@MastersThesis{Gava:2021:CPMoVa,
author = "Gava, Maria L{\'{\i}}via Lins Mattos",
title = "Estimation of Sunshine Duration over Brazil based on geostationary
satellite data: CPTEC/INPE model validation and improvements",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2021",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2021-05-24",
keywords = "gridded SDU dataset, Campbell-Stokes recorders, inter-comparison,
satellite-based modeling, GOES satellite, dados de
insola{\c{c}}{\~a}o em grade, heli{\'o}grafos,
inter-compara{\c{c}}{\~a}o, modelagem baseada em dados
satelitais, sat{\'e}lite GOES.",
abstract = "The main objective of this work was to validate the
satellite-based sunshine duration (SDU) product developed at the
Satellite and Environmental System Division on the Center for
Weather Forecast and Climate Studies/National Institute for Space
Research (DSA/CPTEC/INPE) for the period from from September 2013
to December 2017. In addition, it was sought to propose and assess
potential improvements in the model in question. To achieve these
objectives, this study had three steps. Firstly, data from
Campbell- Stokes recorders and automatic sensors, provided by the
National Institute of Meteorology (INMET) and the Brazilian
Environmental Data Organization System (SONDA), respectively, were
collected. Afterward, the quality analysis of these databases in
the period of interest was performed. Given the results, the INMET
data were selected to be the reference SDU data for the validation
process. Later, the CPTEC daily SDU estimates were validated,
through comparisons to the {"}ground truth{"} and the
satellite-derived SDU estimates from the Satellite Application
Facility on Climate Monitoring (CMSAF). To provide a condensed and
more robust analysis, the stations were grouped by climate zones,
and the statistical parameters were evaluated in terms of these
regions for each month. Both products demonstrated an overall good
performance. The best results were obtained for the stations south
of 15°S, encompassed by the Tropical Central Brazil (Warm and
Mesothermic) and Humid Temperate regions. The satellites products
exhibited small overestimation tendencies for these locations
(approximately 0.5h), whereupon the CPTEC product showed smaller
bias for the former region and the CMSAF dataset for the latter.
For the Equatorial region, overestimation was also found.
Concerning this location the bias of the CPTEC product was on
average 1 hour higher than the aforementioned regions, while the
results for the CMSAF estimates lie close to the previous ones.
The Northeast Brazil showed a seasonal underestimation tendency
for the CPTEC dataset, that was mainly attributed to the
cloudiness parameterization. For this region, the CMSAF presented
high positive bias that might be related to misrepresentation of
low-warm cloud fields. The root mean squared error (RMSE) and
correlation coefficient (r) for these products varied within
regions and evaluated month. The RMSE values lied between 1.01 and
2.55h and the r values were in general over 0.7, indicating strong
positive correlation. These results are in agreement with previous
reports on satellite-derived SDU estimates presented in
literature. Lastly, some aspects of the CPTEC model were analyzed,
aiming to provide meaningful insights on potential improvements:
the treatment regarding the beginning and end of the day; the
impact of the amount of available images on the estimation
quality, and the importance of a proper clear sky reflectance
assessment. It was suggested considerations on the sunrise and
sunset to prevent estimates greater than the maximum day length;
quality flags concerning the number of available images for the
SDU estimate should be provided to the data user as ancillary
data; and the implementation of a variable clear sky reflectance
field along daytime, season and location to better represent this
parameter. The results obtained showed that the CPTEC SDU
estimates present a good performance over Brazil, being a reliable
alternative to provide information for many applications. RESUMO:
O presente trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho das
estimativas de insola{\c{c}}{\~a}o (n) por sat{\'e}lite
desenvolvido pelo INPE sobre o Brasil. Adicionalmente, procurou-se
propor e testar potencias melhorias no modelo em quest{\~a}o. O
per{\'{\i}}odo analisado compreende de setembro de 2013 a
dezembro de 2017. Para alcan{\c{c}}ar esses objetivos a pesquisa
teve tr{\^e}s etapas. Primeiramente, dados de heli{\'o}grados e
sensores autom{\'a}ticos, fornecidos pelo Instituto Nacional de
Meteorologia (INMET) e pelo Sistema de Organiza{\c{c}}{\~a}o
Nacional de Dados Ambientais (SONDA), respectivamente, foram
coletados. A qualidade dos dados no per{\'{\i}}odo de interesse
foram investigadas. Ap{\'o}s an{\'a}lise da qualidade dos dados,
a base de dados do INMET foi selecionada para servir como dado de
refer{\^e}ncia para as etapas de valida{\c{c}}{\~a}o do
presente trabalho. Na segunda parte, produto de n do CPTEC foi
validado, atrav{\'e}s da compara{\c{c}}{\~a}o com dados de
superf{\'{\i}}cie e estimativas de n derivadas de dados de
sat{\'e}lite da Instala{\c{c}}{\~a}o de Aplica{\c{c}}{\~a}o
de Sat{\'e}lites no Monitoramento Clim{\'a}tico (CMSAF). Para
proporcionar uma an{\'a}lise condensada e robusta, as
esta{\c{c}}{\~o}es foram agrupadas em zonas clim{\'a}ticas, e
os par{\^a}metros estat{\'{\i}}sticos foram obtidos em termos
desta regionaliza{\c{c}}{\~a}o para cada m{\^e}s. Ambos os
produtos demonstraram um bom desempenho no geral. Os melhores
resultados foram obtidos para as esta{\c{c}}{\~o}es ao sul de
15°S, compreendidas pelas regi{\~o}es Tropical Brasil Central
(Quente e Mesot{\'e}rmico) e Temperado {\'U}mido. Os produtos
exibiram pequenas tend{\^e}ncias de superestimativa para esses
locais (aproximadamente 0.5h), enquanto o CPTEC apresentou menor
bias para a primeira regi{\~a}o e o CMSAF para a {\'u}ltima.
Para a regi{\~a}o Equatorial, tamb{\'e}m foi encontrada
tend{\^e}ncia de superestimativa. O bias do produto do CPTEC foi
em m{\'e}dia 1 hora maior do que para as regi{\~o}es
anteriormente citadas, enquanto os resultados para as estimativas
do CMSAF foram similares {\`a}s regi{\~o}es ao sul. O Nordeste
do Brasil apresentou uma tend{\^e}ncia de subestimativa sazonal
para os dados do CPTEC, que foi atribu{\'{\i}}da principalmente
{\`a} parametriza{\c{c}}{\~a}o da nebulosidade. Para esta
regi{\~a}o, o CMSAF apresentou altos valores de bias positivo,
que podem estar relacionados {\`a} representa{\c{c}}{\~a}o
inadequada de cobertura de nuvens quentes e baixas. A raiz do erro
quadr{\'a}tico m{\'e}dio (REMQ) e o coeficiente de
correla{\c{c}}{\~a}o (r) para esses produtos variaram de acordo
com a regi{\~a}o e m{\^e}s avaliado. Os valores de REMQ variaram
entre 1.01 e 2.55h e os valores de r estiverem em geral acima de
0.7, indicando forte correla{\c{c}}{\~a}o positiva. Os
resultados obtidos estiveram em conformidade com os relatados
anteriormente na literatura de estimativas de n por sat{\'e}lite.
Na {\'u}ltima etapa, alguns aspectos do modelo do CPTEC foram
investigados: o tratamento no in{\'{\i}}cio e no final do dia; o
impacto da quantidade de imagens dispon{\'{\i}}veis na qualidade
da estimativa e a import{\^a}ncia da avalia{\c{c}}{\~a}o
adequada da reflet{\^a}ncia de c{\'e}u claro. Foram sugeridas
poss{\'{\i}}veis considera{\c{c}}{\~o}es acerca do nascer e
p{\^o}r-do-sol para evitar estimativas maiores que a
dura{\c{c}}{\~a}o m{\'a}xima do dia; o fornecimento de
sinalizadores de qualidade relativos ao n{\'u}mero de imagens
dispon{\'{\i}}veis para a estimativa da n ao usu{\'a}rio; e a
implementa{\c{c}}{\~a}o de um campo vari{\'a}vel de
reflect{\^a}ncia de c{\'e}u claro ao longo do dia,
esta{\c{c}}{\~a}o e local para melhor representar este
par{\^a}metro. Os resultados obtidos mostraram que as estimativas
de n do CPTEC apresentam bom desempenho para o Brasil, sendo uma
alternativa confi{\'a}vel para fornecer informa{\c{c}}{\~o}es
para diversas aplica{\c{c}}{\~o}es.",
committee = "Ceballos, Juan Carlos (presidente) and Coelho, Simone Marilene
Sievert da Costa (orientadora) and Porfirio, Anthony Carlos Silva
(orientador) and Costa, Rodrigo Santos and Peres, Leonardo de
Faria and Lyra, Gustavo Bastos",
englishtitle = "Estimativa da insola{\c{c}}{\~a}o sobre o Brasil atrav{\'e}s de
dados de sat{\'e}lite geoestacion{\'a}rio: valida{\c{c}}{\~a}o
e aperfei{\c{c}}oamento do modelo do CPTEC/INPE",
language = "en",
pages = "98",
ibi = "8JMKD3MGP3W34R/44SAA3P",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/44SAA3P",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "20 maio 2024"
}