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@PhDThesis{Silveira:2017:EmSuCo,
               author = "Silveira, Bruna Barbosa",
                title = "A emissividade da superf{\'{\i}}cie continental em micro-ondas e 
                         suas implica{\c{c}}{\~o}es na assimila{\c{c}}{\~a}o de 
                         radi{\^a}ncias",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2017",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2017-09-18",
             keywords = "emissividade, micro-ondas, assimila{\c{c}}{\~a}o de dados, 
                         an{\'a}lise de sensibilidade global, radi{\^a}ncia, emissivity, 
                         microwave, data assimilation, global sensitivity analysis, 
                         radiance.",
             abstract = "Para que medidas de sat{\'e}lite na banda de micro-ondas (MO) 
                         possam ser assimiladas em modelos de previs{\~a}o num{\'e}rica 
                         do tempo, em particular nos canais sens{\'{\i}}veis {\`a} 
                         superf{\'{\i}}cie, {\'e} necess{\'a}ria uma correta 
                         caracteriza{\c{c}}{\~a}o da emissividade da superf{\'{\i}}cie. 
                         Enquanto o papel da emissividade {\'e} facilmente entendido sobre 
                         a superf{\'{\i}}cie oce{\^a}nica, sobre os continentes existem 
                         limita{\c{c}}{\~o}es devido {\`a} complexidade da 
                         superf{\'{\i}}cie terrestre, em particular associada a 
                         heterogeneidade da cobertura da superf{\'{\i}}cie. Nesse 
                         sentido, esta tese prop{\^o}s quantificar a 
                         contribui{\c{c}}{\~a}o das caracter{\'{\i}}sticas do solo e da 
                         vegeta{\c{c}}{\~a}o na estimativa da emissividade em micro-ondas 
                         e estimar o seu impacto na assimila{\c{c}}{\~a}o de 
                         radi{\^a}ncias [no sistema GridPoint Statistical Interpolation 
                         (GSI) e o modelo Brazilian Global Atmospheric Model (BAM)] para os 
                         canais sens{\'{\i}}veis {\`a} superf{\'{\i}}cie terrestre. 
                         Para regi{\~o}es onde a cobertura de vegeta{\c{c}}{\~a}o {\'e} 
                         escassa os resultados mostram que a emissividade simulada para os 
                         canais de 1 a 3 do sensor Advanced Microwave Sounding Unit 
                         (AMSU-A) em geral {\'e} superestimada. Com a finalidade de 
                         identificar os par{\^a}metros/vari{\'a}veis que mais contribuem 
                         para a simula{\c{c}}{\~a}o da emissividade foram aplicados dois 
                         m{\'e}todos de an{\'a}lise de sensibilidade, os quais indicaram 
                         que no caso de solo nu a temperatura da superf{\'{\i}}cie 
                         terrestre, temperatura do solo e umidade do solo s{\~a}o os 
                         par{\^a}metros que mais contribuem para a simula{\c{c}}{\~a}o 
                         da emissividade. Para superf{\'{\i}}cies caracterizadas como 
                         floresta tropical, a espessura da folha, conte{\'u}do 
                         gravim{\'e}trico de {\'a}gua no dossel e a densidade da 
                         vegeta{\c{c}}{\~a}o foram os par{\^a}metros/vari{\'a}veis que 
                         apresentaram maior contribui{\c{c}}{\~a}o. De tal modo, foi 
                         proposta a utiliza{\c{c}}{\~a}o de campos alternativos de 
                         umidade do solo e temperatura da superf{\'{\i}}cie terrestre 
                         para a simula{\c{c}}{\~a}o da emissividade e consequentemente 
                         temperatura de brilho no sistema de assimila{\c{c}}{\~a}o 
                         GSI-BAM. Com isso foram realizados tr{\^e}s experimentos 
                         [alterando a umidade do solo (EXP02), alterando a temperatura da 
                         superf{\'{\i}}cie terrestre (EXP03) e por fim alterando as duas 
                         em conjunto (EXP04)], nos quais se encontrou que as maiores 
                         contribui{\c{c}}{\~o}es na simula{\c{c}}{\~a}o da emissividade 
                         ocorreram em coberturas da superf{\'{\i}}cie sem 
                         vegeta{\c{c}}{\~a}o densa. Tal comportamento {\'e} explicado 
                         pela an{\'a}lise de sensibilidade. Os tr{\^e}s canais analisados 
                         apresentaram as mesmas caracter{\'{\i}}sticas. Quando avaliados 
                         os canais sens{\'{\i}}veis {\`a} superf{\'{\i}}cie do AMSU-A 
                         no sistema de assimila{\c{c}}{\~a}o, as altera{\c{c}}{\~o}es 
                         na umidade do solo sozinha, ou em conjunto com a temperatura da 
                         superf{\'{\i}}cie, resultam em um aumento do n{\'u}mero de 
                         observa{\c{c}}{\~o}es seguido de uma melhoria dos campos de 
                         an{\'a}lise e estimativa inicial. Por sua vez, quando alterada 
                         somente a temperatura da superf{\'{\i}}cie, houve, na 
                         m{\'e}dia, uma diminui{\c{c}}{\~a}o no n{\'u}mero de dados 
                         assimilados e pequena degrada{\c{c}}{\~a}o da an{\'a}lise e 
                         estimativa inicial. Notou-se ainda que com as mudan{\c{c}}as 
                         realizadas nos experimentos EXP02 e EXP04 ocorreu um ganho no 
                         coeficiente de correla{\c{c}}{\~a}o de anomalia da altura do 
                         geopotencial em 500 hPa em rela{\c{c}}{\~a}o ao experimento 
                         controle, e esses ganhos foram encontrados a partir de 90 horas de 
                         previs{\~a}o. Todavia, no experimento EXP03 houve 
                         degrada{\c{c}}{\~a}o das previs{\~o}es a partir de 42 horas. 
                         ABSTRACT: In order to assimilate satellite measurements in the 
                         microwave band into numerical weather predication models, 
                         particularly for those channels sensitive to the surface, a 
                         correct characterization of the surface emissivity is necessary. 
                         While the role of the surface emissivity over the ocean is well 
                         understood, over the continents, there are limitations due to the 
                         complexity of the land surface, particularly related to the 
                         heterogeneity of the land cover. Therefore, this thesis proposes 
                         to quantify the contribution of the soil and vegetation 
                         characteristics used to simulate the microwave land surface 
                         emissivity and estimate their impact on the radiance data 
                         assimilation [in the system comprised by the GridPoint Statistical 
                         Interpolation (GSI) and the Brazilian Global Atmospheric Model 
                         (BAM)] for surface sensitive channels. In regions with sparse 
                         vegetation, results show that the simulated emissivity for the 
                         channels 1-3 of the Advanced Microwave Sounding Unit (AMSU-A) 
                         sensor is generally superestimated. With the purpose of 
                         identifying the parameters/variables that contribute most to the 
                         emissivity estimation, two methods for sensitivity analysis were 
                         employed. These methods indicated that for bare soil the skin 
                         temperature, soil temperature and soil moisture are the parameters 
                         that contribute more to the emissivity simulations. For tropical 
                         forest cover type, leaf thickness, canopy gravimetric water 
                         content and vegetation density were the parameters/variables that 
                         contributed most. Thus, the use of alternative soil moisture and 
                         temperature for emissivity simulation and consequent brightness 
                         temperature simulation in the data assimilation system GSI-BAM 
                         were proposed. Three experiments were performed [modifying soil 
                         moisture (EXP02), modifying skin temperature (EXP03) and lastly 
                         modifying both soil moisture and temperature together (EXP02)] 
                         where the major contribution to the simulated emissivity occurred 
                         over sparse vegetation regions, what can be corroborated by the 
                         sensitivity analysis. All channels show the same characteristics. 
                         The surface sensitivity channels from AMSU-A were evaluated within 
                         the data assimilation framework. The experiments EXP02 and EXP04 
                         show an increase in the number of observations assimilated 
                         following an improvement in the analysis and background. Whereas, 
                         in the EXP03 occurred a decrease in the assimilation of the 
                         surface sensitivity channels and a small degradation in the 
                         analysis and background. It was noted with the changes performed 
                         in the experiments EXP02 and EXP04 resulted in an improvement in 
                         the anomaly correlation coefficient (ACC) at 500-hPa geopotential 
                         height, when compared with the control experiment. These 
                         improvements were found after 90 forecast hours, whereas in the 
                         EXP03 there was a degradation in the forecasts starting at 42 
                         hours forecast time.",
            committee = "Arav{\'e}quia, Jos{\'e} Antonio (presidente) and 
                         Gon{\c{c}}alves, Luis Gustavo Gon{\c{c}}alves de (orientador) 
                         and Sapucci, Luiz Fernando and Dias, Pedro Leite da Silva and 
                         Roberti, D{\'e}bora Regina",
         englishtitle = "The microwave land surface emissivity and its implications in the 
                         radiance assimilation",
             language = "pt",
                pages = "239",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3PH9BTE",
                  url = "http://urlib.net/rep/8JMKD3MGP3W34P/3PH9BTE",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "28 nov. 2020"
}


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