Deteção Remota: Temperatura do Mar

A temperatura da superfície do mar (SST) é crucial para o sistema climático global, atuando como um regulador das trocas de calor entre o equador e os polos.

A SST pode revelar a presença de sistemas oceânicos, como correntes, eddies e jatos, através de variações na temperatura da água.

As mudanças na SST afetam os ecossistemas marinhos, pois influenciam a vida de diversas espécies, como peixes e algas.

A camada superficial do oceano é caracterizada por uma estrutura de temperatura complexa e variável, influenciada pela turbulência oceânica e pelas trocas de calor com a atmosfera.

Compreender a profundidade exata das medições de temperatura na superfície do mar é vital para a análise dos dados, pois a temperatura varia rapidamente com a profundidade.

A Lei de Wien determina que o comprimento de onda no qual a radiância emitida por um corpo negro é máxima é inversamente proporcional à sua temperatura. Isso significa que objetos quentes emitem mais radiação em comprimentos de onda menores (como o visível), enquanto objetos frios emitem mais radiação em comprimentos de onda maiores (como o infravermelho).

A radiação emitida por um corpo negro em equilíbrio térmico é proporcional à quarta potência da sua temperatura. Isso permite calcular a temperatura de um objeto a partir da energia que ele irradia.

A temperatura da superfície do mar (SST) é medida em diferentes camadas da coluna de água, cada uma com diferentes características e métodos de medição.

A temperatura da superfície do mar na camada mais superficial (aproximadamente 10-20 micrômetros) é medida por satélites usando radiômetros infravermelhos. Esta camada é chamada de "pele" da superfície do mar.

A temperatura da superfície do mar na camada subcutânea (aproximadamente 1 milímetro) é medida por satélites usando radiômetros de micro-ondas. Esta camada é influenciada pelas condições atmosféricas e pelo calor da camada superficial.

A temperatura da superfície do mar em profundidade é medida por sensores físicos, como boias derivantes e CTDs. Esta camada é menos influenciada pela radiação solar e pelas condições atmosféricas.

A temperatura da superfície do mar na camada de fundação (aproximadamente 10 metros) é a temperatura média que não é influenciada pelas variações diurnas da temperatura.

A monitorização da SST por satélites começou na década de 1970 com o uso de instrumentos como o Scanning Radiometer (SR) e o AVHRR.

O vapor de água atmosférico pode atenuar o sinal infravermelho da superfície do mar, dificultando a medição da SST.

A utilização de diferentes comprimentos de onda de infravermelho, como 11 μm e 12 μm, permite compensar a influência do vapor de água na medição da SST.

A Lei de Planck relaciona a temperatura de um corpo com a radiação eletromagnética emitida por ele. Na medição da Temperatura da Superfície do Mar (SST), a lei de Planck é usada para determinar a temperatura da superfície a partir da radiação coletada pelo satélite.

A atmosfera terrestre absorve e reemite radiação infravermelha emitida pela superfície do mar. Isso significa que o sinal de temperatura da superfície do mar medido pelo satélite não é o valor real, pois foi afetado pela atmosfera. Para obter a temperatura real, precisamos de corrigir o sinal afetado pela atmosfera.

Existem regiões na atmosfera onde a radiação passa com menos interferência, chamadas de janelas atmosféricas. Os satélites usam sensores que capturam essa radiação para medir a temperatura da superfície do mar.

Os sensores a bordo dos satélites captam a radiação emitida pela superfície do mar e convertem em valores de radiância. A radiância é a intensidade da radiação e é uma medida da energia emitida pela superfície do mar.

Para medir a SST durante a noite, o canal de 3.7 μm é ideal, pois durante o dia a radiação solar interfere na medição. Durante o dia, os canais de 10.8 μm e 12.0 μm são melhores porque a diferença entre a radiação nesses dois canais permite estimar o efeito da atmosfera.

A radiação de onda longa real que atinge o topo da atmosfera (TOA) é a soma da radiação emitida pela superfície, da radiação atmosférica ascendente e da radiação atmosférica descendente refletida pela superfície.

A temperatura da superfície do mar (SST) pode ser determinada usando a equação de equilíbrio radiativo e dados de radiância de onda longa no TOA.

Este método utiliza apenas uma incógnita (SST) e estima a radiação atmosférica ascendente e a transmitância atmosférica a partir de modelos.

Este método utiliza múltiplos canais para determinar a SST e o conteúdo de vapor de água atmosférico.

Este método usa a diferença nas radiâncias TOA em dois canais (11,0 μm e 12,0 μm) para estimar o conteúdo de vapor de água.

Este método leva em consideração a variabilidade de Γ (relação entre transmitâncias e vapor água) e considera a quantidade de vapor água, espessura da coluna atmosférica e ângulo de incidência.

Este método é idêntico ao MCSST, mas inclui o efeito do ângulo de incidência na estimativa da SST.

A radiação de micro-ondas não é afetada pelas nuvens e os efeitos atmosféricos são mais fáceis de corrigir.

Obter SST por radiância de micro-ondas é desafiador pois é afetado por fatores como sunglint, chuva, vento forte e proximidade de costas.

Dados SST obtidos por micro-ondas apresentam maior cobertura espacial, porém a resolução espacial é mais baixa.

A SST (skin) é medida na camada superficial da água e a SST (subskin) é medida abaixo da camada superficial.

Os sensores infravermelhos medem a SST (skin) com alta resolução espacial, mas são afetados pela presença de nuvens.

Os sensores de micro-ondas medem a SST (subskin) e têm cobertura global, mas com menor resolução espacial.

Satélites em órbita geoestacionária têm alta resolução temporal e cobertura espacial fixa centrada no Equador, mas só usam sensores infravermelhos.

Satélites em órbita quase-polar têm maior resolução espacial, mas os dados dos sensores podem ser combinados para preservar a resolução ou gradientes de SST.