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@PhDThesis{Diniz:2019:40PeCo,
               author = "Diniz, F{\'a}bio Luiz Rodrigues",
                title = "A 40-year perspective on the contribution of observations to 
                         forecast error reduction",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2019",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2019-08-26",
             keywords = "numerical weather prediction, data assimilation, observation 
                         impact, previs{\~a}o num{\'e}rica de tempo, 
                         assimila{\c{c}}{\~a}o de dados, impacto das 
                         observa{\c{c}}{\~o}es.",
             abstract = "Operational and quasi-operational weather prediction centers have 
                         been routinely assessing the contribution from various observing 
                         systems to reducing errors in shortrange forecasts for a number of 
                         years now. The original technique, Forecast Sensitivity 
                         Observation Impact (FSOI), involves definition of a forecast error 
                         measure and evaluation of sensitivities with respect to changes in 
                         the observations that require adjoint operators of both the 
                         underlying tangent linear model and corresponding analysis 
                         technique. The present work applies FSOI to reanalysis and aims at 
                         providing an expanded view of the contribution of various 
                         observing systems over nearly 40 years of assimilation. 
                         Specifically, this study uses MERRA-2 given that its supporting 
                         software includes all ingredients necessary to calculate FSOI. 
                         Part of this work shows how the quality of forecasts improves over 
                         the course of the reanalysis, and examines forecast sensitivities 
                         relevant to FSOI. The global assessment here finds, for example, 
                         that: conventional observations are a major player in reducing 
                         forecast error throughout the 40 years of reanalysis, even when 
                         their volume reduces from 45% in the earlier periods to about 5% 
                         in the modern era; satellite radiances, especially microwave 
                         instruments, are major contributors to error reduction from the 
                         early single platform TIROS-N days to the current multi-platform 
                         scenario; though their fractional contribution reduces slightly 
                         from the early 2000s onward after the increased availability of 
                         wind observation from aircraft and atmospheric motion vector 
                         (AMV), and the introduction of GPSRO; infrared instruments play a 
                         secondary role to microwave but are significant still, with the 
                         peculiar result of fractional impacts contribution from modern 
                         hyperspectral instruments being roughly similar to those from 
                         early infrared instruments. This work also provides an assessment 
                         of these impacts over the Amazon basin. Over this region, under 
                         self-verification, forecast errors are found to slightly increase 
                         from the early data-sparse days to more recent years, when data 
                         dramatically increases. Throughout the reanalysis, satellite 
                         radiances dominate in volume, but only in before 1999 they 
                         dominate the impacts. Beyond 1999, over 50% of forecast error 
                         reduction is associated with conventional observations 
                         (radiosondes). AMVs are also found to be large contributors to 
                         error reduction, but their contribution reduces in dry periods. In 
                         opposition to AMVs, satellite radiances tend to contribute more in 
                         the dry season. Results provide motivation for additional 
                         conventional observations and the use of all-sky treatment of 
                         radiances. The dependence of results on the chosen error measure 
                         is emphasized throughout. RESUMO: Centros de previs{\~a}o de 
                         tempo operacionais e quase-operacionais tem avaliado 
                         rotineiramente a contribui{\c{c}}{\~a}o de v{\'a}rios sistemas 
                         de observa{\c{c}}{\~a}o para reduzir os erros das previs{\~o}es 
                         de curto prazo h{\'a} v{\'a}rios anos. A t{\'e}cnica original, 
                         denominada Impacto Observa{\c{c}}{\~a}o Sensibilidade 
                         Previs{\~a}o (FSOI), envolve a defini{\c{c}}{\~a}o de uma 
                         medida de erro de previs{\~a}o e a avalia{\c{c}}{\~a}o das 
                         sensibilidades com rela{\c{c}}{\~a}o {\`a}s 
                         condi{\c{c}}{\~o}es iniciais e observa{\c{c}}{\~o}es, as quais 
                         requerem operadores adjuntos de ambos: o modelo linear tangente e 
                         a t{\'e}cnica de an{\'a}lise correspondente. O presente trabalho 
                         aplica a t{\'e}cnica FSOI em uma rean{\'a}lise e visa fornecer 
                         uma perspectiva da contribui{\c{c}}{\~a}o de v{\'a}rios 
                         sistemas de observa{\c{c}}{\~a}o ao longo de quase 40 anos de 
                         assimila{\c{c}}{\~a}o. Especificamente, este estudo utiliza o 
                         MERRA-2, uma vez que seus utilit{\'a}rios incluem todos os 
                         ingredientes necess{\'a}rios para calcular a t{\'e}cnica FSOI. 
                         Parte deste trabalho mostra como a qualidade das previs{\~o}es 
                         melhora ao longo da rean{\'a}lise, e examina as sensibilidades 
                         das previs{\~o}es relevantes para a t{\'e}cnica FSOI. A 
                         avalia{\c{c}}{\~a}o global aqui encontra, por exemplo, que: as 
                         observa{\c{c}}{\~o}es convencionais s{\~a}o as mais importantes 
                         na redu{\c{c}}{\~a}o dos erros de previs{\~a}o ao longo dos 40 
                         anos de rean{\'a}lise, mesmo quando o seu volume diminui de 45% 
                         nos per{\'{\i}}odos iniciais para aproximadamente 5% na era 
                         moderna; radi{\^a}ncias de sat{\'e}lites, especialmente 
                         instrumentos de microondas, s{\~a}o os principais contribuidores 
                         para a redu{\c{c}}{\~a}o de erros desde a {\'e}poca da 
                         plataforma {\'u}nica TIROS-N at{\'e} o atual cen{\'a}rio de 
                         multiplataformas; embora sua contribui{\c{c}}{\~a}o fracional 
                         diminua ligeiramente a partir do in{\'{\i}}cio dos anos 2000, 
                         ap{\'o}s o aumento da disponibilidade de observa{\c{c}}{\~a}o 
                         de vento de avi{\~o}es e de Vetores de Movimento Atmosf{\'e}rico 
                         (AMVs) e a introdu{\c{c}}{\~a}o das observa{\c{c}}{\~o}es de 
                         Radio Oculta{\c{c}}{\~a}o do Sistema de Posicionamento Global 
                         (GPSRO); instrumentos infravermelho desempenham um papel 
                         secund{\'a}rio com rela{\c{c}}{\~a}o aos instrumentos de 
                         microondas, mas ainda assim significativos, com o resultado 
                         peculiar da contribui{\c{c}}{\~a}o dos impactos fracionais dos 
                         instrumentos hiperespectrais modernos ser semelhante aos dos 
                         primeiros instrumentos infravermelho. Este trabalho tamb{\'e}m 
                         fornece uma avalia{\c{c}}{\~a}o desses impactos sobre a bacia 
                         amaz{\^o}nica. Nesta regi{\~a}o, os erros de previs{\~a}o 
                         aumentam ligeiramente desde os primeiros dias, os quais eram 
                         esparsos de dados at{\'e} o per{\'{\i}}odo mais recente, quando 
                         os dados aumentam dramaticamente. Ao longo da rean{\'a}lise, 
                         radi{\^a}ncias de sat{\'e}lite dominam em volume, por{\'e}m 
                         somente dominam os impactos antes no per{\'{\i}}odo pr{\'e}vio 
                         {\`a} 1999. A partir dos anos 2000, mais de 50% da 
                         redu{\c{c}}{\~a}o dos erros das previs{\~o}es est{\'a} 
                         associada {\`a}s observa{\c{c}}{\~o}es convencionais 
                         (principalmente radiossondas). AMVs tamb{\'e}m s{\~a}o 
                         considerados grandes contribuidores para a redu{\c{c}}{\~a}o dos 
                         erros, por{\'e}m sua contribui{\c{c}}{\~a}o apresenta 
                         sazonalidade, reduzindo sua contribui{\c{c}}{\~a}o nos 
                         per{\'{\i}}odos secos. Ao contr{\'a}rio dos AMVs, as 
                         radi{\^a}ncias de sat{\'e}lites tendem a contribuir mais durante 
                         a esta{\c{c}}{\~a}o seca. Os resultados fornecem 
                         motiva{\c{c}}{\~a}o para adi{\c{c}}{\~a}o de 
                         observa{\c{c}}{\~o}es convencionais e o tratamento das 
                         radi{\^a}ncias por meio da t{\'e}cnica todo-o-c{\'e}u (do 
                         ingl{\^e}s all-sky). A depend{\^e}ncia dos resultados {\`a} 
                         medida de erro escolhida {\'e} enfatizada.",
            committee = "Arav{\'e}quia, Jos{\'e} Ant{\^o}nio (presidente) and Herdies, 
                         Dirceu Luis (orientador) and Todling, Ricardo (orientador) and 
                         Coelho, Simone Marilene Sievert da Costa and Dias, Pedro Leite da 
                         Silva and Harter, Fabr{\'{\i}}cio Pereira",
         englishtitle = "Uma perspectiva de 40 anos sobre as contribui{\c{c}}{\~o}es das 
                         observa{\c{c}}{\~o}es {\`a} redu{\c{c}}{\~a}o dos erros das 
                         previs{\~o}es",
             language = "en",
                pages = "110",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3TTLN6B",
                  url = "http://urlib.net/rep/8JMKD3MGP3W34R/3TTLN6B",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "15 dez. 2019"
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