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ASSIMILAÇÃO DE DADOS DE TEMPERATURA DA SUPERFÍCIE DO MAR
ORIUNDOS DE FONTES PÚBLICAS PARA MODELAGEM ATMOSFÉRICA
Francisco de Moura Pinto 1
Jaci Maria Bilhalva Saraiva 2
Abstract
In this paper, a couple of strategies to obtain and store automatically sea surface
temperature data will be discussed. We will emphasize the public sources of these data,
particularly useful in atmospheric modeling, being a typical input data in computational
numeric models.
Neste artigo são discutidas algumas estratégias para obtenção e armazenamento
automáticos de dados de temperatura da superfície do mar, bem como algumas fontes de
domínio público de tais dados, particularmente úteis na modelagem atmosférica,
servindo como dados de entrada para modelos numéricos computacionais.
Introdução
Dados sobre a temperatura da superfície do mar (TSM), além de necessários em
diversos campos de estudo, têm significativa importância na modelagem atmosférica
sendo utilizados como dados de entrada para modelos numéricos com finalidade de
previsão e simulação das condições atmosféricas. A resolução espacial (relação entre a
magnitude da superfície representada e quantidade de dados para representá-la) dos
dados é fator determinante da qualidade destes. Este trabalho visa à obtenção e
processamento de dados de temperatura da superfície do mar com boas resoluções para
alimentação do modelo atmosférico RAMS (Regional Atmosfheric Modeling System).
Nesse artigo serão discutidos os métodos utilizados para aquisição e processamento dos
dados de TSM, bem como suas fontes públicas e respectivos formatos.
Fontes de dados
No trabalho de assimilação de dados de temperatura da superfície do mar
realizado faz-se uso de duas fontes de dados, ambas públicas e disponíveis através da
Internet. O National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) disponibiliza,
através de FTP, dados de TSM com resolução de 1 grau de latitude e longitude com
cobertura de todo o globo. O NOAA também disponibiliza, através de seu página na
Internet, dados de TSM com resolução de 0.5 grau cobrindo todo o globo exceto as
latitudes abaixo de 80 Sul ou acima de 85 Norte. Essas fontes de dados apresentam
formatos e métodos de acesso diferentes, discutidos a seguir.
Acesso aos Dados de TSM
Os dados de TSM com resolução de 1 grau encontram-se sob a forma de
arquivos passíveis de aquisição via protocolo FTP com usuário anônimo no endereço
"ftpprd.ncep.noaa.gov". Cada arquivo disponível corresponde aos dados de TSM
válidos para uma certa data. Cada novo arquivo, com os dados mais recentes, é
fornecido semanalmente. A data para a qual valem os dados está representada no nome
do arquivo, composto pelos caracteres "oisst." seguidos da data no formato ano (4
dígitos), mês (2 dígitos) e dia (2 dígitos). Os dados de 0,5 grau de resolução são obtidos
através
do
sítio
do
NOAA
no
endereço
"http://www.saa.noaa.gov/nsaa/products/search?datatype_family=SST50",
onde
encontra-se um formulário que permite escolher a data e a área do globo para as quais se
deseja os dados, bem como o formato em que estes serão fornecidos.
Formato dos Dados de TSM de Resolução de 1 Grau
O arquivo com os dados de TSM com 1 grau de resolução apresenta o seguinte
formato: um descritor do arquivo, que não será detalhado, contendo 44 bytes, seguido
de uma seqüência de 180 X 360 X 4 bytes representando uma matriz 180 X 360 de
valores de ponto flutuante com 4 bytes de precisão, em formato "big-endian", no padrão
IEEE (estratégia de representação de valores de ponto flutuante seguida pela maioria
das arquiteturas de computadores), onde cada elemento representa a TSM em graus
Celsius para uma certa coordenada geográfica. Na seqüência existem ainda mais duas
matrizes de mesmas características representando a concentração de gelo na água e a
existência de terra ou água numa certa coordenada geográfica. Cada matriz supracitada
é representada no arquivo como uma seqüência de valores de quatro bytes
correspondente a uma varredura horizontal do globo, de oeste para leste, deslocando-se
verticalmente de sul para norte, tendo como ponto de partida a coordenada 0,5 grau
Leste e 89,5 graus Sul e como resolução 1 grau. Exemplificando, o primeiro valor da
seqüência, na representação da matriz de TSM, é o valor de TSM para a coordenada
(0,5E;89,5S) e os próximos 359 valores são os valores de TSM para as coordenadas até
(359,5E;89,5S), circundando o globo. Os próximos 360 valores são os valores de TSM
para as coordenadas de (0,5E;88,5S) até (359,5E;88,5S) e assim sucessivamente até que
o último valor da seqüência, o de número 180 X 360, seja o valor de TSM para a
coordenada (359,5E;89,5N). As demais matrizes seguem o mesmo esquema. Uma
descrição textual mais detalhada dos arquivos de dados de TSM de 1 grau pode ser
encontrada no mesmo endereço destes sob o título "README".
Formato dos Dados de TSM de Resolução de 0,5 Grau
Optou-se por trabalhar com os dados de TSM de 0,5 grau de resolução sob a
forma de texto, devido à facilidade de processamento sobre esse formato, embora seja
possível a obtenção dos dados sob outros formatos, como, por exemplo, imagem com
correspondência cor-temperatura. Dessa maneira, os dados adquiridos, apresentam-se
sob a forma de uma lista de valores de TSM em graus Celsius textualmente
representados, correspondendo também a uma varredura horizontal do globo de oeste
para leste e de sul para norte, com resolução de 0,5 grau de latitude e longitude.
Convém lembrar que a lista de valores de TSM é precedida por um descritor, também
textual, contendo informações úteis, tais como data (ou datas) para a qual valem os
dados, quantidade de valores representados e coordenadas geográficas abordadas. Esse
descritor pode ser ignorado quando se estabelece um padrão constante para a requisição
de dados através da página. Assim serão previamente conhecidas as informações
contidas no descritor.
Embora seja possível, através da página do NOAA, especificar a área do globo
para a qual se deseja dados de SST, no trabalho de assimilação realizado são adquiridos
dados para a máxima superfície do globo coberta por estes (de 80 Sul a 85 Norte).
Dessa maneira é obtida uma lista com 331 X 721 valores, sendo o primeiro referente à
coordenada (0E;80S), os próximos 720 referentes às coordenadas de (0,5E;80S) até
(360E;80S) e o último referente à coordenada (360E;85N).
Uma característica importante dos dados de TSM com resolução de 0,5 grau é o
fato destes apresentarem lacunas, marcadas com um certo valor inválido de temperatura,
correspondentes às porções de terra no globo. É conveniente, no processamento desses
dados, preencher as lacunas com os valores de temperatura encontrados nos dados de
TSM de 1 grau (que não possuem lacunas), evitando variações bruscas entre os valores
de temperatura para terra e mar. Tais variações bruscas poderiam ser mal interpretadas
pelo programa consumidor dos dados.
Aquisição e Processamento dos Dados de TSM
Foram desenvolvidos vários programas de computador para a aquisição
automática e processamento dos dados de TSM, tendo por objetivo final o fornecimento
de dados de TSM atuais, corretos e de boa resolução para utilização no modelo
atmosférico RAMS. Os programas foram desenvolvidos sobre sistema operacional
Linux devido ao grande acervo de ferramentas de desenvolvimento de programas
gratuitas e eficientes existentes para esse sistema.
Utilizando o sistema operacional Linux, agenda-se tarefas, através do "cron"
(utilitário que permite execução automática de programas em datas ou horários
previamente especificados), para serem executadas em horários predeterminados. Tais
tarefas são na verdade programas em "shellscript" (roteiros de comandos de interface
"shell" – interpretador de comandos típico do Linux/Unix) responsáveis por adquirir os
dados, arquivá-los e submetê-los ao processamento por programas, escritos, em geral,
na linguagem de programação C, que, respeitando o formato dos dados, os lêem de
maneira coerente e os rescrevem, em arquivos, no formato exigido pelo RAMS. Tal
formato apresenta uma certa complexidade e não será detalhado neste artigo.
Os dados de TSM de 1 grau são adquiridos por um script ("shellscript") que
executa um programa de FTP para listar os arquivos de TSM disponíveis. O script então
verifica se existe algum arquivo novo (que não exista localmente) e, em caso afirmativo,
realiza FTP novamente para obter o arquivo. A seguir descompacta o arquivo, já que
este vem em formato ZIP, e o submete ao processamento de um outro programa para
convertê-lo ao formato do RAMS.
Os dados de TSM de 0,5 grau são adquiridos por um script que, para a obtê-los,
faz uso do programa "Lynx", um navegador Linux para a Internet que opera totalmente
em modo texto dispensando interface gráfica. Esta alternativa mostrou-se prática e
eficaz devido ao fato dos dados de TSM, bem como outras informações importantes na
página do NOAA, estarem disponíveis via protocolo HTTP na forma de hipertexto que
pode ser facilmente adquirido e arquivado através do Lynx quando este é executado
com a opção "-source". Dessa forma o Lynx apenas apresenta o hipertexto da página,
que pode ser facilmente arquivado e processado, sem interpretá-lo, como faria um
navegador para Internet comum, apresentando a página.
O processo de obtenção de dados de TSM de 0.5 grau consiste dos seguintes
passos:
acessar
pelo
Lynx
o
sítio
do
NOAA
no
endereço
"http://www.saa.noaa.gov/nsaa/products/search?datatype_family=SST50", a fim de
obter o hipertexto correspondente para analisá-lo identificando a data dos dados de TSM
mais
recentes;
fazer
uma
solicitação
ao
endereço
"http://www.saa.noaa.gov/nsaa/searchSST50" com a data supracitada como um dos
argumentos, obtendo como resposta um novo hipertexto onde encontra-se especificado
o endereço para aquisição dos dados de TSM relativos àquela data; por fim, novamente
utilizando o Lynx, acessar o endereço dos dados de TSM encontrado no hipertexto,
adquirindo um texto onde encontra-se representado o descritor dos dados seguido da
lista com os valores de TSM. Os dados adquiridos sob a forma de texto são arquivados e
submetidos ao processamento de um programa específico, por nós desenvolvido, para
convertê-los ao formato do RAMS. confiável.
Resultados
O sistema de aquisição e processamento de dados de TSM, sobretudo os de 0,5
grau de resolução, encontra-se operante no GEPRA (Grupo de Estudos em Previsão
Regional Atmosférica), localizado nas dependências da FURG (Fundação Universidade
Federal do Rio Grande), e tem mostrado bons resultados, permitindo a representação de
dados de TSM com resolução suficiente para exprimir variações bruscas da temperatura
ao longo da superfície do mar que não eram bem representadas com a resolução de 1
grau. Uma comparação entre os resultados da assimilação de TSM de 1 grau de
resolução e da assimilação de TSM de 0,5 grau de resolução é feita a seguir pela
representação gráfica destes dados obtida através do processamento dos dados de saída
do RAMS pelo programa GRADS. Uma comparação visual é suficiente para evidenciar
a melhoria na qualidade da representação dos dados. A figura 1 corresponde aos dados
de TSM de 1 grau de resolução. A figura 2 corresponde aos dados de TSM de 0,5 grau
de resolução.
Figura 1. TSM 1 grau de resolução
Figura 2. TSM 0,5 grau de resolução
Bibliografia
P. J. Plauger, 1999. Standard C Library, The
S. P. Harbison, 2000. C: A Reference Manual (5th Edition)