@MastersThesis{Rodrigues:2018:EsRePr,
author = "Rodrigues, Marcos Lima",
title = "Estimativa de refletividade para preenchimento de bloqueio de
visada de radar meteorol{\'o}gico utilizando dados de descargas
el{\'e}tricas atmosf{\'e}ricas",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2018",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2018-06-05",
keywords = "Estimativa de refletividade, descargas el{\'e}tricas
atmosf{\'e}ricas, bloqueio em radar meteorol{\'o}gico,
minera{\c{c}}{\~a}o de dados, reflectivity estimation,
atmospheric electric discharge, weather radar beam blockage, data
mining.",
abstract = "A estimativa da taxa de precipita{\c{c}}{\~a}o (R) por radar
meteorol{\'o}gico {\'e} uma ferramenta essencial no
monitoramento do tempo e na previs{\~a}o meteorol{\'o}gica de
curt{\'{\i}}ssimo prazo. Sua obten{\c{c}}{\~a}o {\'e}
realizada a partir da refletividade Z medida pelo radar, que
corresponde {\`a} energia refletida pelos hidrometeoros, e
adotando-se uma rela{\c{c}}{\~a}o Z-R conveniente.
Particularmente, a refletividade medida pode apresentar
inconsist{\^e}ncias devido ao bloqueio do feixe de micro-ondas do
radar por obst{\'a}culos naturais ou artificiais. Existem
atualmente t{\'e}cnicas para identifica{\c{c}}{\~a}o e
corre{\c{c}}{\~a}o da refletividade nas zonas cegas devido a
bloqueios, as quais s{\~a}o baseadas na interpola{\c{c}}{\~a}o
de medidas de refletividade em diversas eleva{\c{c}}{\~o}es e
azimutes do mesmo radar ou utilizam a sobreposi{\c{c}}{\~a}o da
varredura de outros radares. Entretanto, nem sempre h{\'a} alguma
sobreposi{\c{c}}{\~a}o ou o bloqueio {\'e} de grau elevado,
impossibilitando a interpola{\c{c}}{\~a}o. Este trabalho
prop{\~o}e m{\'e}todos alternativos para
identifica{\c{c}}{\~a}o e corre{\c{c}}{\~a}o de problemas
devidos a bloqueios da visada de radares. A
identifica{\c{c}}{\~a}o visa explorar a assinatura que os
bloqueios deixam nas imagens de refletividade acumulada,
utilizando analise estat{\'{\i}}stica para
identifica{\c{c}}{\~a}o de azimutes com valores m{\'{\i}}nimos
de acumulados. J{\'a} o tratamento das {\'a}reas identificadas
com subestimativa de refletividade {\'e} realizado com o
preenchimento dessas falhas com estimativas obtidas a partir de
dados de descargas el{\'e}tricas atmosf{\'e}ricas, atrav{\'e}s
de um fator que correlaciona o registro de densidade de descarga a
refletividade medida pelo radar em {\'a}reas n{\~a}o afetadas.
Foram utilizados nesse estudo dados dos radares de Almenara(MG),
Jaraguari (MT) e Santa Teresa (ES). Bem como registros de
descargas atmosf{\'e}ricas feitos pelas redes BrasilDAT e RINDAT
referentes aos anos de 2014 a 2016. A identifica{\c{c}}{\~a}o de
bloqueios foi avaliada atrav{\'e}s da compara{\c{c}}{\~a}o com
um m{\'e}todo que identifica bloqueios baseado em Modelo Digital
de Eleva{\c{c}}{\~a}o (MDE), j{\'a} as estimativas de
refletividade com o fator IZLR foram comparadas {\`a}s medidas
realizadas pelo radar em {\'a}reas n{\~a}o afetadas. O
m{\'e}todo proposto para identifica{\c{c}}{\~a}o de bloqueios
apresentou desempenho superior se comparado ao m{\'e}todo com
MDE, pois permitiu identificar todos os azimutes com
obstru{\c{c}}{\~a}o por relevo acima de 20% al{\'e}m de
identificar outras {\'a}reas nos radares de Jaraguari e Santa
Teresa n{\~a}o decorrentes da intera{\c{c}}{\~a}o com o relevo.
Em rela{\c{c}}{\~a}o {\`a} estimativa de
refletividade/precipita{\c{c}}{\~a}o, o IZLR apresentou melhor
desempenho utilizando dados de descarga da rede BrasilDAT, obtendo
correla{\c{c}}{\~a}o m{\'e}dia dada pelo Matthews Correlation
Coefficient (MCC) no intervalo (0,28 - 0,62), vi{\'e}s de (0,83 -
0,97), RMSE (3,69 - 18,09) e coeficiente de correla{\c{c}}{\~a}o
de Pearson (0,50 - 0,71) enquanto que a RINDAT apresentou MCC no
intervalo (0,02 - 0,62), vi{\'e}s de (0,24 - 1,18), RMSE (4,20 -
14,25) e coeficiente de correla{\c{c}}{\~a}o de Pearson (0,01 -
0,62). Os campos obtidos com IZLR apresentaram boa capacidade para
o preenchimento de falhas graves como a que ocorre na regi{\~a}o
Noroeste do radar de Santa Teresa, embora sua acur{\'a}cia e sua
distribui{\c{c}}{\~a}o espacial sejam diretamente influenciadas
pela disponibilidade de registro de ocorr{\^e}ncia de descargas
nas {\'a}reas afetadas e n{\~a}o afetadas do radar. ABSTRACT:
The estimation of rainfall rate (R) by weather radar is an
essential tool for weather monitoring and nowcasting. It is
obtained from the reflectivity (Z) measured by the radar, which
corresponds to the energy that is backscattered by hydrometeors,
and adopting a suitable Z-R relationship. Particularly,
reflectivity values may present inconsistencies due to weather
radar beam blockage by natural or artificial obstacles. A number
of techniques for identification and correction of reflectivity in
such blind zones subjected to blockage have been proposed, which
are based in the interpolation of reflectivity measures for
different elevations and azimuths of the same radar or employ the
superposition of scans of different radars. However, there is not
such superposition or interpolation may not be possible for a
larger blockage. This work proposed an alternative methodology for
the identification and correction of radar beam blockage. The
identification aims to explore the signature that such blockages
leave in the images of accumulated reflectivity, using statistical
analysis to identify azimuths with minimum accumulated values. On
the other hand, the treatment of the identified areas with
reflectivity underestimation is accomplished by filling these
faults with estimates obtained from data of atmospheric electric
discharges, through a factor that correlates the flash density
with reflectivity of weather radar in unaffected areas. This study
used data from the Almenara (MG), Jaraguari (MT) and Santa Teresa
(ES) weather radars. As well as lightning data made by the
networks BrasilDAT and RINDAT for the years 2014 to 2016. The
identification of beam blockages was evaluated by comparison with
a method that identifies beam blockages based on Digital Elevation
Model (DEM), already the estimates of reflectivity with the IZLR
factor were compared to radar measurements in non-affected areas.
The proposed method for beam blockage identification presented
superior performance when compared to the MDE method, since it
allowed to identify all azimuths with beam blockage fraction above
20% and to identify other areas in the Jaraguari and Santa Teresa
radars that did not result from the interaction with the
topography. In relation to the reflectivity/precipitation
estimation, the IZLR presented better performance using BrasilDAT
network lightning data, obtaining a mean correlation given by
Matthews Correlation Coefficient (MCC) in the range (0.28 - 0.62),
bias (0.83 - 0.97), RMSE (3.69 - 18.09) and Pearson correlation
coefficient (0.50 - 0.71) whereas RINDAT showed MCC in the range
(0.02 - 0.62), bias of (0.24 - 1.18), RMSE (4.20 - 14.25) and
Pearson correlation coefficient (0.01 - 0.62). The fields obtained
with IZLR showed good capacity to fill big blind areas such as
that occurring in the Northwest region of the Santa Teresa weather
radar, although its accuracy and spatial distribution are directly
influenced by the availability of record of occurrence of
discharges in the affected and not affected areas of radar.",
committee = "Calheiros, Alan James Peixoto (presidente) and Stephany, Stephan
(orientador) and Angelis, Carlos Frederico de (orientador) and
Sandri, Sandra Aparecida and Lima, Wagner Flauber Ara{\'u}jo and
Sakuragi, Jojhy",
englishtitle = "Reflectivity estimation for gap-filling of weather radar beam
blockage using lightning data",
language = "pt",
pages = "209",
ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3R74P35",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/3R74P35",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}