Análise da correlação espacial do PWV-GNSS visando a investigação de fenômenos atmosféricos : estudo de caso para a serra do mar paranaense

Abstract

Resumo: O vapor d'água atmosférico (PWV, acrônimo em inglês de Precipitable Water Vapor) é uma variável com alta dinâmica no espaço e tempo, e por isso monitorá-lo continuamente é uma tarefa difícil e de alto custo. O presente trabalho visa apresentar uma proposta para monitoramento contínuo do PWV, em um estudo de caso sobre a região da Serra do Mar paranaense. Este estudo explora dados de 6 estações GNSS (Global Navigation Satellite System) por período de três semanas, instaladas na região de estudo. Nos processamentos dos dados GNSS foi utilizado o PPP-IBGE, e as estimativas do PWV foram obtidas empregando metodologia sugerida por bibliografias consagradas. A metodologia de estimativa PPP-IBGE foi validada através de comparação com resultados obtidos pelo software científico Bernese©. Análises de correlação de dados e técnicas de interpolação geoestatística foram aplicados a fim de investigar a dependência espacial do PWV na região e a viabilidade de empregar tais dados em estudos climáticos e meteorológicos. Foram avaliadas as dependências entre as séries temporais obtidas por todas as estações GNSS, por meio de coeficiente de correlação, análise de componentes principais e testes de homogeneidade regional. Para a interpolação espacial dos dados foram avaliados três métodos: inverso da distância, krigagem universal e krigagem universal ponderada pela altitude (co-krigagem colocalizada), sendo que este último se apresentou melhor que os demais em até 79,76%. Os resultados interpolados foram úteis para obtenção de série temporal que auxilie a detecção de passagens de zonas frontais pelo local, o que foi investigado pela comparação com cartas sinóticas de superfície geradas pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Ao fim verificou-se que o PWV-GNSS das estações utilizadas possuem forte correlação e a região pode ser considerada homogênea em termos de água precipitável, com a ressalva da diferença em altitude que impacta consideravelmente os resultados. Corrigindo este efeito sistemático, a metodologia se apresenta adequada para os objetivos que se propõe.

Abstract: Precipitable Water Vapour (PWV) is a variable with high time-space dynamics, so monitoring it is a difficult and high-cost work. This research aims to present a proposal to continuous monitoring of PWV, through a study case at the Parana's Coast Mountain Range. It investigates data from 6 GNSS (Global Navigation Satellite System) stations, located in the study region for an uninterrupted period of three weeks. For the data processing it was used the PPP-IBGE application, and the PWV were estimated through reliable methodology found in literature. The PPP-IBGE PWV values were validated using scientific software Bernese©. Data correlation analysis and geostatistics interpolation methods have been applied to investigate the spatial dependency of PWV and to check the viability of the technique for weather and climate studies. The dependency of the time series between all stations were analysed using correlation coefficients, principal components analysis and regional homogeneity tests. For step of data interpolation three methods were verified: inverse distance weighting, universal kriging and universal kriging weighted by altitude (colocalized cokriging). The last one was better than the others, improving the results in up 79,76%. The interpolation was useful to get a time series that subsidizes the analysis of zonal front passages at the study region. It has been proven through comparison to the synoptics maps created by the Brazilian Institute for Space Research (INPE). It has been verified that the PWV-GNSS values obtained from the GNSS stations have high correlation, and the region is homogeneous in terms of precipitable water. For this result, the elevation gradient needs to be considered, and after this correction the methodology becomes appropriated for the proposed objectives.