocha

6 Setup de Medidas e Procedimentos

MODOS DE OPERAÇÃO / VISUALIZAÇÃO GERAL

5 EQUIPAMENTOS DE MEDIDAS

Aula 8. Atenuação. Capítulo 6 - Battan

3 SÍTIOS DE MEDIDAS E PRÉ-PROCESSAMENTO DE DADOS

4 Equipamento Experimental e Medições

ANÁLISE DA PASSAGEM DE UMA FRENTRE FRIA NA REGIÃO SUL DO PAÍS NOS DIAS DE JULHO DE 2006, UTILIZANDO SENSORIAMENTO REMOTO

EEC4262 Radiação e Propagação. Lista de Problemas

XX Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétrica SENDI a 26 de outubro Rio de Janeiro - RJ - Brasil

Cobertura terrestre. Visada do satélite, Visada da estação e Período de eclipse do satélite CTEE 1

Meios Físicos Cont. Espectro Eletromagnético

Exercícios de Sistemas de Telecontrolo

5 SIMULAÇÕES E RESULTADOS

INTEGRAÇÃO DO RADAR METEOROLÓGICO DOPPLER DO SIMEPAR E UMA REDE DE PLUVIÒMETROS PARA A ESTIMATIVA DA PRECIPITAÇÃO

Aula 12 Definindo as Estratégias de Varredura e softwares de radar disponíveis

ESTUDO DE DESCARGAS ELÉTRICAS ATMOSFÉRICAS EM SISTEMAS CONVECTIVOS ORGANIZADOS: ANÁLISE PRELIMINAR

Ondas e propagação Comunicações I - Elisa Bandeira 2 1

IMPACTO DE UMA TEMPESTADE NA ÁREA URBANA DO MUNICÍPIO DE BAURU

FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CAMPUS

PROPAGAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

Energia Solar. Samuel Luna de Abreu. Introdução à Energia Solar

APLICAÇÃO DE ÍNDICE DE SEVERIDADE EM DADOS DO RADAR METEOROLÓGICO DO PICO DO COUTO - RJ

EVENTO TORNÁDICO NA ILHA DO MOSQUEIRO

4 Resultados Numéricos

04/03/2013. Transmissão de dados. Transmissão por rádio Frequência

O Radar Meteorológico

Application Note PARÂMETROS DE CONFIGURAÇÃO DE UM OTDR. WISE Indústria de Telecomunicações

INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS (INPE)

Faculdade de Ciências e Tecnologia Departamento de Engenharia Electrotécnica. Comunicação sem fios 2007/2008

4 Cálculo de Cobertura

MICRO-ONDAS NOMES: ADRIEL GOULART IAGO BIANQUINI OSMAR HOFMAN

Lista de Exercícios A1

Propagação Radioelétrica 2017/II Profa. Cristina

SIMULAÇÃO DA TRAJETÓRIA DAS ONDAS DE PROPAGAÇÃO DO RADAR METEOROLÓGICO ESTUDO DE CHUVAS INTENSAS

5 Exemplos e testes 5.1 Exemplos de uso da Biblioteca Simula ao de um radar rodovi ario de monitoramento de velocidade automotiva

Princípios de telecomunicações. Uma abordagem sobre os meios de transmissão. Prof. Dr.David David B.

IGIP 2011 MÉTODO DE AVALIAÇÃO DA RECEPÇÃO DO SISTEMA ISDB-TB EM AMBIENTE INDOOR. Prof. Dr. Fujio Yamada. Valderez de Almeida Donzelli

Ocorrência de Tempestades Severas Durante o Inverno do Estado de São Paulo

3 Propagação de Ondas Milimétricas

Geraldo Neto Gerente de relações governamentais 700 MHz Convivência entre LTE e TV Digital

Eletromagnetismo 1. Eletromagnetismo 1

SEL413 Telecomunicações. 1. Notação fasorial

Interferência e Capacidade do Sistema

DADOS DE RADAR E DE RAIOS EM 11 DE MARÇO DE 1999

Utilização das Redes Neurais Artificiais na Adaptação de Modelos de Propagação em Ambiente Fechado AMBIENTE E SETUP DE MEDIÇÃO

Activação das parabólicas da Nogueira IN61nr. por Carlos Gorjão CT7AFN CT0207

SIMULAÇÃO E DETERMINAÇÃO DE DESLOCAMENTO COM GNSS (GPS) Simulation and Determination of Displacement with GNSS (GPS)

GERAÇÃO SOLAR PhD. Eng. Clodomiro Unsihuay Vila. Prof. Dr. Clodomiro Unsihuay-Vila Vila

4 Resultados Numéricos

3 Demodulação de sensores a rede de Bragg

INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS (INPE)

MONITORAMENTO DE TEMPESTADE POR SATÉLITE E RADAR METEOROLÓGICO: ANÁLISE DE EVENTO

Propagação em Pequena Escala. CMS Bruno William Wisintainer

c) Comportamento dinâmico da precipitação neste tópico foi dada ênfase à análise da duração e do número de eventos com chuva. Observou-se, como seria

ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA OROGRAFIA NA ÁREA EFETIVA DE ABRANGÊNCIA DO RADAR METEOROLÓGICO DAVID FERRAN MONCUNILL

Relatório de Ensaio Nº

4 Simulações LTE e SBTVD na faixa de frequência de 700 MHz

ANÁLISE DA EVOLUÇÃO E DA ESTRUTURA DO SISTEMA CONVECTIVO DE MESOESCALA ATRAVÉS DOS DADOS DE RADAR E DE SATÉLITE. PARTE I: DESCRIÇÃO GERAL

ANÁLISE COMPARATIVA DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO POTENCIAL ENTRE AS ÁREAS DE PASTAGEM E FLORESTA NA AMAZÔNIA CENTRAL RESUMO ABSTRACT

Concepção e Planeamento de Redes sem Fios IEEE Vitor Carvalho IT / DEM, Universidade da Beira Interior Covilhã, Portugal

Relatório de Ensaio Nº

9 Estrutura vertical da célula de chuva 9.1. Introdução

Relatório de Ensaio Nº

Transcrição:

Metodologia para a Monitoração do Estado de Calibração do Radar Meteorológico de Belém Carlos Simões Pereira 1, Marcio Nirlando Gomes Lopes 1, Bernardino Simões Neto 1, Frank B. Baima Sousa 1 1 Sistema de Proteção da Amazônia SIPAM Avenida Júlio César, 7060 Val de Cans Belém-PA Brasil carlos.pereira@sipam.gov.br, marcio.lopes@sipam.gov.br, bernardino.simoes@sipam.gov.br, frankbaima@yahoo.com.br ABSTRACT: The sun irradiates an extensive range of electromagnetic frequencies, among them the one of the S-band (2 to 4 GHz), whose emissions has been used for calibration state verification of weather radars. The Amazonian Protection System used data of solar interference detected by the radar SBBE, installed in Belém, for monitoring the antenna aiming. For the evaluation of the sensibility threshold they were used data from Canadian monitoring station (Dominion Radio Astrophysical Observatory) of solar flow and the radar acquisition equation. Data produced by the Thunderstorm Identification, Tracking, Analisys and Nowcasting (TITAN) software they were used for verification of the scanning angles and accumulated precipitation. The results showed error values inside of acceptable patterns for validation of the observable data and derivation of meteorological parameters. Key-words: Solar interference, weather radar, receiver sensibility, TITAN RESUMO: O sol irradia uma extensa gama de freqüências eletromagnéticas, dentre elas as da banda S (2 a 4 GHz), cujas emissões têm sido usadas para a verificação do estado de calibração de radares meteorológicos. O Sistema de Proteção da Amazônia utilizou dados de interferência solar detectados pelo radar SBBE, instalado em Belém, para a monitoração do apontamento da antena. Para a avaliação do limiar de sensibilidade foram utilizados dados da estação Canadense de monitoração de fluxo solar Dominion Radio Astrophysical Observatory (DRAO) e uso da equação de aquisição do radar. Dados produzidos pelo software Thunderstorm Identification, Tracking, Analisys and Nowcasting (TITAN) foram usados para verificação dos ângulos de varredura e precipitação acumulada. Os resultados mostraram valores de erro dentro de padrões aceitáveis para validação dos dados observáveis e derivação de parâmetros meteorológicos. Palavras-Chaves: Interferência Solar, radar meteorológico, sensibilidade do receptor, TITAN. 1- INTRODUÇÃO A verificação dos parâmetros operacionais de um radar meteorológico é uma tarefa que necessita da utilização de equipamentos de teste e procedimentos precisos tanto na monitoração do estado de calibração do sistema como na calibração propriamente dita, incorrendo em custos consideráveis, mas necessários para a garantia da fidelidade dos dados coletados. Diversas pesquisas foram realizadas buscando investigar maneiras mais simples de monitoração desses sistemas com o objetivo de determinar o momento mais apropriado para dar início a uma campanha de calibração (HOLLEMAN; BEEKHUIS, 2004; MCGRATH,

2002; ATLAS, 2002). Uma dessas técnicas faz uso da interferência solar como detectado pelo radar para monitoração do estado de calibração. O SIPAM adotou uma metodologia simples utilizando a detecção de sinais de interferência solar para o monitoramento do status do radar de Belém para checar os seguintes parâmetros: ângulo de azimute, ângulo de elevação utilizado nas varreduras volumétricas e sensibilidade do receptor. 2- MATERIAL E MÉTODOS Vários tipos de dados podem ser usados para uso em monitoração de radares meteorológicos. As informações disponíveis pelo DRAO permitem monitorar o valor do fluxo solar no comprimento de onda de 10,7 cm (2,8 GHz), em unidades de fluxo (solar flux unitsfu) equivalente a 10 22 W/m 2 /Hz, como mostrado na Figura 1, e pode ser utilizado para verificação do limiar de sensibilidade do receptor. Estes dados são disponibilizados diariamente e coletados em três horários específicos: 17, 20 e 23 UTC. Figura1 Média mensal do fluxo solar. Fonte: DRAO <http://www.spaceweather.ca> O fluxo solar recebido pelo radar é calculado pela equação: onde P r é a potência solar recebida (watts), S é o fluxo solar (W m 2 Hz 1 ), BW n é a largura de banda (MHz), e A e é a área efetiva da antena (m 2 ). O aplicativo TITAN permite o cálculo dos valores dos ângulos de elevação utilizados, baseado no máximo de irradiação em cada raio (beam) medido pelo radar, os quais foram comparados com os valores definidos no software de controle (Definition of Acquisition da GAMIC-DEAC) e usados como indicativo de qualidade dos ângulos de elevação utilizados. Os eventos de interferência solar detectados pelo radar de Belém foram analisados e suas ocorrências comprovadas baseadas nas características do sinal apresentados na tela do radar. A Figura 2 mostra o alinhamento no azimute 90º correspondendo à passagem do sol (1)

pelo ponto equinocial (outonal), no trajeto aparente do sol de sul para norte nos dias 20 e 21 de março de 2010. Figura 2 Visualização do TITAN (modo Rview) mostrando a passagem aparente do sol pelo ponto outonal. Apenas a informação visual obtida através do TITAN (Figura 2) já denota o estado de calibração do radar quanto ao apontamento da antena em azimute. 3- RESULTADOS E DISCUSSÃO Como padrão operacional para radares meteorológico foram usados aqueles adotados pela Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut (KNMI), com valores mínimos para os desvios de azimute e elevação, e desvio em potência recebida pelo radar de acordo como mostrado na Tabela 1. Tabela 1 - Padrões de recepção segundo KNMI Desvio de azimute a 200 km para precisão de 1 km < 0,3º Desvio do ângulo de elevação < 0,1º Desvio de potência recebida < 1 db Os valores dos azimutes medidos como aqueles mostrados no display do radar foram comparados com os valores do azimute solar para o dia e hora da detecção, obtidos do United States Naval Oceanography (USNO) e mostrados na Tabela 2. Tabela 2 Comparação de azimutes TITAN USNO Dia Hora UTC Azimute TITAN ( ) Azimute USNO ( ) Desvio ( ) 20 09:55:55 90,76 89,90 0,86 21 09:55:57 90,00 89,50 0,50 22 09:55:55 90,00 89,20 0,80 23 09:55:55 89,00 88,80 0,20 24 09:55:54 89,00 88,40 0,60 25 09:55:54 88,00 88,00 0,00 28 09:57:00 87,00 86,80 0,20 média 0,45 desvio padrão (σ) 0,303

Para a verificação do ângulo de elevação do radar foram utilizados os dados calculados a partir dos dados de varredura volumétrica, raio a raio, pela rotina TITAN e comparados com os valores definidos para as varreduras, como mostrado na Tabela 3. Tabela 3 Valores dos ângulos de varredura estabelecidos e os valores calculados. Varredura 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Ângulo (grau) 0,90 1,50 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 Calculado (grau) 0,81 1,42 1,93 2,91 3,93 4,92 5,93 6,92 7,93 Desvio (grau) 0,09 0,08 0,07 0,09 0,07 0,08 0,07 0,08 0,07 Tabela 3 Valores dos ângulos de varredura estabelecidos e os valores calculados (continuação) Varredura 9 10 11 12 13 14 15 16 Ângulo (grau) 9,00 10,50 12,00 13,50 15,00 16,50 18,00 19,50 Calculado 8,91 10,41 11,93 13,42 14,92 16,41 17,93 19,42 (grau) Desvio (grau) 0,09 0,09 0,07 0,08 0,08 0,09 0,07 0,08 Média 0,079 Desvio padrão (σ) 0,008 O processador de sinais do SBBE opera sobre a equação do radar: onde P r é a potência recebida, r é o alcance em km, C é a constante do radar em db (139,608 db para o SBBE), RN é a normalização de alcance (até 120 km), N l é a potência de ruído, α é a atenuação gasosa, dbz 0 é a refletividade de calibração (Technical Handbook and Programming Manual, 1997). Para avaliação do limiar de sensibilidade do receptor foram utilizados os dados da Tabela 4. Esses dados foram obtidos registrando-se o valor de dbz recebido e calculando-se os valores de dbm em função da tabela de calibração (mm/h dbm recebido) utilizada no radar SBBE no dia 20 de março de 2010, às 09:55 UTC. Tabela 4 Valores de dbz relativo a interferência solar, convertidos para dbm e abatido a normalização de range aplicada (até 120 km). Distância (km) 40 50 80 100 120 150 180 dbz 9,3 8,8 8,3 12,3 13,2 13,3 14,6 dbm -106,5-106,9-107,5-103,5-102,9-102,5-101,2 Na Tabela 5 são mostrados os dados de fluxo solar (10 22 W/m 2 /Hz) recebidos pelo observatório DRAO e os valores de dbm calculados pela equação (2). Tabela 5 Variação do fluxo solar para o dia 20/03/2010 segundo DRAO e convertidos para dbm recebidos no SBBE. Data / Hora UTC Fluxo dbm 2010 03 20 / 1700 83,3-103,43 2010 03 20 / 2000 83,5-103,42 2010 03 20 / 2300 83,4-103,43 Adotou-se o valor de 100 km para avaliação da sensibilidade do receptor, pois quanto mais próximo do radar, maior é a influência de lóbulos secundários e, porque para distâncias superiores a 120 km não é realizada a normalização dos valores recebidos. (2)

Desta forma, comparando-se os valores da Tabela 4 na distância de 100 km de alcance do radar com os valores detectados pelo DRAO na Tabela 5, verifica-se que os níveis de irradiação medidos pelo radar SBBE correspondem àqueles medidos pelo Observatório Canadense (DRAO). Assim, no tocante à sensibilidade do receptor, o radar SBBE está de acordo com os parâmetros de calibração. 4- CONCLUSÕES Uma metodologia simplificada para a monitoração do radar meteorológico de Belém foi apresentada fazendo uso de dados de interferência solar captados pelo radar, dados produzidos pelo aplicativo TITAN, dados fornecidos pelo observatório DRAO e tabelas de azimutes solar fornecidos pela USNO, capazes de atestar a qualidade dos dados derivados e sinalizar a momento para início de um processo de calibração. Os resultados em valores de desvios de apontamento da antena de 0,303 para azimute, 0,008 para elevação e comparação da sensibilidade do receptor com dados de fluxo solar de 0,07 db mostraram que o estado de calibração do radar encontra-se em nível aceitável, embora a amostragem dos dados não tenha abordado todo o espectro de deslocamento aparente do sol. Essa metodologia poderá ser aperfeiçoada com a aplicação de fórmulas exatas para cálculo dos parâmetros solares em função do dia e das coordenadas geográficas. Adicionalmente, comparações utilizando dados pluviométricos observacionais das estações meteorológicas de superfície e as estimativas do radar deverão tornar esta metodologia mais precisa. 5-REFERÊNCIAS HOLLEMAN, I.; BEEKHUIS; H. Weather Radar Monitoring using the Sun. Technical Report, KNMI TR-272, De Bilt, Netherlands, 2004. Disponível em: http://www.knmi.nl/publications/fulltexts/tr_suncalibration.pdf. MCGRATH, K.M. Calibration of the Doppler on Wheels System Gain using solar flux. Center for Severe Weather Research, Boulder, Col. USA. 2002. ATLAS, D. Radar Calibration - Some Simple Approaches. Bulletin of the American Meteorological Society, v. 91, p.1313-1316, 2002. Naval Oceanography Portal. Disponível em: http://www.usno.navy.mil/usno/astronomicalapplications/data-services/alt-az-us. GAMIC mbh. Technical Handbook and Programming Manual. 1997. Disponível em: http://www.gamic.com.