DESEMPENHO DOS MODELOS DE ESTIMATIVA DE PRECIPITAÇÃO POR SATÉLITE NO INVERNO/VERÃO NA AMÉRICA DO SUL Wagner F. A. Lma 1, Eder P. Vendrasco 1 ; Danel Vla 1 1 Dvsão de Satéltes e Sstemas Ambentas (CPTEC/INPE) Rodova Presdente Dutra, km 39 Cachoera Paulsta São Paulo Brasl. Emal: wagner.flauber@cptec.npe.br. Resumo Este trabalho avala dferentes métodos de estmatva de precptação por satélte sobre a Amérca do Sul no nverno e verão dos anos 2009, 2010 e 2011. Os métodos de estmatva analsados nesse estudo são: Hdroestmator, 3B42RT, CMORPH, e GSMAP. A avalação dos algortmos fo realzada por comparação com dados de pluvômetros. Os resultados mostraram que os modelos 3B42RT e CMORPH tveram melhores resultados que os outros para o período de estudo. Outra mportante observação fo a baxo desempenho em estmar precptação na regão Nordeste do Brasl. ABSTRACT - Ths work examnes dfferent methods for estmatng ranfall over South Amerca n Wnter and Summer of 2009, 2010 and 2011. The estmaton methods analyzed n ths study are: Hdroestmator, 3B42RT, CMORPH, and GSMAP. The evaluaton of the algorthms was performed by comparng them wth ran gauges data. The analyss showed that 3B42RT and CMORPH methodologes got better performance then the others for the studed perod. Another mportant observaton was the poor performance n estmatng precptaton n the Northeastern Brazl. Palavra-Chave: Estmatva de Precptação; Hdroestmador, 3B42RT, GSMAP, CMORPH 1 - INTRODUÇÃO A precptação é uma das componentes atmosfércas de maor mportânca no sstema Terra-Atmosfera, pos afeta de váras formas o ambente e, consequentemente, a socedade. Ela está entre os parâmetros atmosfércos mas dfíces de medr, devdo a sua elevada varabldade no tempo e no espaço (Habets et al., 2004). Uma das prncpas maneras para obter nformações sobre a precptação em escala global e contínua é por ntermédo das dversas técncas de estmatva de precptação por sensoramento remoto. Os sensores, para estmar a precptação remotamente, podem ser dvddos entre atvos e passvos. Os atvos rradam energa sobre os alvos e medem a quantdade de energa retroespalhada por eles, os quas são comumente conhecdos como radares meteorológcos. Por outro lado, os passvos medem a energa emtda pelo sstema Terra-Atmosfera que é absorvda ou espalhada durante a sua propagação na atmosfera. Os métodos de estmatva de precptação que utlzam os canas do vsível ou nfravermelho são baseados nas hpóteses de que a alta refletvdade ou baxo valor da temperatura de brlho de uma nuvem pode ser uma ndcação de convecção e, consequentemente, assocado a uma taxa de precptação na superfíce. Por outro lado, as estmatvas de precptação que utlzam meddas em mcroondas são baseadas nas nterações entre os hdrometeoros e a radação nesse comprmento de onda por absorção, emssão ou espalhamento.
Exstem váras técncas de estmatva de precptação por meo de sensores passvos. Os prmeros métodos utlzaram dados de magens do vsível (Barret, 1970), em seguda, a do nfravermelho (Adler e Negr, 1988; Vcent et al., 1998), ambos a bordo dos satéltes geoestaconáros. Posterormente, através das magens dos sensores de mcroondas a bordo dos satéltes de órbtas polares surgram estudos que empregavam as frequêncas de mcroondas para estmatva de precptação (Kummerow e Gglo, 1994; Ferraro et al., 2000). Porem todas essas técncas de estmatva de precptação necesstam ser avaladas e valdadas para as dferentes regões e época do ano. Dessa forma, o objetvo desse trabalho é avalar dferentes métodos de estmatvas de precptação dára obtdas por dferentes fontes: Hdroestmador (Vcente, 1998), 3B42RT (Huffman et al., 2003), CMORPH (Joyce et al., 2004) e GSMAP (Aonash et al., 2009) sobre a Amérca do Sul para o verão e nverno de 2009, 2010 e 2011. 2 - MATERIAL E MÉTODOS Para o desenvolvmento deste trabalho foram utlzados a precptação dára provenentes de quatro modelos de estmatva de precptação (Hdroestmador, CMORPH, 3B42RT e GSMAP), dsponíves nos stes da Dvsão de Satéltes e Sstemas Ambentas (DSA - http://satelte.cptec.npe.br/), Clmate Predcton Center (CPC - www.cpc.noaa.gov), Goddard Earth Scences Data and Informaton Servces Center (GES DISC - http://mrador.gsfc.nasa.gov) e Japan Aerospace Exploraton Agency (http://sharaku.eorc.jaxa.jp/gsmap_crest), respectvamente, para o verão e nverno de 2009, 2010 e 2011. E os totas dáros de precptação da rede de PCD s e a rede pluvométrca reportadas com regulardade pelo Global Telecommuncaton System (GTS). Os dados provenentes de pluvômetros espalhados sobre a Amérca do Sul foram nterpolados para uma grade 0,25º x 0,25º usando uma técnca objetva descrta em Chen et al., (2008). Os dados de estmatvas de precptação foram calculados em uma grade de 0,25º de lattude e longtude sobre a Amerca do Sul, compatível com os dados observaconas. A avalação consderou as estações de nverno e verão nos anos de 2009, 2010 e 2011. A estação de nverno fo determnada pelos os meses de junho a agosto para os anos de 2009, 2010 e 2011 e a estação de verão fo defnda pelos os meses dezembro/2009 a feverero/2010, dezembro/2010 a feverero/2011 e dezembro/2011 a feverero/2012. A preferênca por esses dos períodos deve-se a grande dferença nos regmes de precptação sobre a regão estudada, para obter avalações dos modelos de estmatvas de precptação sobre dstntos índces pluvométrcos e dferentes sstemas precptantes. A avalação dos algortmos consstu em comparar os modelos de estmatvas de precptação com os dados meddos pela rede pluvométrca. As análses foram conduzdas a partr de avalação dscreta, no qual os parâmetros típcos para avalar são: Probabldade de Detecção (POD), Falso alarme (FAR) e a Correlação (COR):
POD = a a+c ; FAR = b a+c ; COR = A A. B B A A. B B 2 2 Onde A e B representa precptação dára satélte e pluvômetro, respectvamente. a é acerto postvo (precptação em A e B), b é falso alarme (precptação somente em A) e c é não detectado (precptação somente em B). 3 - RESULTADOS A fgura 1 apresenta a dstrbução espacal da correlação entre os dferentes métodos de estmatva de precptação e os dados observados para o período do verão (topo) e nverno (base) dos anos de 2009, 2010 e 2011. Analsando de forma geral os quatros modelos, os melhores desempenhos foram obtdos para época do nverno, sobretudo nas regões Sul e Sudeste do Brasl. Durante o verão os modelos CMORPH e 3B42RT apresentaram as melhores correlações, enquanto os modelos Hdroestmador e GSMAP obtveram baxos desempenhos, prncpalmente para regão Nordeste do Brasl. No nverno os modelos apresentaram desempenhos semelhantes nas regões Sul e Sudeste do Brasl, com resultados melhores para CMORPH, 3B42RT e GSMAP. No entanto para regão Nordeste foram onde ocorreram os pores desempenhos. Isto ocorre devdo a esses modelos serem lmtados a estmar chuvas estratformes, e a qual ocorre com maores frequêncas sobre a regão Nordeste na época do nverno. Correlação - Verão Correlação - Inverno Fgura 1 - Dstrbução espacal da correlação entre a precptação observada e a estmada para o nverno (base) e verão (topo) dos anos de 2009, 2010 e 2011. A fgura 2 mostra a dstrbução espacal da probabldade de detecção dos modelos de estmatva de precptação para o verão (topo) e nverno (base) dos anos de
2009, 2010 e 2011. Observa-se que os melhores valores de POD são obtdos para a época do verão prncpalmente para regão Norte do Brasl em todos os modelos de estmatva de precptação. Sendo que, os melhores resultados foram obtdos para o modelo 3B42RT. Os valores mas baxos de POD são obtdos na regão Nordeste do Brasl durante a época do nverno para todos os modelos de estmatva de precptação por satélte. Isto ocorre por causa da maor ocorrênca de chuvas estratformes nesse período. O 3B42RT mostrou-se mas efcente na detecção da precptação entre os modelos analsados. POD - Verão POD - Inverno Fgura 2 - Dstrbução espacal da Probabldade de detecção (POD) dos modelos de estmatva de precptação para o nverno e verão dos anos de 2009, 2010 e 2011. A fgura 3 mostra a dstrbução espacal do falso alarme dos modelos de estmatva de precptação para o verão (topo) e nverno (base) dos anos de 2009, 2010 e 2011. Os modelos apresentaram baxos índces de FAR para época do verão, prncpalmente, para regões Sul e Sudeste do Brasl. Os altos valores de FAR são observados prncpalmente na regão Nordeste em ambas as estações, e para todos os modelos. Em geral, os modelos de estmatva de precptação por satélte apresentam resultados semelhantes entre s em ambas as estações para o índce FAR.
FAR - Verão FAR - Inverno Fgura 3 - Dstrbução espacal do Falso Alarme (FAR) dos modelos de estmatva de precptação para o nverno e verão dos anos de 2009, 2010 e 2011. 4 - CONSIDERACÕES FINAIS Neste trabalho foram avalados quatro dstntos métodos de estmatva de precptação por satéltes durante o nverno e verão dos anos 2009, 2010 e 2011 sobre a Amérca do Sul. Os modelos analsados foram: Hdroestmador, 3B42RT, GSMAP, CMORPH. Os modelos que apresentaram melhores desempenhos foram o 3B42RT e CMORPH, prncpalmente para regão Sul e Sudeste do Brasl. Outro fato mportante fo o baxo desempenho dos modelos de estmatva de precptação por satélte sobre a regão do Nordeste do Brasl, em ambas as estações analsadas. 5 - REFERÊNCIAS BIBLOGRÁFICAS Joyce J.,J. Janovak,P. Arkn,P. Xe: CMORPH:A Method that Produces Global Precptaton Estmates from Passve Mcrowave and Infrared Data at Hgh Spatal and Temporal Resoluton. J.Hydrom.,5,487 503,2004. Huffman, G.J., R.F. Adler, E.F. Stocker, D.T. Bolvn, and E.J. Nelkn, 2003: Analyss of TRMM 3Hourly Mult-Satellte Precptaton Estmates Computed n Both Real and Post-Real Tme. Combned Preprnts CD-ROM, 83rd AMS Annual Meetng, Poster P4.11 n: 12th Conf. on Sat. Meteor. and Oceanog., 9-13 February, Long Beach, CA, 6pp, 2003. Laurent, H.; Jobard, I; Toma, A.: Valdaton of satellte and ground-based estmates of precptaton over Sahel. Atmos. Res., 47-48, 651-670, 1998. Vcente, G. A.: The operatonal GOES nfrared ranfall estmaton technque. Bulletn of the Amercan Meteorologcal Socety, 79(9), 1883-1898, 1998. K. Aonash, J. Awaka, M. Hrose, T. Kozu, T. Kubota, G. Lu, S. Shge, S. Kda, S. Seto, N. Takahash, and Y. N. Takayabu, 2009: GSMaP passve, mcrowave precptaton retreval algorthm: Algorthm descrpton and valdaton. J. Meteor. Soc. Japan, 87A, 119-136.