CapÃtulo 2 : Medição de temperatura por satélite

As inferências da temperatura da atmosfera em diferentes altitudes, bem como as temperaturas da superfície do mar e da terra, são derivadas de dados radiométricos registados por satélites. As medições de temperatura por satélite também são referidas como medições de temperatura por satélite. Essas observações têm o potencial de serem utilizadas com o propósito de localizar frentes meteorológicas, monitorar o El Niño-Oscilação Sul, determinar a intensidade de ciclones tropicais, utilizar ilhas de calor urbanas para pesquisa e monitorar o clima global. Usando imagens térmicas de satélites meteorológicos, também é possível localizar pontos quentes industriais, vulcões e incêndios florestais.

Não há medição direta da temperatura obtida a partir de satélites meteorológicos. Radiâncias em uma ampla gama de bandas de comprimento de onda são medidas por eles. A intensidade da radiação de micro-ondas ascendente do oxigênio atmosférico tem sido registrada por unidades de sondagem de micro-ondas (MSUs) em satélites em órbita polar operados pela Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA) desde 1978. Esta intensidade está relacionada com a temperatura de amplas camadas verticais da atmosfera. Desde 1967, foram recolhidas medições da radiação infravermelha que diz respeito à temperatura da superfície do mar.

A troposfera tem visto uma tendência de aquecimento nas últimas quatro décadas, enquanto a estratosfera sofreu uma tendência de resfriamento, de acordo com conjuntos de dados de satélite. Existe uma correlação entre a influência do aumento das quantidades de gases com efeito de estufa na atmosfera e ambos os desenvolvimentos.

As radiâncias são medidas por satélites através de uma vasta gama de bandas de comprimento de onda; Estas medições devem então ser matematicamente invertidas, a fim de derivar inferências indiretas sobre a temperatura. As especificidades dos procedimentos que são utilizados para derivar temperaturas a partir de radiâncias são o que determinam os perfis de temperatura que são produzidos como resultado. Como consequência disso, muitas partes que avaliaram os dados de satélite desenvolveram, consequentemente, conjuntos de dados de temperatura que são distintos uns dos outros.

Não é possível obter uma série cronológica de satélites homogénea. É construído a partir de uma coleção de satélites que têm sensores que são comparáveis entre si, mas não idênticos. Além disso, os sensores se deterioram com o tempo, e correções são necessárias para levar em conta a deriva orbital e a degradação. A intercalibração torna-se mais difícil pelo facto de disparidades particularmente elevadas entre séries de temperaturas reconstruídas ocorrerem nos poucos casos em que existe uma sobreposição temporal limitada entre satélites subsequentes.

É possível usar a radiação infravermelha para medir não só a temperatura da superfície (empregando comprimentos de onda que são transparentes para a atmosfera), mas também a temperatura da atmosfera (empregando comprimentos de onda que não são transparentes para a atmosfera ou medindo a temperatura do topo das nuvens em janelas infravermelhas).

Em geral, circunstâncias livres de nuvens são necessárias para satélites que são usados para extrair temperaturas de superfície pela medição de infravermelho térmico. No satélite canadense SCISAT-1, existem vários instrumentos que são utilizados. Estes instrumentos incluem o Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR), Along Track Scanning Radiometers (AASTR), Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS), o Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) e o ACE Fourier Transform Spectrometer (ACE-FTS).

Desde 1967, os satélites meteorológicos têm sido capazes de fornecer informações sobre a temperatura da superfície do mar (TSM), e os primeiros compósitos globais foram produzidos no ano de 1970. Desde 1982, os satélites têm sido utilizados com maior frequência para medir a temperatura da superfície do mar (TSM), o que tem permitido uma compreensão mais abrangente das variações regionais e temporais das variáveis. As mudanças na temperatura da superfície do mar (TSM) que têm sido rastreadas através de satélites têm sido utilizadas para fornecer evidências da evolução do El Niño-Oscilação Sul (ENSO) desde a década de 1970.

Devido às várias inhomogeneidades que existem na superfície, é mais difícil recuperar a temperatura dos raios quando se viaja por terra. O efeito de ilha de calor urbana tem sido objeto de pesquisas que têm sido realizadas usando fotografia de satélite. De acordo com Weng, Q. e colegas, o layout espacial das ilhas de calor urbanas foi definido através da aplicação da técnica fractal. A deteção de descontinuidades de densidade (frentes meteorológicas) ao nível do solo, como frentes frias, pode ser realizada através da utilização de imagens modernas de satélite infravermelho de altíssima resolução. Isto é útil em situações onde a nebulosidade não está presente. Com o objetivo de estimar os ventos máximos sustentados e as pressões centrais mínimas de ciclones tropicais maduros, imagens de satélite infravermelho podem ser utilizadas para calcular a diferença de temperatura entre o olho e a temperatura superior das nuvens do denso centro nublado. Isto pode ser conseguido através da utilização da abordagem Dvorak.

À noite, os incêndios florestais aparecem como pixels com uma temperatura superior a 308 Kelvin (35 graus Celsius; 95 graus Fahrenheit). Ao longo da Track Scanning Radiometers que são instalados em satélites meteorológicos são capazes de identificar essas chamas. O Espectroradiômetro de Imagem de Resolução Moderada instalado no satélite Terra tem a capacidade de identificar pontos quentes térmicos relacionados a vulcões, incêndios florestais e vários pontos quentes industriais.

A fim de determinar a temperatura da atmosfera perto da superfície, a Sonda de Infravermelho Atmosférico no satélite Aqua, que foi lançado em 2002, faz uso da deteção infravermelha.

Para determinar a temperatura da estratosfera, são utilizados os dispositivos da Unidade de Sondagem Estratosférica (SSU), que são radiômetros infravermelhos (IR) com três canais. Devido ao fato de que este método analisa a emissão infravermelha de dióxido de carbono, a opacidade da atmosfera é maior e, como resultado, a temperatura é detetada a uma altitude mais alta (estratosfera) do que quando as medições de micro-ondas são usadas.

Os dados sobre a temperatura da estratosfera acima da estratosfera inferior foram coletados pelas Unidades de Sondagem Estratosférica (SSUs) a bordo dos satélites operacionais da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA) desde 1979.

Para fazer medições em três canais dentro da banda de absorção de dióxido de carbono de 15 µm, o SSU é um espectrômetro de infravermelho distante que utiliza uma abordagem de modulação de pressão. Há uma diferença na pressão da célula de dióxido de carbono entre os três canais, mas a frequência é a mesma. As funções de ponderação relacionadas atingem o seu ponto mais alto a 29 quilómetros para o canal 1, 37 quilómetros para o canal 2 e 45 quilómetros para o canal 3.

O procedimento de determinação de tendências a partir das medições de SSUs provou ser particularmente desafiador devido à presença de deriva de satélite, intercalibração entre vários satélites com uma sobreposição limitada e vazamentos de gás nas células de pressão de dióxido de carbono do instrumento. Além disso, como as radiâncias registadas pelas SSU são causadas pela libertação de dióxido de carbono, as funções de ponderação mudam para altitudes mais elevadas à medida que a concentração de dióxido de carbono na estratosfera aumenta.

Após as poderosas erupções vulcânicas de El Chichón e do Monte Pinatubo, as temperaturas na estratosfera média a alta exibem uma tendência negativa substancial que é interrompida pelo aquecimento vulcânico transitório. Desde 1995, tem sido detetada muito pouca tendência de temperatura.

A estratosfera tropical teve o maior resfriamento, o que é consistente com uma circulação acelerada de Brewer-Dobson que ocorreu sob a influência de um aumento na concentração de gases de efeito estufa.

Os impactos da destruição da camada de ozono são os principais contribuintes para um menor arrefecimento estratosférico, com uma provável contribuição adicional proveniente de um aumento na quantidade de vapor de água e gases com efeito de estufa na estratosfera da atmosfera. Houve uma pequena diminuição nas temperaturas da estratosfera, que foi intercalada com aquecimentos associados a erupções vulcânicas. É a hipótese na noção de aquecimento global que a estratosfera deveria estar a arrefecer enquanto a troposfera deveria estar a aquecer.

Este comportamento da temperatura estratosférica global tem sido atribuído à variação da concentração global de ozono nos dois anos que se seguem às erupções vulcânicas. O arrefecimento a longo prazo na estratosfera inferior ocorreu em dois degraus descendentes de temperatura, ambos após o aquecimento transitório que esteve relacionado com as explosivas erupções vulcânicas de El Chichón e do Monte Pinatubo.

Embora tenha havido uma tendência de arrefecimento de 0,1K/década desde 1996, a tendência tem sido ligeiramente positiva devido à recuperação da camada de ozono. Este padrão é consistente com o impacto que se prevê que seja causado pelo aumento dos gases...