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Aeolus – um novo satélite equipado com laser – está desenhado para dar aos meteorologistas os dados de vento detalhados de que eles necessitam para melhor preverem o tempo.
Verificar as previsões de tempo no seu telemóvel, computador, rádio ou televisão é parte da rotina diária. As previsões meteorológicas são importantes para planear as nossas atividades do dia-a-dia – e também são vitais para inúmeros setores tais como os transportes, a agricultura, o comércio e a indústria. Os benefícios económicos e sociais de previsões de tempo rigorosas são imensos: dão-nos a informação e o tempo necessários para preparar e tomar decisões, quer estas sejam sobre espalhar sal nas estradas, decidir as rotas para o tráfego aéreo ou marítimo, a irrigação de culturas ou o planeamento da construção. Em casos extremos, sabermos que tempo perigoso vem a caminho pode ajudar-nos a proteger propriedades e a salvar vidas. Mas que papel desempenha o conhecimento científico do nosso planeta nessas previsões?
Michael Rogers/Unsplash.com
Agregando os dados
A criação de previsões meteorológicas é um processo complexo que involve a coleção de tantos dados quanto possível sobre o estado da atmosfera – particularmente de temperatura, de pressão, de humidade e de vento. Os dados obtêm-se de uma rede global de estações meteorológicas e outras fontes de monitorização, desde balões meteorológicos a barcos e a companhias aéreas regulares – e também a satélites.
As tentativas de prever o tempo recuam até ao tempo da Grécia Antiga, mas a recolha sistemática de informação para utilizar na previsão meteorológica começou no século XIX. O advento da era dos satélites há cerca de 50 anos levou a imensos melhoramentos na precisão das previsões meteorológicas e no nosso conhecimento sobre o clima. Hoje, cerca de 90% dos dados usados por modelos meteorológicos numéricos vêm de satélites. Aqueles incluem observações globais de neve e de gelo, da radiância nas microondas e no infravermelho, de ventos deduzidos do movimento da superfície do mar e de núvens. Dados remotamente medidos pelos satélites, junto com outras medições, são usados em modelos numéricos de previsão, que correm em supercomputadores em centros meteorológicos de todo o mundo, de forma a prever o tempo. Por exemplo, o sistema de previsão meteorológica no European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMRWF), no Reino Unido, processa 40 milhões de observações individuais todos os dias e integra estes dados no seu modelo meteorológico.
Altos e baixos
As previsões dependem de dados de satélites em dois tipos diferentes de órbita, que oferecem perspetivas complementares da Terra e dos sistemas meteorológicos em evolução. Os satélites em órbita geoestacionária pairam cerca de 36 000 km acima do equador, enquanto os satélites em órbitas polares circundam a Terra acima de ambos os polos à muito mais baixa altitude de umas poucas centenas de quilómetros acima da superfície.
A órbita geoestacionária de elevada altitude permite que uma grande porção da superfície da Terra esteja sob constante vigilância. Por exemplo, os satélites meteotológicos geoestacionários europeus Meteosat observam constantemente a Europa e a África, enquanto os satélites americanos NOAA GOES fazem o mesmo para as Américas. Este elevado ponto de observação permite que eventos de evolução rápida sejam constantemente monitorizados, fornecendo aviso antecipado de frentes de trovoada de escala continental, furacões e de outros fenómenos meteorológicos destrutivos.
NOAA, CC0
Contudo, há algumas partes do planeta que os satélites geoestacionários nunca veem e a sua grande distância da superfície da Terra limita a resolução dos respetivos dados. Em contraste, os satélites em órbitas polares recolhem dados de todo o planeta numa questão de dias e as suas órbitas mais baixas fornecem dados com muito mais precisão do que a que usualmente se consegue com os altos satélites geoestacionários. Há uma frota de satélites meteorológicos a operar em órbitas polares, incluindo o europeu MetOp e os satélites americanos JPSS.
Room for improvementMargem para melhorias
Embora as nossas previsões meteorológicas sejam as mais precisas de sempre, ainda existe o desejo de as melhorar mais, especialmente para as previsões de longo alcance. A natureza caótica da atmosfera e a necessidade de uma compreensão mais detalhada dos processos envolvidos significam que há uma constante motivação para nova informação. Isto ajudará, não só, nas previsões mas também no nosso conhecimento científico sobre como a atmosfera funciona e as implicações das alterações climáticas a longo prazo.
Ao longo das últimas poucas décadas, os meteorologistas têm argumentado que, em particular, há falta de dados de vento globais precisos, necessários para melhorar a precisão das previsões. Como resposta, a Agência Espacial Europeia (ESA) lançou um novo satélite em 2018, especificamente para fornecer melhor informação sobre os ventos. O satélite foi batizado com o nome de Aeolus, que na mitologia grega era designado o ‘guardião dos ventos’ pelos deuses. Assim, como ajudará este satélite nas previsões?
P Carril/ESA
Os perfis de vento são um elemento essencial para previsões meteorológicas de médio e longo alcance precisas, para além de serem informação-chave nos modelos de alterações climáticas. Isto, porque o vento é uma componente importante do balanço energético da Terra. Essencialmente, algumas áreas da Terra recebem mais calor do Sol do que outras, o que leva a diferenças na temperatura do ar e a diferenças de densidade e pressão. Estas diferenças, por sua vez, fazem com que o ar se mova, criando o vento. O vento leva o calor das regiões equatoriais para as regiões polares e devolve ar mais fresco para os trópicos. A rotação da Terra também gera sistemas de vento em larga escala como os ‘jet streams’. Estes efeitos formam a base da circulação atmosférica, que controla a meteorologia e o clima.
Há uma variedade de fontes que fornecem informação sobre o vento: estações meteorológicas, balões meteorológicos ou aviões e observações de satélite de nuvens em movimento e da aspereza dos oceanos. Mas, até há pouco tempo, grandes partes da atmosfera não eram bem observadas – em particular, nos trópicos, sobre os oceanos, no hemisfério sul, acima das regiões polares (onde existem poucas estações meteorológicas ou balões) e na alta atmosfera. Observações diretas do vento cobrindo a atmosfera em toda a sua extensão – tanto horizontamente como verticalmente – eram, assim, necessárias para melhor se prever o tempo.
The AeoluO satélite Aeolus está equipado com tecnologia laser de ponta (veja a caixa de texto). Isto permite que os campos de vento sejam mapeados de forma global até uma altitude de 30 km pela primeira vez, incluindo em áreas que não estão bem cobertas pelos sistemas de observação existentes. Esta altitude inclui a troposfera, onde o tempo que afeta as nossas vidas se forma. Embora a missão tenha uma duração inicial prevista de apenas três anos, espera-se que o Aeolus lidere uma nova geração de instrumentos em satélite desenhados para uma previsão meteorológica rotineira.
ESA/ECMWF
Mais além da previsão meteorológica
Os dados de satélite estão a tornar-se cada vez mais importantes em muitas aplicações do dia-a-dia, para além da previsão meteorológica. Sendo a poluição atmosférica um significativo problema de saúde ambiental, as previsões diárias incluem agora, usualmente, avisos sobre a má qualidade do ar e os dados de satélite são usados para garantir que estas previsões se situam tão perto da realidade quanto possível. Por exemplo, o satélite Copernicus Sentinel-5 Precursor, da União Europeia, mapeia uma imensa quantidade de gases poluentes tais como dióxido de azoto, metano, monóxido de carbono, ozono e dióxido de enxofre. Este satélite dá aos decisores a informação necessária para o combate à poluição atmosférica e também fornece dados para ajudar os cientistas a compreender os processos atmosféricos relacionados com as alterações climáticas – por exemplo, porque se formam buracos na camada de ozono da estratosfera.
De forma a monitorizar o nosso mundo em mudança à luz das alterações climáticas, os satélites seguem alterações em muitos fatores: na dinâmica e composição da atmosfera, na cobertura e volume de gelo, na altura e temperatura da superfície do mar, na utilização da terra, na urbanização e mais. Esta é a única forma realista de observar a Terra como um todo e de gerar a informação de que precisamos para compreender como a Terra funciona como um sistema – e, claro, compreender o impacto que a humanidade tem nos processos naturais.
Aeolus: lasers no espaço
ESA/ATG medialab/Nicola Graf
Lançado a 22 de agosto de 2018, o satélite Aeolus transporta um dos mais sofisticados instrumentos alguma vez colocado em órbita. No coração do Aeolus está um altamente sofisticado “lidar” Doppler de vento, que pode ser visto como um radar de laser (i.e. luz). Um dos objetivos da missão Aeolus é testar esta tecnologia inovadora – que inclui um poderoso laser, um grande telescópio e um recetor muito sensível – no espaço.
Da sua órbita a 320 km de altitude, o laser emite pulsos curtos mas poderosos de luz ultravioleta (355 nm de comprimento de onda) 50 vezes por segundo. Esta luz viaja para baixo através da atmosfera e uma pequeníssima fração é rechaçada por partículas que se deslocam com o vento – moléculas de ar, poeira, partículas de gelo e gotinhas de água. A luz rechaçada é recebida pelo telescópio e detetada pelo recetor, que é incrivelmente sensível: pode recolher tão poucos quanto quatro fotões por metro, ao longo da linha do feixe laser.
Tal como o radar que a polícia usa para apanhar motoristas em excesso de velocidade, o rechaço pelas partículas em movimento resulta num pequeno ‘desvio de Doppler’ entre as frequências de luz que o Aeolus emite e que recebe de volta. A partir deste desvio podem ser calculadas as velocidades do vento ao longo da direção de visão do satélite, com uma precisão de cerca de 2 m s-1.
Resources
- Aprenda mais sobre a missião do satélite Aeolus no website da ESA.
- Aprenda sobre o papel dos satélites na previsão numérica meteorológica com o módulo interativo do European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF).
- A European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites (EUMETSAT) opera um complemento de satélites meteorológicos para monitorizar o clima e o desenvolvimento de situações meteorológicas. Saiba mais sobre a sua missão e atividades no website do EUMETSAT.
- Veja um curto vídeo do National Meteorological Service do Reino Unido que explica como as previsões meteorológicas são criadas.
- Recursos para ensinar alunos sobre a monitorização da Terra e do seu clima estão disponíveis no website da ESA Education.
- O EO Browser and Sentinel hub são ferramentas online que permitem que todos os utilizadores acedam a imagens de satélite atualizadas. Aprenda a usar o EO Browser no guia de utilização.
Institutions
Review
Previsões meteorológicas precisas estão-se a tornar cada vez mais importantes para a nossa vida na Terra – dadas as alterações climáticas e o aumento da temperatura, quer a nível global, quer a nível regional. Para previsões mais precisas, novos satélites como o Aeolus estão a ser desenvolvidos e lançados para o espaço.
Este artigo pode ser usado para ensinar muitos tópicos em áreas diferentes, desde o ambiente à ótica e à engenharia. As seguintes questões podem ser incluídas num exercício de compreensão:
- Porque são as previsões meteorológicas tão importantes nas nossas vidas do dia-a-dia? Dá alguns exemplos.
- Como funciona hoje a previsão meteorológica?
- Porque vem a maior parte dos dados para a previsão meteorológica de satélites?
- Dá o nome de alguns satélites meteorológicos que estão no espaço neste momento.
- Porque é tão importante informação sobre os sistemas de vento para a nossa meteorologia?
- O que é o lidar e como é que funciona este sistema
Gerd Vogt, professor de Física e Tecnologia, Higher Secondary School for Environment and Economics, Yspertal, Austria