IDENTIFICAÇÃO DE NUVENS NAS IMAGENS DE SATÉLITE  

(de uma forma muito elementar)

  METEOSAT

O satélite Meteosat é operado pela Eumetsat. é um Satélite geoestacionário (gira em simultâneo com a Terra) e localiza-se a cerca de 36.000 Km à vertical do Equador.

O satélite Meteosat é um dispositivo com três canais de registro de resposta espectral: canal Visível (0,45-1,00 µm), canal Infravermelho (10,5-12,5 µm) e canal de vapor d'água (5,7-7,1 µm).  ( µm = 10^-6 do metro)

As imagens são obtidas a cada meia hora. O canal Visível rastreia cerca de 5.000 linhas onde cada linha tem cerca de 5.000 pixels; no canal Infravermelho, cada linha tem 2.500 pixels, levando à resolução de 5 km e 2,5 km respectivamente no ponto Nadir do satélite. Devido à curvatura da terra, a resolução diminui na direcção da borda da imagem

A banda do espectro electromagnético ao qual o olho humano é sensível (Visualização do arco íris)  situa-se sensivelmente entre os 0,43µm e os 0,7µm

A superfície terrestre ou as nuvens não emitem radiação visível, reflectindo aquela que está chegando do Sol. Assim, as imagens neste canal representam mais ou menos a intensidade do brilho dos elementos que seria percebida por um observador do espaço.

As nuvens densas são representadas em tons esbranquiçados e quanto mais densa, mais brilhante. No entanto, não é possível a distinção da altura das nuvens neste canal. Para isto, a interpretação do canal IR é essencial.

Portanto, nas imagens deste canal :

• Os continentes e o mar são escuros;
• As nuvens mais espessas são mais brilhantes porque reflectem mais luz solar (por exemplo, cúmulos com grande desenvolvimento vertical; estratos com grande espessura);
• Nuvens de grande altura mas de espessura fina (cirros) são pouco ou nada visíveis.

Canal Infravermelho (IR)

Nestes comprimentos de onda, a atmosfera (ar + vapor) absorve pouca radiação. No entanto, as nuvens são densas o suficiente para absorver a radiação (e emitir) de maneira significativa.

Assim, temos :

• Na ausência de nuvens pode ser observada radiação que vem directamente da superfície terrestre (estimativa da temperatura);
• A visualização do canal IR também é em negativo, ou seja, uma nuvem fria emite menos radiação, e assim, deveria ser visualizada em tons escuros em relação à superfície. Entretanto, para melhor interpretação, a nuvem é apresentada em tons esbranquiçados, ou seja, uma nuvem mais fria parecerá mais brilhante na imagem;
• Uma nuvem absorve uma boa parte da radiação térmica que vem da superfície terrestre e da atmosfera, e volta a emitir de acordo com sua temperatura. Portanto, medindo esta temperatura de emissão das nuvens pode-se estimar sua altitude;
• Uma nuvem cirrus fina tem pouca absorção de luz solar, mas absorve bastante a radiação térmica (e volta a emiti-la). Assim, estas nuvens situadas em alturas elevadas podem ser bem visualizadas no canal IR.

CARACTERÍSTICAS QUE AJUDAM NA IDENTIFICAÇÃO DE NUVENS

Tipos de nuvens individuais podem ser identificadas pela observação de várias características das nuvens nas imagens do VIS (visível). São elas:

    BRILHO, TEXTURA E PADRÃO ORGANIZACIONAL

    DEFINIÇÃO DAS BORDAS, TAMANHO E FORMA INDIVIDUAL.  

    BRILHO: O brilho de uma nuvem numa imagem de satélite no VIS é uma das melhores dicas para a identificar e determinar as suas características. O Brilho pode ser usado frequentemente para indirectamente determinar a espessura e a altura de uma nuvem. Em geral, altos brilhos no VIS estão associados a nuvens espessas, as quais tendem a reflectir mais a radiação solar do visível. Portanto, nuvens espessas aparecerão brancas ou de um cinza muito claro nas imagens VIS. Nuvens finas, aparecerão mais escuras ou mesmo transparentes no VIS. No IR (infravermelho) brilho alto está relacionado a topos frios. Portanto, nuvens muito altas, com tropos frios aparecerão brancas ou com tom de cinza muito claro nas imagens IR. Nuvens baixas, quentes, aparecerão como um tom de cinza mais escuro ou podem mesmo estar "misturadas" com a cor da superfície ou com a água.

    TEXTURA: é a segunda característica de uma nuvem que pode ajudar na sua identificação. Essa característica pode apenas ser vista em imagens VIS, uma vez que é uma função da quantidade de sombra que está obscurecendo partes das nuvens. Nuvens que têm uma "lombada" ou crescem verticalmente exibem sombras que podem ser notadas. Isso é frequentemente referido como uma textura rugosa (lumpy). Nuvens com aspecto liso, não possuem geralmente muitas sombras nos seus topos. Essas nuvens são ditas com textura "lisa" (smooth). Entretanto, nuvens com textura "lisa" podem causar sombras nas nuvens mais baixas ou no chão, mas apenas nos seus limites externos. Algumas nuvens de níveis elevados podem "espraiar-se" conforme os ventos sopram. Normalmente, essas nuvens possuem um aspecto fibroso nas imagens VIS.

    PADRÕES DE ORGANIZAÇÃO: As nuvens podem possuir diferentes padrões de organização, incluindo organização em bandas, linear, circular, e celular. Estes podem ser identificados pela definição das suas "bordas" (edge definition), as quais podem ser bem ou mal definidas. O tamanho e a forma de elementos individuais de nuvens pode também ser útil na determinação de quais tipos de nuvens estão presentes numa imagem.

    Em geral, o método mais efectivo de identificar tipos de nuvens individuais é obtendo uma imagem VIS e IR da mesma hora. A imagem VIS pode ser usada para identificar a forma da nuvem, texturas, padrões de organização e espessura. Esses dados podem então ser comparados com a imagem IR de modo a determinar a altura das nuvens. Quando toda essa informação é colocada junta, é possível fazer uma análise fiável dos tipos de nuvens que estão presentes na imagem e o "tempo" associado a cada uma delas.

Imagem IR das 09:30 do dia 01/05/04	Imagem VIS das 09:30 do dia 01/05/04

a) Nuvens Estratiformes

    As nuvens estratiformes formam-se numa atmosfera estável e são caracterizadas por uma aparência lisa. As nuvens Estratos são nuvens  baixas que frequentemente cobrem o céu todo e criam uma aparência cinzenta de céu encoberto. Nuvens estratos podem estar acompanhada por uma chuva fraca mas constante, chuvisco ou mesmo grãos de neve.

    Nas imagens de satélite, nuvens estratiformes estão caracterizadas por topos lisos e ausência de um padrão organizado. Os limites dessas nuvens são frequentemente definidos pela topografia. Uma vez que essas nuvens  se desenvolvem a uma baixa altitude, as suas temperaturas tendem a ser quentes; portanto, elas usualmente aparecem como escuras a cinza médio em imagens IR. Nuvens estratos são frequentemente difíceis de distinguir das superfícies da terra quando o contraste de temperatura entre terra e nuvem é pequeno. Nas imagens VIS, contudo, essas nuvens podem ser muito brilhantes quando são espessas. Sombras não irão geralmente aparecer no topo dessas nuvens; contudo, podem ser visíveis no solo próximo dos limites da nuvem estratos.  

IDENTIFICAÇÃO DE NEVOEIRO (FOG)

    A identificação de nevoeiro é um aspecto muito importante da meteorologia por satélite. Nevoeiro é simplesmente uma nuvem Estratos que se formou no nível do solo. A identificação do nevoeiro em imagens de satélite pode melhorar os sistemas de alerta; contudo, a sua determinação não é nada fácil. Saliente-se que só se pode identificar perfeitamente este fenómeno com imagens da banda do visível (só existente quando há luz solar no local).

    Em imagens VIS, os nevoeiros parecem ter uma textura lisa, lembrando uma nuvem estratos. Isso torna difícil distinguir nevoeiro de nuvem estratos. Nas imagens IR, o nevoeiro aparece como uma sombra em cinza, quando pode ser distinto. Se a temperatura da superfície da terra é aproximadamente a mesma que a temperatura do topo do nevoeiro, esse torna-se aproximadamente impossível de ser visto em uma imagem IR por causa do pouco contraste terra-nuvem. Se isso ocorre à noite, quando não existe nenhuma imagem VIS para ajudar na interpretação, "áreas cobertas de nevoeiro podem não ser notadas".

    Geralmente, VIS e IR são usadas em combinação para localizar o nevoeiro. Quando múltiplas ou imagens espaçadas no tempo estão disponíveis, uma boa regra a seguir é que se a superfície lisa, branca da nuvem não se move, é usualmente nevoeiro. Também, conforme o nevoeiro evapora, usualmente dissipa de fora para dentro, diminuindo o limite externo. O nevoeiro pode também ser identificado, às vezes, pela variação repentina dos limiares externos, tais como montanhas ou vales de rios, que limitam a área em que o nevoeiro pode cobrir. Nevoeiro de superfície pode ser identificado porque está frequentemente restrito à áreas de vales. Por exemplo, na Figura 3, a imagem VIS mostra o nevoeiro contornado pelas cadeia montanhosas que envolvem o vale de Múrcia.

Imagem Visivel Meteosat das 08h UTC do dia 12 de Junho de 2004	Imagem Visivel Meteosat das 07h UTC do dia 15 de Maio de 2004
Zonas de  nevoeiro sobre a faixa costeira ocidental, de Sintra a té ao Porto, terminando junto à região montanhosa	Zonas de  nevoeiro sobre o Sudeste (Múrcia) e Nordeste de espanha

    Em regiões montanhosas, os vales frequentemente estão cobertos por nevoeiro, enquanto o topo das montanhas permanecem claros. Isto produz uma imagem na qual os vales aparecem como linhas brancas que estão arranjadas no padrão da drenagem do fluxo dos rios. Se os vales das montanhas formam um padrão dendrítico (formato como uma árvore), serão vistas linhas brancas com o mesmo padrão dendrítico. Se os vales de montanha são séries de vales paralelos, o nevoeiro também será caracterizado como uma série de linhas paralelas nas imagens.  

NUVENS CUMULIFORMES

    Nuvens cumuliformes formam-se numa atmosfera instável, na qual o ar sobe (e também desce), determinando o desenvolvimento vertical das nuvens. As nuvens cúmulos formam-se na região das correntes ascendentes. Tendem a ser irregulares na forma e aparecerem como flocos de algodão. Entre nuvens cúmulos o ar é descendente. Nuvens cúmulos isoladas estão geralmente associadas a bom tempo. Do espaço, nuvens cúmulos baixas aparecerão como elementos de nuvem com forma irregular, de vários tamanhos. O solo será frequentemente visível entre nuvens individuais ou agrupamento de nuvens (cloud clusters). Essas nuvens podem também ter forma de banda ou celulares, ou exibirem padrões em forma de onda. Podem ser bem rugosas nas imagens VIS devido a sombras na forma irregular dos topos das nuvens. Em imagens IR as nuvens cúmulos exibem tons de cinza variando do escuro ao cinza médio. Veja as características resumidas na Tabela.

Nuvens estratocumulus

    Em alguns casos, as nuvens cúmulos começam a se desenvolver sobre uma certa área mas uma camada de inversão inibe as nuvens de possuírem um desenvolvimento vertical mais acentuado. Isso faz com que as nuvens cúmulos se espalhem e desenvolvam uma aparência em camadas, similar às nuvens estratiformes. Essas nuvens, tendo características de ambas estratos e cúmulos, são chamadas estratocumulos. Em imagens de satélite, estão frequentemente organizadas em camadas, linhas ou nos chamados "padrões de rua", especialmente sobre a água no inverno. Estas aparecerão em um cinza médio nas imagens IR enquanto nas imagens VIS aparecerão bem brilhantes e rugosas.

  Identificação de Nuvens: Nuvens tipo Estratiforme

Identificação de nuvens: Nuvens Tipo Cumuliformes

Torres de Cumulus (Towering cumulus) e Cumulonimbus:

    Quando nuvens cumuliformes se formam numa atmosfera instável, as nuvens crescem bem altas e desenvolvem-se em torres (towering cumulus). Em casos extremos, quando uma torre atinge altas altitudes, ventos de altos-níveis frequentemente irão fazer com que o topo da nuvem se espalhe seguindo a direcção do vento, afastando-se da base da nuvem. A nuvem passa a apresentar um topo plano com uma aparência de bigorna. Esse tipo de nuvem é conhecido como uma nuvem cumulonimbus (ou nuvem de trovoada) e pode assim estar associada com fortes ventos, granizo, chuva forte e até tornados. Em imagens de satélites essas nuvens aparecem bastante brilhantes tanto no VIS quanto no IR, uma vez que são caracterizadas por um desenvolvimento vertical elevado, tornando-as espessas e com topos altos e frios. Nas imagens VIS os topos dessas nuvens são frequentemente rugosos e aparecem sombras onde as nuvens penetram acima da bigorna.

Casos Práticos de identificação de nuvens

Meteosat IR 05:30 Horas UTC de 13 de Abril de 2003

Nesta imagem do IR das 5H30 (não é possível a esta hora ter imagens do VIS) pode-se observar uma vasta área muito branca, que vai de Alicante-Valência-Lérida que se estende por Ciudade Real Madrid, e vem até Salamanca, sendo as zonas mais activas as zonas de Múrcia e entre Albacete e Ciudade Real, como se pode observar a imagem de precipitação no Radar meteorológico. É uma imagem típica de muita actividade vertical,  com muitos Cumulonimbos. Se compararem com o exemplo anterior, pode-se observar que a brancura é quase idêntica, mas nesta os contornos são muito definidos. Saliente-se que foi neste dia que houve o acidente de Leiria (Almansa) e que Setúbal que tinha condições de solta, durante as primeiras horas da manhã em Alcoleia e esteve 20 horas consecutivas debaixo de água.

Texto e desenhos elaborados por: CAP\TOMET Fernando Garrido

Imagens de Radar: Instituto Nacional de Meteorologia (Espanha)

Imagens de Satélite: Eumetsat