Recuperação de perfis atmosféricos a partir de ocultação GPS: fundamentos, implementação e análise de resultados

Abstract

A ocultação, um fenômeno pelo qual um corpo celeste deixa de ser visto em razão da sobreposição de um outro, começou a ser usada para estudar a atmosfera de outros planetas há vários anos. Com o advento dos satélites artificiais GPS (Global Positioning System), em conjunto com os satélites LEO (Low Earth Orbiting), surge a Rádio Ocultação GPS (ROGPS), abrindo-se novas perspectivas para as pesquisas sobre o clima e previsão de tempo. Na RO GPS, os sinais que são enviados pelo satélite GPS e recebidos no satélite LEO sofrem os efeitos da troposfera e da ionosfera ao atravessarem a atmosfera terrestre, afetando a fase e a amplitude das ondas dos sinais envolvidos. A propagação do sinal sofre refração formando uma linha curva entre o satélite transmissor e o receptor, o que permite calcular diferentes índices de refratividade, os quais carregam informações da composição da atmosfera terrestre. A partir de perfis desses índices de refratividade é possível extrair perfis de temperatura, umidade e pressão atmosférica na troposfera, além da distribuição na densidade de elétrons na ionosfera terrestre. Vários trabalhos foram realizados para verificar a qualidade dos perfis atmosféricos obtidos com o emprego do satélite CHAMP (Challenging Minisatellite Payload of Geophysical Research and Application), um satélite LEO, em diversas regiões do globo. Nesse trabalho, objetiva-se investigar e implementar a técnica de ocultação GPS, bem como avaliar a qualidade de perfis de temperatura obtidos com o satélite CHAMP sobre a América do Sul, comparando-os com perfis de radiossondas e perfis provenientes da condição inicial do modelo de Previsão Numérica de Tempo (PNT). A implementação da recuperação de um perfil da atmosfera foi realizada utilizando o código C/A para o cálculo do ângulo de curvatura e o parâmetro de impacto, cujos valores aproximados foram 0,043° e 6381 km, respectivamente.

The occultation, phenomenon in which a celestial body in not seen because of the superposition of another one, started being used several years ago to study the atmosphere of other planets. With the advent of GPS (Global Positioning System) satellites, together with the LEO (Low Earth Orbit) satellites, the GPS Radio Occultation (GPS-RO) arises, in order to obtain new perspectives in studies related to climate and weather forecast. In GPS-RO, the signals sent by the GPS satellite and received by the LEO satellite are disturbed by the ionosphere and troposphere while cross the terrestrial atmosphere, this affects the phase and the amplitude from the involved signals. The signals propagation is affected by refraction, this generates a bending angle between the transmitter and receiver satellites, allowing computing different refractivity index, which carry information about the terrestrial atmosphere composition. Using these profiles of refractivity index is possible to extract profiles of temperature, humidity, atmospheric pressure in the troposphere, and to obtain the electronic density distribution in terrestrial ionosphere. Several works were realized to verify the quality of atmospheric profiles obtained using the CHAMP (Challenging Minisatellite Payload of Geophysical Research and Application) satellite, LEO satellite, in several regions of the globe. In this research the goal is to investigate and implement the GPS occultation technique, and additionally to evaluate the quality of the temperature profiles obtained by CHAMP satellite over the South of America, comparing them with the RSO (Radiosonde) profiles and with the profiles obtained by the initial condition of Numeric Weather Prediction (NWP) model.