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Tipo: Tese (Titulação)
Fecha de publicación : 18-jun-2024
Autor(es): MOTA, Galdino Viana
metadata.dc.description.affiliation: UFPA - Universidade Federal do Pará
Título : Aplicações de GNSS meteorologia: estudos de caso de eventos extremos de precipitação no Rio de Janeiro e Belém
Citación : MOTA, Galdino Viana. Aplicações de GNSS meteorologia: estudos de caso de eventos extremos de precipitação no Rio de Janeiro e Belém. 2024. 173 f. Tese (Professor Titular) - Instituto de Geociências, Universidade Federal do Pará, Belém, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16647. Acesso em:.
Resumen: Eventos extremos de chuva, concomitantemente desencadeados com inundações, deslizamentos de terra e alagamentos, estão temporalmente relacionados às variações do atraso zenital total (ZTD) e do vapor d’água integrado (IWV) do Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS) meteorologia. A relação entre a variação de ZTD/IWV e a precipitação foi investigada neste trabalho, utilizando médias, séries temporais e estudos de caso de eventos extremos no Rio de Janeiro entre 2015 e 2018, e em Belém entre 2010 e 2022. Os dados de GNSS são oriundos do International GNSS Monitoring and Assessment System (iGMAS) e da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC), e os dados de precipitação do Sistema Alerta Rio da Prefeitura do Rio de Janeiro (Alerta Rio), do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) e do Instituto Tecnológico Vale (ITV). Na composição das séries temporais de ZTD/IWV e precipitação no Rio de Janeiro, foram identificadas configurações de rampas quase lineares seguidas de rampas não lineares, com as maiores taxas de variação e picos de ZTD/IWV ocorrendo, respectivamente, de 1–2 horas e 0,5 hora antes dos máximos de precipitação predominantemente entre 18:00 e 00:00 hora local (HL). Estudos de caso de eventos extremos de precipitação durante a estação chuvosa revelaram configurações nas curvas de ZTD/IWV na forma de: (i) ondulações nomeadas ‘semissenóides assimétricas’ com duração de 3–5 horas, formadas pelo rápido crescimento vespertino em rampas não lineares, com uma taxa de variação média no ponto de inflexão de +11 (1,4) mm [15min]–1; (ii) saltos (jumps) com taxa de variação média de +17,3 (+2,66) mm [15min]–1 e máxima de +21,3 (+3,33) mm [15min]–1; (iii) rampas alongadas e ondulações denominadas ‘protuberâncias’ (bumps) sequenciais escalonadas nas rampas ascendentes com duração de 1–2 horas; e (iv) ‘protuberâncias’ ou rampas ascendentes em valores de ZTD/IWV já elevados devido à atuação de sistemas meteorológicos como a Zona de Convergência de Umidade (ZCOU) ou a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). Foram identificados eventos com grandes volumes de chuvas resultando na elevação dos níveis dos rios, igarapés e canais, causando alagamentos em vários locais de Belém. Três eventos ocorreram durante a estação menos chuvosa com precipitação na categoria muito-forte provenientes de Sistemas Convectivos de Mesoescala (SCMs), e outros quatro eventos durante a estação chuvosa sob a influência principal da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT). As curvas de ZTD apresentaram variações não lineares antes e depois dos eventos de chuvas significativas, com rampas ascendentes quase lineares e picos seguidos por rampas descendentes. Quando se aproximavam dos eventos, as curvas tinham uma configuração de ‘saltos’ de ZTD, com súbito crescimento precedendo chuva intensa ou ocorrendo em múltiplos saltos durante os eventos de chuva intensa por várias horas. Porém, algumas curvas de ZTD/IWV apresentaram as configurações de semissenóides, protuberâncias ou saltos sem resultar em precipitação, evidenciando a existência de falsos alarmes. Por isso, recomendou-se a instalação de estações meteorológicas junto das estações de GNSS, para medir pelo menos a precipitação, pressão, temperatura e umidade relativa com resolução de 5 minutos, que é essencial para o monitoramento de eventos extremos de precipitação. Recomenda-se expandir as análises para períodos mais longos, identificar configurações significativas nas séries temporais de ZTD e IWV, definir limiares críticos e utilizar técnicas avançadas e mais complexas, como redes neurais, análise de ondeletas para as séries temporais de ZTD/IWV ou tomografia troposférica. Essas abordagens são essenciais para melhorar a previsão de eventos de precipitação severa, prevenir e mitigar os impactos de fenômenos meteorológicos adversos, garantir a segurança e fornecer infraestrutura adequada nas áreas afetadas.
Resumen : Extreme rainfall events, concurrently triggered with floods, waterlogging and landslides, are temporally related to variations in zenith total delay (ZTD) and integrated water vapor (IWV) from the Global Navigation Satellite System (GNSS) meteorology. The relationship between ZTD/IWV variations and precipitation was investigated in this work, using means, time series, and case studies of extreme events in Rio de Janeiro between 2015 and 2018, and in Belém between 2010 and 2022. The GNSS data are from the International GNSS Monitoring and Assessment System (iGMAS) and the Brazilian Continuous Monitoring Network (RBMC), while the precipitation data come from the Rio de Janeiro City Hall Alert System (Alerta Rio), the National Institute of Meteorology (INMET), and the Vale Technology Institute (ITV). In the composition of the ZTD/IWV and precipitation time series in Rio de Janeiro, quasi-linear ramps followed by nonlinear ramps were identified, with the highest rates of change and ZTD/IWV peaks occurring, respectively, 1–2 hours and 0.5 hours before the precipitation maxima, predominantly between 18:00 and 00:00 local time (LT). Case studies of extreme precipitation events during the rainy season revealed configurations in ZTD/IWV curves in the shape of: (i) oscillations named ‘asymmetric semisinusoid’ lasting 3–5 hours, formed by rapid vespertine growth in non-linear ramps, with an average rate of change at the inflection point of +11 (1.4) mm [15min]–1; (ii) a jump with an average rate of change of +17.3 (+2.66) mm [15min]–1 and a maximum of +21.3 (+3.33) mm [15min]–1; (iii) elongated ramps and oscillations named ‘bumps’ that were sequentially staggered on the ascending ramps lasting 1–2 hours; and (iv) ‘bumps’ or ascending ramps in already elevated values of ZTD/IWV due to the influence of meteorological systems such as the Humidity Convergence Zone (in Portuguese Zona de Convergência de Umidade, ZCOU) or the South Atlantic Convergence Zone (SACZ) (in Portuguese Zona de Convergência do Atlântico Sul, ZCAS). Events with large volumes of rainfall were identified, resulting in the elevation of river, igarapé, and canal levels, causing flooding in various locations in Belém. Three events occurred during the less rainy season with very heavy rainfall from Mesoscale Convective Systems (MCSs), and others during the rainy season under the main influence of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ). The ZTD curves showed non-linear variations before and after significant rainfall events, with quasi-linear ascending ramps and peaks followed by descending ramps. As the events approached, the curves exhibited a ‘ZTD jumps’ configuration, with sudden increases preceding heavy rainfall or occurring in multiple jumps during intense rain events over several hours. However, some ZTD/IWV curves showed semisinusoid, bump, or jump configurations without resulting in precipitation, highlighting the existence of false alarms. Installing meteorological stations alongside GNSS stations to measure at least precipitation, pressure, temperature, and relative humidity with a 5-minute resolution is essential for monitoring extreme weather events. It is recommended to expand the analyses to longer periods, identify significant configurations in ZTD and IWV time series, define critical thresholds, and use advanced and more complex techniques such as neural networks, wavelet analysis for ZTD/IWV time series, or tropospheric tomography. These approaches are essential to improve the prediction of severe precipitation events, prevent and mitigate the impacts of adverse meteorological phenomena, ensure safety, and provide adequate infrastructure in affected areas.
Palabras clave : GNSS meteorologia
ZTD e IWV e a precipitação extrema
Rio de Janeiro e Belém
Ciclo diurno do vapor d’água e precipitação
País: Brasil
Editorial : Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
metadata.dc.description.degree: Professor Titular
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.source.uri: Disponível na internet via correio eletrônico: bibgeociencias@ufpa.br
Aparece en las colecciones: Tese para Progressão Acadêmica - Professor Titular - IG

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