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Validação dos Dados

Vários fatores afetam a confiabilidade de dados medidos em campo por equipamentos automáticos. Relâmpagos, mau funcionamento ou mesmo acidentes com animais podem alterar as medições tornando-as incorretas.

A rede SONDA de dados, antes de disponibilizar os dados de suas estações, submete-os a um processo de validação que objetiva identificar os dados suspeitos. Através desse processo é possível não só garantir a confiabilidade dos dados, mas também acionar a equipe de engenheiros responsável pela manutenção dos equipamentos, muitos localizados em regiões remotas. Os relatórios de controle de qualidade poderão ainda ser utilizados pelos cientistas da equipe envolvida como base para futuros aprimoramentos das estações.

O processo de validação dos dados obtidos pelas estaçãos SONDA baseia-se na estratégia de controle de qualidade de dados adotada pela BSRN (Baseline Surface Radiation Network).

Embora a BSRN trate apenas de radiação solar, sua estratégia de controle de dados foi também aplicada aos dados meteorológicos e anemométricos, sendo para isso adotados os critérios de análise estabelecidos pela Webmet.com.

Assim como o WRMC (World Radiation Monitoring Center) procede com relação aos dados da BSRN, a rede SONDA não altera sua base de dados original. A execução do processo de controle de qualidade não corrige os dados, apenas sinaliza aqueles suspeitos de estarem incorretos, gerando um código de validação para cada dado coletado. Esses códigos numéricos de 4 dígitos são armazenados em arquivos a parte que podem ser obtidos e consultados pelos usuários, ficando a seu critério a utilização ou não do dado suspeito. Exemplo: o arquivo de dados PTR0707ED possui o arquivo de validação PTR0707ED_DQC.

Gráficos da Qualificação Para facilitar a visualização da validação dos dados de cada estação, estão disponíveis, na mesma área de download, os gráficos com o resultado mês a mês, onde podem ser vistos os percentuais de aprovação em cada uma das etapas.



Processo

O processo de controle de qualidade é composto de 4 etapas sequenciais iniciadas com filtros mais grosseiros e terminadas com filtros mais refinados. Esses filtros sinalizam quando um dado é considerado suspeito de incorreção através da execução de algoritmos que adotam os seguintes critérios:

Etapas Variáveis
Anemométricas
Variáveis
Meteorológicas
Variáveis
Radiométricas
     1 Algoritmo 1
Dado suspeito quando físicamente impossível.
     2 Algoritmo 2
Dado suspeito quando o evento é extremamente raro.
     3 Algoritmo 3
Dado suspeito quando apresenta uma evolução temporal não condizente com o esperado para a variável.
Algoritmo 3
Dado suspeito quando inconsistente com medidas apresentadas por outras variáveis da mesma estação.
     4 Algoritmo 4
Dado suspeito quando inconsistente com medidas apresentadas por outras variáveis da mesma estação.
Algoritmo 4
(ainda não aplicado
)
Dado suspeito caso a medida esteja inconsistente quando comparada com estimativas de modelos computacionais.

(ver detalhes dos critérios)

A aprovação em cada etapa é requisito para a continuidade do processo. Assim, somente quando um dado for considerado aprovado numa etapa, a etapa seguinte será iniciada. Se não ouver aprovação, o processo será interrompido e o dado receberá o código equivalente a suspeito. Se ouver aprovação, o dado receberá o código de aprovado e a etapa seguinte será iniciada, conforme explicado a seguir.

Código

O resultado de cada uma das etapas aplicadas no controle de qualidade é dado na forma de códigos numéricos, lidos da direita para a esquerda, que classificam o valor medido dentro dos seguintes parâmetros:

0 nenhum procedimento foi executado
2 dado suspeito de ser incorreto
5 procedimento não pode ser executado
9 dado de boa qualidade ou não suspeito

Cada dado, portanto, terá um qualificador de 4 dígitos como nos exemplos:

0

 

9

 

9

 

9

< Início da leitura

             

Algoritmo 1: aprovado, não suspeito

         

Algoritmo 2: aprovado, não suspeito

     

Algoritmo 3: aprovado, não suspeito

 

Algoritmo 4: nenhum procedimento executado

5

 

2

 

9

 

9

< Início da leitura

             

Algoritmo 1: aprovado, não suspeito

         

Algoritmo 2: aprovado, não suspeito

     

Algoritmo 3: suspeito, pode estar incorreto

 

Algoritmo 4: procedimento não pode ser executado

5

 

5

 

5

 

2

< Início da leitura

             

Algoritmo 1: suspeito, pode estar incorreto

         

Algoritmo 2: procedimento não pode ser executado

     

Algoritmo 3: procedimento não pode ser executado

 

Algoritmo 4: procedimento não pode ser executado


Fluxogramas do processo

Dados Anemométricos e Meteorológicos

Fluxograma da validação de dados anemométricos e meteorológicos

Dados Solarimétricos

Fluxograma da validação de dados solarimétricos

Critérios

Nos procedimentos de controle de qualidade, um dado será sinalizado como correto quando atender aos limites descritos na tabela abaixo. Esses limites são baseados nos critérios das seguintes organizações:

  • BSRN - para os dados de radiação solar
  • Webmet.com - para os dados meteorológicos e anemométricos

VARIÁVEIS ANEMOMÉTRICAS
Fisicamente Possível
(algoritmo 1)
Extremamente Raro
(algoritmo 2)
Evolução Temporal
(algoritmo 3)
Comparação entre Sensores
(algoritmo 4)
Temperatura (°C) variáveis: tp_25m e tp_50m
min.:
mínimo absoluto local

max.:
máximo absoluto local
variação < 5° num período de 1 hora variação > 0,5° num período de 12 horas consecutivas não aplicado
Velocidade do Vento (ms-1) variáveis:  ws_25m e  ws_50m
min.:
0

max.:
25
variação > 0,1 num período de 3 horas consecutivas variação > 0,5 num período de 12 horas consecutivas dado do sensor mais alto > dado do sensor mais baixo no mesmo momento
Direção do Vento (graus) variáveis: wd_25m e  wd_50m
min.:


max.:
360°
variação > 1° num período de 3 horas consecutivas variação > 10° num período de 18 horas consecutivas não aplicado
 

VARIÁVEIS METEOROLÓGICAS

Fisicamente Possível
(algoritmo 1)
Extremamente Raro
(algoritmo 2)
Evolução Temporal
(algoritmo 3)
Temperatura (°C) variável: tp_sfc
min.:
mínimo absoluto local (*)

max.:
máximo absoluto local (*)
variação < 5° num período de 1 hora variação > 0,5° num período de 12 horas consecutivas
Umidade (%) variável: humid
min.:
0
max.:
100
não aplicado não aplicado
Pressão Atmosférica (mb) variável: press
min.:
mínimo para a altitude (*)

max.:
máximo para a altitude (*)
variação < 6 num período de 3 horas consecutivas não aplicado
Precipitação (mm) variável: rain
min.:
0 por minuto (*)

max.:
máximo absoluto local (*)
variação < 25 num período de 1 hora variação < 100 num período de 24 horas consecutivas
Velocidade do Vento (ms-1) variável: ws_10m
min.:
0

max.:
25
variação > 0,1 num período de 3 horas consecutivas variação > 0,5 num período de 12 horas consecutivas
Direção do Vento (graus) variável: wd_10m
1.
desvio padrão 0 (zero)

2.
min.:

max.:
360°
variação > 1° num período de 3 horas consecutivas variação > 10° num período de 18 horas consecutivas
(*) Segundo as Normais Climatológicas do INMET
Observação: o algoritmo 4 ainda não é aplicado a essas variáveis.

VARIÁVEIS RADIOMÉTRICAS
Fisicamente Possível
(algoritmo 1)
Extremamente Raro
(algoritmo 2)
Comparação entre Sensores
(algoritmo 3)
Global Horizontal (Wm-2) variável: glo_avg
1.
desvio padrão 0 (zero)

2.
min.: -4
max.: Sa × 1,5 × µ01,2 + 100
min.:
-2

max.:
Sa × 1,2 × µ01,2 + 50
(Global) / (Sum) deve estar entre ± 10% de 1,0 para AZS < 75°, Sum > 50

(Global) / (Sum) deve estar entre ± 15% de 1,0 para 93° > AZS > 75°, Sum > 50

Obs.: este teste não é possível para Sum < 50
Direta Normal (Wm-2) variável: dir_avg
1.
desvio padrão 0 (zero)

2.
verificação do estado de operação do rastreador solar (onde existente)

3.
min.: -4
max.: Sa
min.:
-2

max.:
Sa × 0,95 × µ00,2 + 10
Direta × µ0 - 50 direta horizontal (Global - Difusa) Direta × µ0 + 50
Difusa (Wm-2) variável: diff_avg
1.
desvio padrão 0 (zero)

2.
verificação do estado de operação do rastreador solar (onde existente)

3.
min.: -4
max.: Sa × 0,95 × µ01,2 + 50
min.:
-2

max.:
Sa × 0,75 × µ01,2 + 30
(Difusa) / (Global) < 1,05 para AZS < 75°, Global > 50

(Difusa) / (Global) < 1,10 para 93° > AZS >75°, Global > 50

Obs.: este teste não é possível para Global < 50
Onda Longa (Wm-2) variável: lw_avg
1.
desvio padrão 0 (zero)

2.
verificação do estado de operação do rastreador solar (onde existente)

3.
min.: 40
max.: 700
min.:
60

max.:
500
0,4 × σTa4 < LWdn < σTa4 + 25
PAR (µmols s-1m-2) variável: par_avg
1.
desvio padrão 0 (zero)

2.
min.: -4
max.: 2,07 × (Sa × 1,5 × µ01,2 + 100Wm-2)
min.:
-2

max.:
2,07 × (Sa × 1,2 × µ>01,2 + 50Wm-2)
Comparação com estimativas obtidas a partir dos dados de Iluminância e Global Horizontal.
Os limites para aceitação do dado como "não suspeito" são determinados em função do AZS.
Iluminância (klux) variável: lux_avg
1.
desvio padrão 0 (zero)

2.
min.: -4
max.: 0,1125 × (Sa × 1,5 × µ01,2 + 100Wm-2)
min.:
-2

max.:
0,1125 × (Sa × 0,95 × µ01,2 + 50Wm-2)
Comparação com estimativas obtidas a partir dos dados de PAR e Global Horizontal.
Os limites para aceitação do dado como "não suspeito" são determinados em função do AZS.
Observação: o algoritmo 4 ainda não é aplicado a essas variáveis.

Legenda
AZS = ângulo do zênite solar
µ0 = Cos (AZS)     Nota: nas fórmulas acima, se AZS > 90°, µ0 é considerado 0,0
S0 = constante solar a distância média Terra-Sol
UA = distância Terra-Sol em Unidades Astronômicas, 1 UA = distância média Terra-Sol
Sa = S0/UA2 = constante solar ajustada para distância Terra-Sol
Sum = [Difusa + (Direta Normal) × µ0]
σ = constante Stephan-Boltzmann = 5,67 × 10-8 Wm-2 K-4
Ta = temperatura do ar em graus Kelvin     Nota: deve estar entre 170K < Ta < 350K
Global = radiação solar medida por um piranômetro sem sombreador
Difusa = radiação solar medida por um piranômetro com sombreador
Direta Normal = componente direta normal da radiação solar incidente na superfície
LWdn: radiação de onda longa descendente medida por um pirgeômetro

 

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