Projeto CHUVAchuvaproject.cptec.inpe.br/portal/br/pdf/CHUVA... · dimensional (3-D) lightning map...

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Projeto CHUVA

WORKING GROUP – 1

CHARACTERISTICS OF THE PRECIPITATING SYSTEMS AS FUNCTION OF THE REGION AND LIFE

STAGE

Responsible : Luiz Machado

WORKING GROUP – 2

PRECIPITATION ESTIMATION – DEVELOPMENT AND VALIDATION ALGORITHM

Responsible : Carlos Angelis

WORKING GROUP – 3

ELETRIFICATION PROCESS: MOVING FROM CLOUDS TO THUNDERSTORMS

Responsible: Carlos Morales

WORKING GROUP – 4

CHARACTERISTICS OF THE BOUNDARY LAYER FOR DIFFERENT CLOUD PROCESSES AND

PRECIPITATION REGIMES

Responsible: Gilberto Fisch

WORKING GROUP – 5

MODEL IMPROVEMENTS AND VALIDATION, WITH FOCUS IN CLOUD MICROPHYSICS AND AEROSOL

INTERACTIONS, FOR SATELLITE PRECIPITATION ESTIMATES IN BRAZIL

Responsible: Maria Assunção Dias

NASA Precipitation Measurement Missions Science Team -26-29 October 2009 - Salt Lake City

CHUVA Project

CHUVA Field Campaign Schedule

JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEZ

2010 ALCANTARA

2011 CHUVA

WORKSHOP#1

FORTALEZA FORTALEZA BELÉM BELEM SAO LUIZ PARAITINGA

SAO LUIZ PARAITINGA

2012 CHUVA -

WORKSHOP#2

FOZ DO

IGUAÇU

FOZ DO

IGUAÇU

FOZ DO

IGUAÇU

2013 FOZ DO

IGUAÇU

BRASÍLIA BRASÍLIA

2014 MANAUS MANAUS MANAUS MANAUS

Fortaleza Campaign

Main Target Study: Warm Clouds and MCSs organized by Easterly Waves

From 21 March to 29 April 2011 – The GPM Planning Meeting and the CEOS –

PC will be held during this period in Fortaleza

Additional Data: Aircraft for microphysical measurements (if the airplane will be OK) and S

and X Band radar.

Belem Campaign

Main Target Study: Tropical Squall Lines and Local Convection

From 30 May to 9 July 2011

Additional Data: S Band Radar

Controlled Meteorological balloons are small

altitude-controlled platforms with bi-directional satellite

communication and long-duration flight capability _ Voss and Fitzgerald collaboration

Belem Squall Lines Climatology : 2000 to 2006

Classification : CCL: Costal Convective Line ( Propagation < 170 km) SL1: Squall Line Type 1 ( 170 Km < Propagation < 400 km) SL2: Squall Line Type 2 ( Propagation > 400 km) SL2 – STM – Moved around Santarem = 56%

São Luiz do Paraitinga Campaign

Main Target Study: Warm Clouds, Cold Fronts, MCSs, SACZ and Local

Convection

From 31 October to 22 December 2011

Additional Data: S Band Radar and “Lightning Mapping Array” (LMA) – NOAA and NASA

– Steve Goodman

LMA - Lightning Mapping Array

o The LMA system:

o locates the peak source of impulsive VHF radio

signals from lightning

o uses unused television channel by measuring the

time-of-arrival of the magnetic peak signals at

different receiving stations in successive 80 ms

intervals

o hundreds of sources per flash can be detected in

space and time (GPS), allowing a three-

dimensional (3-D) lightning map to be constructed

Foz do Iguaçu Campaign

Main Target Study: MCC and Cold Fronts

From 9 November to 13 January 2012

Additional Data: La Plata Basin Campaign

Goal: Measure MCCs to accomplish the GPM and La Plata Basin Regional Hydroclimate

Project (LPB) goals.

Foz do Iguaçu is located on the border of three countries: Brazil, Argentina and Paraguay, where MCSs

produce a large impact. More than the 80% of the precipitation is explained by those systems

Brazil

Argentina

Paraguay

Foz do Iguaçu Campaign

Percentage of surface rain from 2A25 explained by MCSs over La Plata Basin

This experiment will focus on these set of questions:

What are the main surface and boundary layer processes in the formation and maintenance of large and long live MCS?

How cloud microphysics and electrification processes evolves during the cloud life cycle?

What is the contribution of the aerosol in the process of formation of MCC precipitation?

How to improve both space and time precipitation estimation of rainfall over the continent for the GPM constellation over

the region?

How to improve quantitative precipitation forecast over MCS?

How models do represents the evolution of the PBL and the microphysics of these complex convective systems?

The deployment of a dual frequency and

polarization radar like NASA's N-Pol would

contribute with other observations to better

understand the microphysics processes and

their evolution associated with MCS. Also

airplane measurements will be facilitate by

the geographical position.

Results from Paola Salio

Suggest a side Meeting for the discussion

about the viability to prepare a campaign

with LPB

Brasília Campaign

Main Target Study: Continental Organized and Local Convection from Warm and Ice

Clouds

From 21 October to 30 November 2013.

Additional Data: S Band Radar

Manaus Campaign

Main Target Study: Organized and Local Convection from Warm and Ice Clouds

From 6 January to 4 April 2014.

Additional Data: The ARM Climate Research Facility in the Amazon Basin (Scot Martin –

Havard University and several partners)

S Band Radar (SIPAM)

Manaus Campaign

Cloud-Aerosol-Precipitation Interactions

Aerosol effects on scattered cumulus clouds, especially the

aerosol radiative effect and with a special focus on the impact

of biomass burning aerosols;

Aerosol effects on deep convective clouds, precipitation, and

lightning under different aerosol and synoptic regimes,

including the roles of aerosols in changing regional climate and

atmospheric circulation; and

Improvement on parameterizations of aerosol-cloud

interactions in the climate models

CHUVA – Basic Set of Equipments

Doppler X band dual polarization -

METEOR 50DX - Selex

Radiometrics MP 3000 - Brightness temperature

from 35 channels (22-30 and 51-59 Ghz)


LIDAR – backscaterring coefficient.

Lidar Raman System 2 channels: 532nm and 607nm

GPS - A dual-frequency receiver - IWV


3 Ott Inc. PARSIVEL Optical Laser Disdrometer.

1 Joss Waldvogel Acoustic Impact Disdrometer. (NASA)

5 Raingauge (NASA)


Radiosonde RS92

Soil Mositure - EnviroSCAN Probe

Soil moisture profile (up to 0.5 m)

continous measurements

HFP01 – soil heat plates (2) for the soil heat flux measurement

STP01 – soil temperature profile (5 sensors 2,5,10,20,50 cm)


Vertical pointing micro Doppler rain radar

Keplel – 24.1 Ghz

CS110 - Electric Field Sensor

Measuring the local electric field


Values of air temperature, humidity, atmospheric

pressure, windspeed and direction, radiation

measurements

Surface Weather Measurements

EC150 open path gas analyser and the sonic

(CSAT3) coupled for the surface momentum,

energy, water vapour and CO2 fluxes

Radiation components: solar (shortwave) and

terrestrial (longwave) radiation upward and downward

fluxes

Status Compra de Equipamentos

Equipamentos Status Informações

Aquisição

Radar banda X embarcado - chega dia 19/2 leasing 24 meses

MRR disponívvel

3 disdrometros disponívvel parsivel

Umidade do solo disponível

field Mil adquirido - para chegar

Estação de Sfc e fluxo adquirido - para chegar

340 Sondas e baloes disponivel

Outros equipamentos

Joss e 5 pluv. Nasa sendo enviado

lidar e container disponivel

rad. Microondas disponivel

Recursos

CHUVA WEB

6

Projeto CHUVA

Grupo de Trabalho I : Características dos Regimes de

precipitação como função da região e do ciclo de vida

Coleta de dados GPS: Medida adicional do vapor d’água integrado

• Dados do

pré-chuva:

Luiz F. Sapucci

Coleta de dados GPS: aplicação na previsão de

curtíssimo prazo de eventos severos

• Série de precipitação e o IWV-GPS: Criação de um

banco de eventos

em todas as

campanhas do

CHUVA; Sempre ao menos

um receptor GPS

disponível com

estação met.

(precisão do

barômetro 0.2hPa)

Luiz F. Sapucci

GPS Meteorology in CHUVA Belem (L. Sapucci, D. Adams, R. Fernandes, L. Tanaka)

Our Principal Aims in

CHUVA Belem

Identify wv convergence

timescales and propagation of

convection/squall lines in GPS

PWV

Estimate wv convergence in a

limited region in conjunction

with sondes/radiometers, etc)

Test maximum temporal

resolution of the GPS PWV

technique (comparing GIPSY

with GAMIT)

Employ 3D/4D techniques for

estimating mesoscale wv fields.

Install 7 to 10 GPS within 70km of SIPAM Belem (See Map for Sample

Configuration of 8 probable sites). Ultimate configuration depends on siting of

radiosondes, etc.

Convective Events: Propagation and

WV Convergence in GPS PWV Signals

• Column water vapor advection and

Propagating Convective Events

• With multiple GPS stations propagating column

water vapor can be tracked through a PWV-

weighted wind. With CHUVA sondes, column

water vapor can be used to identify propagating

convective events (see lower Figure). With

surface variables (temp, winds, precip. the role

of convective outflow (cold pools) in

propagating can be investigated wrt to the

propagating PWV signal.

• Water Vapor Convergence

• With CHUVA measurements of liquid water

content, horizontal winds and water vapor

vertical structure wv convergence can be

estimated. d(PWV/dt) gives a timescale for wv

convergence and hence estimates of convective

intensity (upper Figure). Integration over a

“closed” region roughly estimates the

atmospheric hydrological cycle during

precipitating convection.

a

H

a

H

sb TeTeTT

),0(),0(

)1(

)(

),0(

),0(

as

H

H

aab

TTe

eTTT

Estimativa de Chuva Nuvens Quentes

A Covariância da Emissividade da Superfície como Possível Identificador de

Áreas Precipitantes de Nuvens Quentes

Dentro da área dos experimentos

19h,v GHz 19h,v GHz Orograf. Efeito Vegeta. Efeito

WetLand. Efeito

19GHz

37

89

Alan Calheiros

O erro associado a precipitação em estimativas de LWP sobre o continente.

6

Compreensão mais detalhada de como a eletrificação das nuvens evolui em

função dos processos microfísicos;

Obter um detalhamento da região preferencial de formação dos relâmpagos e

os prováveis limiares de conteúdo de gelo/água e cargas elétricas das nuvens

necessários para iniciar a eletrificação da nuvem;

Aprofundar o conhecimento de como as características dos intra-cloud e

microfísica se relacionam/influenciam as propriedades dos cloud-to-ground.

Descargas Elétricas – Foco para o Sítio de São Luiz do Paraitinga – Projeto CHUVA - Enrique Vieira Mattos

Experimento De Sao Luiz do Paraitinga

6

Modelagem radiativa e o Banco de Dados Microfísicos

Modelo – Radar – Satélite : Banco de Dados

Microfísicos

Modelo c/

microfísica

Satélite IR

Microondas

Radar e a

técnica VPR

Modelo

radiativo

Banco de

Dados Radar

X-POL

Disdro

metros

Simulações – Modelo de alta resolução e Modelo

radiativo – Base de Dados

Resultados do Renato Galante

Campos tridimensionais:

Componentes zonal e meridional do vento;

Umidade especifica;

QCL;

QCF;

Cobertura de nuvens (%);

Fração da cobertura de nuvens composta por gelo;

Fração da cobertura de nuvens composta por água;

Pressão (rho levels);

Temperatura.

Campos bidimensionais:

Temperatura a 1.5 m;

Umidade especifica a 1.5 m;

Temperatura a superfície;

Pressão a superfície;

Mascara Oceano/Continente.

Simulações com BRAMS e RTTOV

1. Simulação com BRAMS:

Entrada Processamento

Estudos de casos BRAMS

RTTOV Temp. Brilho

2. Simulação com RTTOVS:

Saída

3. Avaliação das Simulações:

Temp. de Brilho do RTTOV

Temp. de Brilho do Satélite

Profiles: Rain, Snow, Graupel,

Aggregates, Cloud-Water,

Cloud-Ice

INPUT DATA

Profiles: Rain, Snow, Graupel,

Aggregates, Cloud-Water,

Cloud-Ice

3. Avaliação das Simulações: Sensor TMI/TRMM

Temperatura de Brilho Simulada

Temperatura de Brilho Observada

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Estratégia de Medidas

Em torno de 100 km

Radiossonda

Radar

Visão em Mesoescala

Disdrometros e Pluviometros

Radar e GPS Pluv.

Disdro.

30 km 17 km

Lidar, radiometro,

pluv., disdro, micro

radar, estacao de

fluxos, GPS

Radiossonda – 2 a 4 vezes/dia

Pluv., disdrometro, GPS

Estratégias de medidas

Definição da Varredura Volumétrica e o RHI na direção do Sítio instrumental

- Intervalo de tempo em torno de 5 a 7 minutos.

Operação em Fortaleza - Radar – INPE Euzébio

Sítio completo – Defesa Civil Municipal (17 km)

Radiossonda – INMET (16 km)

pluv, disdro, - Caucáia (30 km)

Radar X da UECE (15 km)

Radar S – Quixeramobim (possivel sitio de radiosonda 120 km)

6

Curso – para alunos

Curso – Processos Físicos da Nuvens – 28/3 a 1/4

Segunda Terça Quarta Quinta Sexta

Micrometeorologi

a conceitos

básicos

(Gilberto)

Microfísica da

nuvens

(Morales)

Modelagem de

nuvens – interação

aerosol-nuvens

(Assunção)

Radar Princípios

básicos

(Frederico)

Estimativa de

precipitação

satélite e radar

(Frederico)

Modelagem em

alta resolução –

conceitos básicos

(Assunção)

Micrometeorologi

a e a formação de

nuvens

(Gilberto)

Satélites e

Modelagem

Radiativa

(Luiz)

Ferramentas para

Previsão imediata

(Luiz)

Eletrificação das

nuvens

(Morales)

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Orçamento Campanha

Despesas por Experimento – Fonte Fapesp

Item Valor

Diárias 30000

Passagem 9000

Reserva Técnica 40000

Gás 18000

Radiossonda 40 – 80

INPE – Tesouro, AEB, Projetos locais, Parceiros locais

Necessidade Estimada – 21000 em passagens e 80000 em diárias (450 diárias)

Equipamentos-Dados Responsáveis

Equipamento Resp. Cientifico Resp. Técnico Nec. Instalação Nec. operação

Radar X-Pol Frederico, Morales Jojhy, Izabelly

MRR Luiz Augusto Jorge Nogueira

Lidar Paulete e Riad

Rad. Microondas Luiz Augusto Marcelo

Disdrometros e

pluviometros

Frederico Izabelly, Carlao

Field Mil Morales Jorge Nogueira -

Marton

Umidade do Solo Luciana Rossato

Estação Met. E

Fluxos

Gilberto Fisch Jorge-CTA,Jorge

Nogueira, Marton,

Carlao

Radiosonda Gilberto Fisch Jorge-CTA

GPS Sapucci Carlao

Imagens de

satellite

Luiz Augusto Wagner

Simulações do

BRAMS

Assunção, Saulo Eder

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