Vapor d\'água atmosférico a partir de imagens radiométricas no infravermelho

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Hack, Elion Daniel
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-11042023-095947/
Resumo: Neste trabalho, inicialmente foram caracterizados os dados de vapor dágua precipitável (PWV) já disponíveis para a cidade de São Paulo-SP, obtidos por fotômetros solares e radiossondas, e posteriormente foi também desenvolvida uma nova técnica de medida de PWV baseada em imagens radiometricamente calibradas do céu inteiro geradas por uma câmera no infravermelho, em comprimentos de onda entre 10 e 12 m. A radiância espectral (L) descendente foi obtida e, para os casos estudados, foi verificado que L é sensível ao PWV, à distribuição vertical de umidade e também às suas variações temporais, espaciais e sazonais. Comparando os valores de L medidos com simulações realizadas usando o software libRadtran, mostramos que o PWV pode ser determinado a partir do conhecimento prévio sobre o perfil de umidade local, informação essa que pode ser obtida de medidas de radiossonda específicas para o dia estudado ou a partir de análises estatísticas de dados anteriores. Este é um estudo inicial com o objetivo de provar o conceito da técnica proposta, tendo sido obtidas séries temporais diurnas para dois dias de verão e dois dias de inverno e ainda séries temporais noturnas para um dia de verão e um dia de inverno. Todas as medidas foram realizadas na cidade de São Paulo-SP. A comparação com dados do fotômetro solar, para um caso de condições atmosféricas estáveis, mostrou uma concordância do PWV médio dentro de 2,8% e uma precisão de medidas subsequentes de 1,9%. O grande diferencial introduzido pela técnica é que medidas de PWV também foram obtidas para cada um dos pixels de imagens, possibilitando assim a investigação de inomogeneidades espaciais de sua distribuição de uma forma que nenhuma das técnicas atualmente disponíveis permite. O método pode ser utilizado em medidas diurnas ou noturnas, sob condições de céu limpo ou parcialmente nublado e com frequência de amostragem de até 3 min¹. Aplicações potenciais incluem estudos sobre o processo de início da convecção e também a investigação do efeito twilight zone em torno de nuvens.
id USP_3b548999deab38323ee170ec7872b5cd
oai_identifier_str oai:teses.usp.br:tde-11042023-095947
network_acronym_str USP
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
repository_id_str 2721
spelling Vapor d\'água atmosférico a partir de imagens radiométricas no infravermelhoAtmospheric water vapor retrievals from radiometric infrared imageryAtmospheric radiationPrecipitable water vaporRadiação atmosféricaRemote sensingSensoriamento remotoVapor dágua precipitávelNeste trabalho, inicialmente foram caracterizados os dados de vapor dágua precipitável (PWV) já disponíveis para a cidade de São Paulo-SP, obtidos por fotômetros solares e radiossondas, e posteriormente foi também desenvolvida uma nova técnica de medida de PWV baseada em imagens radiometricamente calibradas do céu inteiro geradas por uma câmera no infravermelho, em comprimentos de onda entre 10 e 12 m. A radiância espectral (L) descendente foi obtida e, para os casos estudados, foi verificado que L é sensível ao PWV, à distribuição vertical de umidade e também às suas variações temporais, espaciais e sazonais. Comparando os valores de L medidos com simulações realizadas usando o software libRadtran, mostramos que o PWV pode ser determinado a partir do conhecimento prévio sobre o perfil de umidade local, informação essa que pode ser obtida de medidas de radiossonda específicas para o dia estudado ou a partir de análises estatísticas de dados anteriores. Este é um estudo inicial com o objetivo de provar o conceito da técnica proposta, tendo sido obtidas séries temporais diurnas para dois dias de verão e dois dias de inverno e ainda séries temporais noturnas para um dia de verão e um dia de inverno. Todas as medidas foram realizadas na cidade de São Paulo-SP. A comparação com dados do fotômetro solar, para um caso de condições atmosféricas estáveis, mostrou uma concordância do PWV médio dentro de 2,8% e uma precisão de medidas subsequentes de 1,9%. O grande diferencial introduzido pela técnica é que medidas de PWV também foram obtidas para cada um dos pixels de imagens, possibilitando assim a investigação de inomogeneidades espaciais de sua distribuição de uma forma que nenhuma das técnicas atualmente disponíveis permite. O método pode ser utilizado em medidas diurnas ou noturnas, sob condições de céu limpo ou parcialmente nublado e com frequência de amostragem de até 3 min¹. Aplicações potenciais incluem estudos sobre o processo de início da convecção e também a investigação do efeito twilight zone em torno de nuvens.In this work, data on precipitable water vapor (PWV) already available for São Paulo-SP, obtained by solar photometers and radiosondes, were characterized and a new measurement technique based on all-sky images generated by an infrared camera, at wavelengths between 10 and 12 m, was developed. The radiometrically calibrated infrared downwelling spectral radiance (L) was acquired. For the studied cases, it was verified that L is sensitive to PWV, to the vertical distribution of water vapor and also to its temporal, spatial and seasonal variations. By comparing the measured L values to simulations made using the libRadtran software, we show that the PWV can be retrieved from prior knowledge of the local humidity profile. This information can originate from a specific radiosonde measurement for the studied day or from statistical analysis of past vertical humidity distributions. This is an initial study with the objective of proving the concept of the proposed technique. Diurnal time series were obtained for two summer days and two winter days and also night time series for one summer day and one winter day. All measurements were performed in the city of São Paulo-SP. Comparison with sunphotometer PWV retrievals, for a case of stable atmospheric conditions, showed an agreement of the average PWV within 2.8% and a precision of subsequent retrievals of 1.9%. The great advantage of the proposed technique is that PWV was also retrieved for each pixel of an image, thus enabling the investigation of spatial inhomogeneities of humidity distribution in a way that none of the currently available techniques allow. The method can be used for daytime or nighttime retrievals, under clear or partly cloudy sky conditions and with sampling rates of up to 3 min¹. Potential applications include studies on convection initiation processes and also the investigation of the twilight zone effect around clouds.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPCorreia, Alexandre LimaHack, Elion Daniel2023-02-08info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-11042023-095947/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2023-04-17T21:24:14Zoai:teses.usp.br:tde-11042023-095947Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212023-04-17T21:24:14Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
dc.title.none.fl_str_mv Vapor d\'água atmosférico a partir de imagens radiométricas no infravermelho
Atmospheric water vapor retrievals from radiometric infrared imagery
title Vapor d\'água atmosférico a partir de imagens radiométricas no infravermelho
spellingShingle Vapor d\'água atmosférico a partir de imagens radiométricas no infravermelho
Hack, Elion Daniel
Atmospheric radiation
Precipitable water vapor
Radiação atmosférica
Remote sensing
Sensoriamento remoto
Vapor dágua precipitável
title_short Vapor d\'água atmosférico a partir de imagens radiométricas no infravermelho
title_full Vapor d\'água atmosférico a partir de imagens radiométricas no infravermelho
title_fullStr Vapor d\'água atmosférico a partir de imagens radiométricas no infravermelho
title_full_unstemmed Vapor d\'água atmosférico a partir de imagens radiométricas no infravermelho
title_sort Vapor d\'água atmosférico a partir de imagens radiométricas no infravermelho
author Hack, Elion Daniel
author_facet Hack, Elion Daniel
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Correia, Alexandre Lima
dc.contributor.author.fl_str_mv Hack, Elion Daniel
dc.subject.por.fl_str_mv Atmospheric radiation
Precipitable water vapor
Radiação atmosférica
Remote sensing
Sensoriamento remoto
Vapor dágua precipitável
topic Atmospheric radiation
Precipitable water vapor
Radiação atmosférica
Remote sensing
Sensoriamento remoto
Vapor dágua precipitável
description Neste trabalho, inicialmente foram caracterizados os dados de vapor dágua precipitável (PWV) já disponíveis para a cidade de São Paulo-SP, obtidos por fotômetros solares e radiossondas, e posteriormente foi também desenvolvida uma nova técnica de medida de PWV baseada em imagens radiometricamente calibradas do céu inteiro geradas por uma câmera no infravermelho, em comprimentos de onda entre 10 e 12 m. A radiância espectral (L) descendente foi obtida e, para os casos estudados, foi verificado que L é sensível ao PWV, à distribuição vertical de umidade e também às suas variações temporais, espaciais e sazonais. Comparando os valores de L medidos com simulações realizadas usando o software libRadtran, mostramos que o PWV pode ser determinado a partir do conhecimento prévio sobre o perfil de umidade local, informação essa que pode ser obtida de medidas de radiossonda específicas para o dia estudado ou a partir de análises estatísticas de dados anteriores. Este é um estudo inicial com o objetivo de provar o conceito da técnica proposta, tendo sido obtidas séries temporais diurnas para dois dias de verão e dois dias de inverno e ainda séries temporais noturnas para um dia de verão e um dia de inverno. Todas as medidas foram realizadas na cidade de São Paulo-SP. A comparação com dados do fotômetro solar, para um caso de condições atmosféricas estáveis, mostrou uma concordância do PWV médio dentro de 2,8% e uma precisão de medidas subsequentes de 1,9%. O grande diferencial introduzido pela técnica é que medidas de PWV também foram obtidas para cada um dos pixels de imagens, possibilitando assim a investigação de inomogeneidades espaciais de sua distribuição de uma forma que nenhuma das técnicas atualmente disponíveis permite. O método pode ser utilizado em medidas diurnas ou noturnas, sob condições de céu limpo ou parcialmente nublado e com frequência de amostragem de até 3 min¹. Aplicações potenciais incluem estudos sobre o processo de início da convecção e também a investigação do efeito twilight zone em torno de nuvens.
publishDate 2023
dc.date.none.fl_str_mv 2023-02-08
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-11042023-095947/
url https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-11042023-095947/
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.none.fl_str_mv
dc.rights.driver.fl_str_mv Liberar o conteúdo para acesso público.
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Liberar o conteúdo para acesso público.
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.coverage.none.fl_str_mv
dc.publisher.none.fl_str_mv Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
publisher.none.fl_str_mv Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
dc.source.none.fl_str_mv
reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
instname:Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
instname_str Universidade de São Paulo (USP)
instacron_str USP
institution USP
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)
repository.mail.fl_str_mv virginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.br
_version_ 1815256556754698240