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    Planet Earth 2011

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    The failure of the UN climate change summit in Copenhagen in December 2009 to effectively reach a global agreement on emission reduction targets, led many within the developing world to view this as a reversal of the Kyoto Protocol and an attempt by the developed nations to shirk out of their responsibility for climate change. The issue of global warming has been at the top of the political agenda for a number of years and has become even more pressing with the rapid industrialization taking place in China and India. This book looks at the effects of climate change throughout different regions of the world and discusses to what extent cleantech and environmental initiatives such as the destruction of fluorinated greenhouse gases, biofuels, and the role of plant breeding and biotechnology. The book concludes with an insight into the socio-religious impact that global warming has, citing Christianity and Islam

    Estimação do campo tridimensional do vapor de água troposférico através de técnicas de tomografia por GNSS e InSAR

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    Tese de doutoramento, Ciências Geofísicas e da Geoinformação (Engenharia Geográfica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016A avaliação do conteúdo do vapor de água atmosférico é uma tarefa crucial para o estudo da meteorologia. Presentemente o vapor de água não é observado pelos sensores meteorológicos com uma resolução espacial e temporal suficiente, revelando-se como uma das maiores fontes de erro na previsão dos modelos numéricos, particularmente em situações de ocorrência de fenómenos meteorológicos severos. O objetivo principal deste trabalho consistiu em desenvolver um sistema tomográfico baseado em dados GNSS (Global Navigation Satellite System), que permitisse estimar o campo 3D do vapor de água troposférico numa região, de forma a avaliar a sua elevada variabilidade espácio-temporal num referencial 4D (3D espaciais mais o tempo). As observações oblíquas que rastreiam continuamente a atmosfera a partir de um conjunto de estações GNSS no terreno permitem, através da discretização do espaço da troposfera numa grelha 3D, a formulação de um sistema de equações que relaciona a medida do atraso troposférico do sinal GNSS e o vapor de água em cada espaço da grelha. O problema inverso, proposto pela tomografia GNSS, é resolvido aplicando técnicas de mínimos quadrados com incorporação de constrangimentos espácio-temporais na estabilização do sistema, que são necessários devido à cobertura insuficiente da grelha 3D por parte das observações GNSS. É investigada a inclusão de diversas medições meteorológicas externas no sistema, como perfis de radiossondas, imagens de satélite processadas com a técnica da interferometria SAR e a inclusão de produtos provenientes de sensores multiespectrais como o MODIS (Moderate-resolution imaging spectroradiometer) ou o AIRS (Atmospheric Infrared Sounder). Os lançamentos de radiossondas fornecem informação sobre a distribuição vertical da humidade na troposfera, que é fundamental para resolver o sistema tomográfico, enquanto a aquisição de imagens de satélite introduz uma alta densidade espacial de informação, devido à elevada quantidade de píxeis fornecida numa só imagem. A metodologia para realizar a tomografia GNSS foi desenvolvida de raiz e aplicada a um conjunto de estações existentes na região da Grande Lisboa, sendo um estudo pioneiro ao nível do país. Foram reunidas imagens InSAR, MODIS e AIRS localizadas sobre esta área, para realizar os constrangimentos espácio-temporais no sistema de equações. A aferição da qualidade dos resultados obtidos pela tomografia é realizada através de perfis radiossondagens e simulações da atmosfera determinadas através de simulações de modelos WRF (Weather Research and Forecast). É observado que a introdução de medições externas de humidade, para além de permitir preencher melhor o espaço da grelha tomográfica facilitando o processo de inversão do sistema de equações, permite obter uma solução 3D do vapor de água mais próxima da realidade. Neste trabalho foram também efetuados alguns estudos não relacionados diretamente com a tomografia. Foi analisada uma série contínua de dados para avaliar a relação entre o comportamento do sinal meteorológico GNSS e a ocorrência de precipitação nas estações meteorológicas locais. É observada uma correlação positiva entre eventos de precipitação intensa e o aumento rápido do PWV medido em estações GNSS. Ficou demonstrando que a combinação de dados meteorológicos com dados GNSS numa estação pode fornecer informação adicional para a previsão local e em tempo quase real de precipitação intensa. Outro estudo importante consistiu na simulação de dados GNSS, a partir dos sistemas GPS (Global Positioning System) e Galileo, avaliando o benefício para a solução tomográfica quando o sistema europeu estiver operacional. É avaliada uma série temporal contínua de soluções de um dia através da introdução de perturbações numa solução de atmosfera padrão, tendo-se verificado que o aumento do número de observações com a introdução do sistema Galileo aumenta a capacidade da tomografia GNSS na reconstrução das perturbações. A comparação visual e estatística das soluções da tomografia GNSS, avaliando a sua precisão através de perfis de radiossonda ou de simulações do modelo atmosférico WRF, indica em geral uma boa concordância com estas técnicas para todas as experiências e testes de sensibilidade realizados neste trabalho. A possibilidade de no futuro se integrar simultaneamente as observações dos diversos sistemas na tomografia GNSS poderá permitir a obtenção de soluções mais realistas.Evaluation of the atmospheric water vapor content is a crucial task for meteorology. Water vapor is not currently observed by the meteorological sensors with sufficient spatial resolution, becoming an important error source in numerical weather forecast models, particularly in situations related to severe weather phenomena. The main goal of this work consisted in the development of a tomographic system based on GNSS (Global Navigation Satellite System) data, which allowed estimating a 3D tropospheric water vapor field in a region, in order to evaluate its high spatial-temporal variability in a 4D referential (spatial 3D plus time). A set of slant observations that traverse the atmosphere continuously from a GNSS network on the terrain, with the signal properties sensible to water vapor content, allows thorough the discretization of the tropospheric space into a 3D grid, to setup a system of equations which relate the tropospheric delay of the GNSS signal with the water vapor content inside each grid space. The inverse problem, which is introduced by the GNSS tomography formulation, is usually solved by applying least square techniques, together with spatial and temporal constraints to stabilize the system inversion, which are needed to overcome the insufficient grid coverage provided by the GNSS observations. The inclusion of several external meteorological measurements into the system is investigated, like radiosonde profiles, satellite images processed using SAR interferometry techniques and the inclusion of products derived from multispectral sensors like MODIS (Moderate-resolution imaging spectroradiometer) or AIRS (Atmospheric Infrared Sounder). Radiosonde launches provide information about the vertical distribution of humidity along the troposphere, which is crucial to solve the tomographic system, while satellite data acquisition introduces high spatial density information due to the high pixel amount of information stored in one image. A GNSS tomographic methodology was developed from scratch and applied to a network of stations located in the Greater Lisbon region (Portugal), being a groundbreaking study at country-level. InSAR, MODIS and AIRS data located in this area were gathered to perform the spatial-temporal constraints into the system of equations. Quality of the results obtained from the tomography was assessed throughout radiosonde profiles and atmospheric simulations produced by the WRF (Weather Research and Forecast) model. The inclusion of external humidity measurements allows a better fulfilling of the tomographic grid, facilitating the systems inversion process and allowing to obtain a 3D water vapor solution closer to the real atmospheric state. Studies not directly related to the tomography technique were also performed in this work. A continuous data series was analyzed in order to evaluate the relationship between the GNSS meteorological signal and the occurrence of precipitation in local meteorological stations. Positive correlation was verified between the rapid PWV growth measured in a GNSS station and the occurrence of intense precipitation. It was demonstrated that the combination of meteorological data with GNSS data from a station can provide additional information to nowcast locally strong precipitation. Another important study was based in GNSS data simulation with GPS (Global Positioning System) and Galileo systems, evaluating the benefit to the tomography solution when the European system becomes operational. A continuous temporal series of solutions for one day was assessed through the introduction of perturbations in an atmospheric standard solution, being verified that the increment in the observation number throughout the Galileo observations improves the GNSS tomography capacity to reconstruct the induced perturbations. Statistical and visual comparison of the GNSS tomography solutions, evaluating its precision with radiosonde profile or numerical weather WRF simulations, shows in general a good agreement between the techniques throughout all of the experiments performed in this thesis. The future possibility of integrating multiple observations from several GNSS systems into the tomography could generate solutions closer to the real atmospheric state
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