A estação de medição na cobertura do Instituto de Geodésia e Fotogrametria recebe dados de GPS e outros sistemas de navegação por satélite 24 horas por dia. Crédito:ETH Zurique / Benedikt Soja Uma tempestade excepcionalmente severa varreu Zurique em 13 de julho de 2021, pouco antes das 2h, com rajadas uivantes, relâmpagos constantes e chuvas torrenciais que acordaram as pessoas sobressaltadas.
Benedikt Soja, Professor de Geodésia Espacial, dormiu pouco naquela noite. “Foi uma das tempestades mais fortes que já presenciei. Acordei no meio da noite e pude ver a tempestade forte pela janela”, lembra ele.
A dimensão da tempestade tornou-se evidente na manhã seguinte:árvores caídas nas ruas e parques, telhados danificados e linhas aéreas de eléctrico derrubadas em várias partes de Zurique. O terreno nas proximidades do campus de Hönggerberg também estava coberto de galhos e até de árvores inteiras. “A tempestade deve ter passado direto pela ETH”, diz Soja.
Faltas de dados do GPS
Uma estação GPS no telhado do Instituto de Geodésia e Fotogrametria no campus de Hönggerberg registra os sinais de vários sistemas de satélite 24 horas por dia. Ao examinar mais detalhadamente os dados da noite da tempestade, Soja e seus colegas do Instituto não conseguiram acreditar no que viam.
"Houve interrupções no processamento de dados GPS. A princípio não conseguimos entender o que as causou", diz Matthias Aichinger-Rosenberger, ex-pós-doutorado no grupo de Soja e agora professor na ETH Zurique. Quando outras estações também relataram interrupções na medição de dados de GPS e outros sistemas de navegação por satélite naquela noite, os pesquisadores começaram a analisar os dados brutos da antena no campus de Hönggerberg.
Eles conseguiram demonstrar isso em um estudo publicado na revista Geophysical Research Letters , que eventos climáticos extremos influenciam a qualidade dos sinais GPS e que estes sinais são, portanto, também adequados para a detecção de tempestades. Um dia poderá até ser possível usá-los para a detecção precoce e previsão de tempestades.
A relação sinal-ruído caiu
Os cientistas tiraram as suas conclusões da análise dos dados da tempestade de 13 de julho e de outra tempestade no verão de 2021. Tornou-se evidente que os eventos climáticos extremos tiveram impacto na relação sinal-ruído, o que indica como fortes são os sinais dos satélites que chegam até nós na Terra. Quanto maior a relação, melhor será a qualidade do sinal.
“A intensidade do sinal que medimos com a nossa antena no telhado normalmente muda apenas minimamente”, diz Aichinger-Rosenberger. No entanto, este não foi o caso nos dois dias de tempestade:"A relação sinal-ruído nos dados do GPS caiu consideravelmente no momento da tempestade. Vimos que, depois que a tempestade passou, ela voltou ao normal. faixa."
Para determinar a hora precisa da chegada da tempestade e verificar se esta correspondia à hora em que a relação sinal-ruído caiu, os investigadores compararam os seus dados com dados de radar da Universidade de Berna.
“Isto confirmou a nossa suspeita de que havia uma ligação direta”, disse Aichinger-Rosenberger.
Foi chuva forte ou granizo?
Os pesquisadores estão certos de que a forte precipitação é responsável pela queda repentina na relação sinal-ruído. O que não está claro é que tipo de precipitação – chuva ou granizo – tem maior impacto e porquê. Isso é algo que os cientistas desejam aprender no futuro.
Por mais simples que possa parecer o resultado do estudo, é um avanço para a pesquisa em geodésia espacial.
“Nunca foi provado ainda que tempestades severas e outros eventos climáticos com fortes precipitações influenciam significativamente a relação sinal-ruído”, diz Aichinger-Rosenberger. Foi assumido até agora que o GPS é um sistema independente do clima. Agora parece que os dados do GPS são sensíveis o suficiente para capturar tais perturbações atmosféricas.
Previsão de precipitação de forma mais confiável
Estas descobertas poderão abrir novas perspectivas para a utilização de dados de navegação por satélite em meteorologia.
“Queremos agora recolher mais medições para melhorar a previsão da precipitação nos modelos meteorológicos”, afirma Soja. A previsão fiável da precipitação continua a ser um grande desafio. "Muitos outros parâmetros meteorológicos, como a temperatura, podem agora ser predeterminados muito bem com modelos meteorológicos numéricos. Infelizmente, porém, tais modelos muitas vezes não são bons o suficiente no caso de precipitação."
Para que um dia possamos utilizar as descobertas dos pesquisadores da ETH para fazer previsões, elas devem ser relacionadas a um modelo meteorológico.
"Para transferir as nossas observações para parâmetros específicos, como o conteúdo de água e gelo no ar ou a direção do movimento da tempestade, precisamos coletar e analisar mais dados. Essas descobertas poderiam então ser incorporadas em um modelo meteorológico baseado em computador em para melhorar a previsão de precipitação", diz Aichinger-Rosenberger.
Mais receptores necessários para detecção precoce
As tempestades ainda precisam passar diretamente sobre a estação de medição para obter sinais de GPS para serem detectadas. Dado que a rede de estações de medição não é suficientemente unida, o método ainda não é adequado para a detecção precoce de tempestades.
“Se, por exemplo, tivéssemos trinta a quarenta receptores estacionários em torno de Zurique, seríamos capazes de captar eventos climáticos extremos em toda a cidade com precisão e também de forma muito económica”, explica Soja. “Uma densa rede de estações também poderia ser usada para determinar para onde as tempestades estão se movendo e com que rapidez.”
Um tal sistema de detecção precoce poderia no futuro ser utilizado, por exemplo, para garantir um tráfego aéreo seguro, afirma Soja:"Uma rede densa de estações GPS em torno do aeroporto permitiria localizar uma tempestade em tempo real e emitir avisos para esta tempestade. efeito."
Além de aperfeiçoar o método, os cientistas também planeiam expandir o seu trabalho de investigação em toda a Suíça e a nível europeu, para alargar a sua rede em conformidade. Embora a forte tempestade de Julho de 2021 tenha causado muitos danos locais, também permitiu a aquisição de conhecimentos que um dia poderão ser aplicados globalmente.
Geodésia espacial
A geodésia espacial é um campo da geodésia que aborda a medição e mapeamento de grandes áreas, particularmente da Terra, utilizando tecnologia espacial. O principal objetivo da geodésia espacial é obter informações precisas sobre a forma, tamanho e movimento da Terra.
O GPS é um componente decisivo da geodésia espacial. Os satélites GPS podem ser usados para determinar as posições do usuário na Terra com um alto nível de precisão. Isso é usado em muitas aplicações, como navegação, levantamento topográfico e sistemas de informação geográfica.
