@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/ibi/8JMKD3MGP3W34P/3PH9BTE",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}