Estação linimétrica virtual

Princípio da altimetria espacial

Qualquer intersecção de uma massa de água continental com o “footprint” de um satélite equipado com um altímetro constitui uma potencial estação limnimétrica virtual, capaz de monitorar ao longo do tempo a evolução da cota da massa de água em relação a um elipsóide.

O princípio da medição está resumido na Figura 1: o altímetro envia um pulso na direção nadir e mede o tempo que leva o sinal para refletir na superfície da Terra e retornar ao altímetro. Conhecendo a velocidade de propagação das ondas nos meios atravessados, este tempo de percurso permite calcular a distância (R) entre o altímetro e a superfície reflectora. Uma vez que a órbita do satélite (e portanto a sua altura H em relação a um elipsóide) é conhecida, a altura da superfície reflectora (h) em relação ao elipsóide pode ser calculada (h=H-R). Na prática, são feitas várias correções à medição para levar em conta as perturbações devidas à atmosfera, ionosfera e marés terrestres sólida e líquida.

 
Figura 1 : Princípio da altimetria espacial ( segundo da Silva, J. S., adaptado do CNES/D. Ducros).

A frequência das medições ao longo de um “footprint” (traço) de satélite depende da missão: 10 impulsos por segundo para Topex/Poseidon, 20 impulsos por segundo para Envisat e Jason. A diferença de tempo entre 2 passagens consecutivas depende da repetitividade do satélite: 35 dias para Envisat, 10 dias para Topex/Poseidon e Jason, o que condiciona a diferença entre duas leituras da série temporal de cota do corpo de água considerado.

Além disso, a densidade dos traços do satélite varia devido à sua repetibilidade: 90 km entre 2 traços Envisat no equador em comparação com 315 km entre 2 traços Topex/Poseidon e Jason; daí uma densidade potencial de estações virtuais mais baixa para Topex/Poseidon e Jason do que para Envisat. A Figura 2 sobrepõe os traços de Topex/Poseidon e Jason (em vermelho) com Envisat (em amarelo) numa região amazônica.

 
Figura 2 : Traços Envisat (azul) e Topex/Poseidon-Jason (vermelho) na região da Amazônia.

Uma metodologia para definir estações virtuais é aplicada no SO HYBAM na vizinhança de estações in-situ e as séries de cota associadas estão disponíveis na base “on-line” do website Hybam . Esta metodologia manual foi desenvolvida por equipes de pesquisa envolvidas (entre outras) no projeto conjunto IRD/ANA “Aplicação da Hidrologia Espacial à Bacia Amazônica”, estabelecido sob um acordo com a Agência Brasileira de Cooperação (ABC). Uma metodologia automatizada foi elaborada com base na experiença manual e está sendo aplicada em dezenas de estações virtuais, principalmente da bacia amazônica.

O website do SO HYBAM serve também para divulgar dados de outras estações virtuais produzidas pelas equipas associadas ao Serviço de Observação.

Definição de uma estação virtual

VALS (Virtual ALtimetric Stations), um software especialmente desenvolvido, permite definir uma estação virtual baseada em informações fornecidas por agências espaciais e extrair uma série temporal de níveis de água depois de selecionar entre as medições instantâneas (10 ou 20 por segundo) aquelas que representam a altura do corpo de água. Esta metodologia é descrita no manual do software e em vários artigos (ver bibliografia no final da página) e não será repetida aqui, mas apenas ilustrada por algumas figuras relacionadas com as principais etapas do método:

  • definição de uma área de estudo em torno de uma intersecção de um corpo de água com um traço de satélite, usando o Google Earth (Figura 3)
  • extração das medições posicionadas na área de estudo e representação da medição do altímetro em função do percurso (figura 4)
  • seleção manual das medições representativas da massa de água (figura 4)
  • extração, a partir das medições selecionadas, da série cronológica que é então disponibilizada na secção de Dados do site SO HYBAM (Figura 5).
 
Figura 3 : Delimitação da área de estudo.
 
Figura 4 : Seleção das medições representativas; os pontos ligados por uma mesma linha correspondem à mesma passagem;
os pontos selecionados estão em vermelho ou amarelo (hooking).
 
Figura 5 : Série cronológica extraída; tempo na abcissa, altura em relação ao geóide no eixo y.

 

Formato das séries de cotas altimétricas extraídas

Os dados baixados a partir do website SO HYBAM são obtidos como um arquivo de texto em colunas, compatível com o formato csv. Outros formatos estarão disponíveis no futuro. A Figura 6 mostra um exemplo de um arquivo extraído com o seguinte significado das colunas:

  • id_station : código que identifica a estação virtual
  • nom : nome da estação virtual
  • date : data e hora da medição
  • valeur : valor em cm da cota da massa de água em relação ao elipsóide de referência do satélite
  • incertitude : erro em cm, estimado na medição
  • origine : método utilizado para calcular o valor representativo da cota a partir de medições instantâneas (a 1/20 de segundo para o Envisat, por exemplo):
    • 0 : média dos valores
    • 1 : mediana dos valores
    • 2 : média dos valores com correção do efeito off-nadir (ver bibliografia)
    • 3 : mediana dos valores com correção do efeito off-nadir (ver bibliografia).
  • qualité :estimativa da qualidade da medição em função do número de medições instantâneas utilizadas no método de cálculo (ou seja, selecionadas na proximidade da estação virtual):
    • de 1 à E : 1, 2, 3, … 14 medições utilizadas
    • F : mais de 14 medições utilizadas.
id_station nom date valeur(cm/EGM2008) incertitude(cm) origine qualite
ENV435Parint ENV_435_Parintins 24/12/2002 01:48 909,40 0,50 1 4
ENV435Parint ENV_435_Parintins 28/01/2003 01:48 1006,40 0,30 1 2
ENV435Parint ENV_435_Parintins 04/03/2003 01:48 1100,60 3,70 1 3
ENV435Parint ENV_435_Parintins 08/04/2003 01:48        
ENV435Parint ENV_435_Parintins 13/05/2003 01:48 1387,20 2,50 3 5
ENV435Parint ENV_435_Parintins 17/06/2003 01:48 1437,30 0,20 3 4
ENV435Parint ENV_435_Parintins 22/07/2003 01:48 1385,50 0,20 3 4
ENV435Parint ENV_435_Parintins 26/08/2003 01:48 1275,50 2,80 3 7

Figura 6 : Extrato do arquivo baixado com a altura relativa ao geóide em cm e a incerteza associada à medição.

Bibliografia

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