universitatea politehnia uureȘti facultatea de Științe ... · generalized aerosol retrieval from...

Testarea codului GARRLiC pentru calculul parametrilor de microfizică ai aerosolului

din date de teledetecție

Student: Victor-Cristian Palea

Coordonatori: S. l. Liliana Preda C. P. I Doina Nicolae

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCUREȘTI Facultatea de Științe Aplicate

Inginerie Fizică

GARRLiC Generalized Aerosol Retrieval from Radiometer and

LiDAR Combined data

Date măsurate de Departamentul de Teledetecție al INOE 2000

Rezultate

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC Generalized Aerosol Retrieval from Radiometer and

LiDAR Combined data

Date măsurate de Departamentul de Teledetecție al INOE 2000

Funcționalitate Rezultate

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC Generalized Aerosol Retrieval from Radiometer and

LiDAR Combined data

Date măsurate de Departamentul de Teledetecție al INOE 2000

Funcționalitate Rezultate

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC Generalized Aerosol Retrieval from Radiometer and

LiDAR Combined data

Date măsurate de Departamentul de Teledetecție al INOE 2000

Funcționalitate Rezultate

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Aerosolul

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Aerosolul

Sistem coloidal polidispers de particule solide sau lichide de mici dimensiuni ce se află în atmosferă

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Aerosolul

Sistem coloidal polidispers de particule solide sau lichide de mici dimensiuni ce se află în atmosferă

Dinamica maselor de aer

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Aerosolul

Sistem coloidal polidispers de particule solide sau lichide de mici dimensiuni ce se află în atmosferă

Studii climatologice

Dinamica maselor de aer

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Aerosolul

Sistem coloidal polidispers de particule solide sau lichide de mici dimensiuni ce se află în atmosferă

Studii climatologice

Dinamica maselor de aer

Bilanțul energetic al Terrei

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Aerosolul

Sistem coloidal polidispers de particule solide sau lichide de mici dimensiuni ce se află în atmosferă

Studii climatologice

Dinamica maselor de aer

Bilanțul energetic al Terrei

Calitatea aerului

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC AERONET LiRIC

Caracterizare globală a aerosolului

Caracterizare globală și pe nivele de altitudine a

aerosolului

Iterare manuală

Caracterizare globală și pe nivele de altitudine a

aerosolului

Iterare automată

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC AERONET LiRIC

Caracterizare globală a aerosolului

Caracterizare globală și pe nivele de altitudine a

aerosolului

Iterare manuală

Caracterizare globală și pe nivele de altitudine a

aerosolului

Iterare automată

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC

Caracterizare aerosol

Parametrii optici și de microfizică

Distribuția pe altitudine a aerosolului

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC

Date LiDAR Date de fotometru

sincronizate temporal

Caracterizare aerosol

Parametrii optici și de microfizică

Distribuția pe altitudine a aerosolului

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC

Caracterizare aerosol

Parametrii optici și de microfizică

Parametri preprocesare Distribuția pe altitudine

a aerosolului

Date LiDAR Date de fotometru

sincronizate temporal

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC

Caracterizare aerosol

Parametrii optici și de microfizică

Parametri preprocesare Distribuția pe altitudine

a aerosolului

Date LiDAR Date de fotometru

sincronizate temporal

Testarea

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC

Caracterizare aerosol

Parametrii optici și de microfizică

Parametri preprocesare

Procedură de utilizare

Distribuția pe altitudine a aerosolului

Testarea

Date LiDAR Date de fotometru

sincronizate temporal

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Datele LiDAR

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Datele LiDAR

LiDAR

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Datele LiDAR

LiDAR

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

𝑆 ℎ, 𝜆 =𝐶

ℎ2∙ 𝛽 ℎ, 𝜆 ∙ 𝑒

−2 𝛼 𝑥,𝜆 𝑑𝑥ℎℎ𝑚𝑖𝑛

Semnal LiDAR Coeficient de retroîmproăștiere

Coeficient de atenuare Constantă de aparat

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Datele de fotometru

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Fotometru

Datele de fotometru

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Fotometru

Datele de fotometru

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

𝐼 𝑥 = 𝐼0 ∙ 𝑒 𝜎 𝑥′ 𝑑𝑥′𝑥𝑥𝑚𝑎𝑥

Coeficient de atenuare

Iradianță Interval altitudine

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Fotometru

Datele de fotometru

Standardizat de AERONET

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Parametri de preprocesare

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Parametri de preprocesare

Selecție a datelor LiDAR

Calibrare a datelor LiDAR

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Parametri de preprocesare

Selecție a datelor LiDAR

Calibrare a datelor LiDAR

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Interval temporal

Interval spațial

Parametri de preprocesare

Selecție a datelor LiDAR

Calibrare a datelor LiDAR

Interval temporal

Interval spațial

Altitudine de referință

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC

Cod Preprocesare Cod procesare finală GRASP

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC

Cod Preprocesare Cod procesare finală GRASP

Date intrare

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC

Cod Preprocesare Cod procesare finală GRASP

Date intrare

Procedură

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC

Cod Preprocesare Cod procesare finală GRASP

Date intrare

Fișier transfer

Procedură

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC

Cod Preprocesare Cod procesare finală GRASP

Date intrare

Fișier transfer

Date ieșire

Procedură

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC

Cod Preprocesare Cod procesare finală GRASP

Date intrare

Fișier transfer

Date ieșire Reprezentare grafică

Procedură

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Parametri optici și de microfizică

Distribuția pe altitudine a aerosolului

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Parametri optici și de microfizică

Distribuția după dimensiuni

Indicele de refracție complex

Distribuția pe altitudine a aerosolului

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Parametri optici și de microfizică

Distribuția după dimensiuni

Modurile fine și coarse

Distribuția pe altitudine a aerosolului

Indicele de refracție complex

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Parametri optici și de microfizică

Distribuția după dimensiuni

Modurile fine și coarse

Distribuția pe altitudine a aerosolului

Indicele de refracție complex

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Parametri optici și de microfizică

Distribuția după dimensiuni

Modurile fine și coarse

Distribuția pe altitudine a aerosolului

Indicele de refracție complex

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Testarea codului la modificarea intervalului spațial

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Testarea codului la modificarea intervalului spațial D

istr

ibu

ția

du

pă

dim

ensi

un

i Pa

rtea

rea

lă a

ind

icel

ui d

e re

frac

ție

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Part

ea im

agin

ară

a in

dic

elu

i de

refr

acți

e

Dis

trib

uți

a co

nce

ntr

ație

i de

aero

sol p

e al

titu

din

e

Testarea codului la modificarea intervalului spațial

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Testarea codului din punct de vedere al altitudinii de referință

𝑆 ℎ, 𝜆 =𝐶

ℎ2∙ 𝛽 ℎ, 𝜆 ∙ 𝑒

−2 𝛼 𝑥,𝜆 𝑑𝑥ℎℎ𝑚𝑖𝑛

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

𝑆 ℎ, 𝜆 =𝐶

ℎ2∙ 𝛽 ℎ, 𝜆 ∙ 𝑒

−2 𝛼 𝑥,𝜆 𝑑𝑥ℎℎ𝑚𝑖𝑛

𝑆𝑐𝑜𝑟 ℎ, 𝜆 = 𝛽𝑚 ℎ, 𝜆 + 𝛽𝑎 ℎ, 𝜆 ∙ 𝑒−2 𝛼𝑎 𝑥,𝜆 𝑑𝑥

ℎℎ𝑟𝑒𝑓

Testarea codului din punct de vedere al altitudinii de referință

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

𝑆 ℎ, 𝜆 =𝐶

ℎ2∙ 𝛽 ℎ, 𝜆 ∙ 𝑒

−2 𝛼 𝑥,𝜆 𝑑𝑥ℎℎ𝑚𝑖𝑛

𝑆𝑐𝑜𝑟 ℎ, 𝜆 = 𝛽𝑚 ℎ, 𝜆 + 𝛽𝑎 ℎ, 𝜆 ∙ 𝑒−2 𝛼𝑎 𝑥,𝜆 𝑑𝑥

ℎℎ𝑟𝑒𝑓

𝑆 ℎ, 𝜆

𝑆 ℎ𝑟𝑒𝑓 , 𝜆∙ 𝛽𝑚 ℎ𝑟𝑒𝑓 , 𝜆 ∙ 𝑒

2 𝛼𝑚 𝑥,𝜆 𝑑𝑥ℎℎ𝑟𝑒𝑓 = 𝑆𝑐𝑜𝑟(ℎ, 𝜆)

Testarea codului din punct de vedere al altitudinii de referință

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Testarea codului la modificarea intervalului temporal

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Testarea codului la modificarea intervalului temporal D

istr

ibu

ția

du

pă

dim

ensi

un

i Pa

rtea

rea

lă a

ind

icel

ui d

e re

frac

ție

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Testarea codului la modificarea intervalului temporal Pa

rtea

imag

inar

ă a

ind

icel

ui d

e re

frac

ție

Dis

trib

uți

a co

nce

ntr

ație

i de

aero

sol p

e al

titu

din

e

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Caz limită al programului D

istr

ibu

ția

du

pă

dim

ensi

un

i Pa

rtea

rea

lă a

ind

icel

ui d

e re

frac

ție

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Part

ea im

agin

ară

a in

dic

elu

i de

refr

acți

e

Dis

trib

uți

a co

nce

ntr

ație

i de

aero

sol p

e al

titu

din

e

Caz limită al programului

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Concluzii privind rezultatele testării

• Calcul individual pentru fiecare mod • Stabilitate la calcul față de intervalul temporal • Stabilitate la calcul față de intervalul spațial pentru

parametrii optici și de microfizică • Instabilitate la calcul față de intervalul spațial pentru

distribuția concentrației de aerosol din punct de vedere numeric

• Instabilitate față de parametrul altitudine de referință • Instabilitate în cazul în care un singur mod este

predominant • Număr redus de date LiDAR și de fotometru ce pot fi

folosite ca date de intrare

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

GARRLiC AERONET LiRIC

Caracterizare globală a aerosolului

Caracterizare globală și pe nivele de altitudine a

aerosolului

Iterare manuală

Caracterizare globală și pe nivele de altitudine a

aerosolului

Iterare automată

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Concluzii generale

• Am realizat o procedură de utilizare a codului GARRliC

• Am identificat probleme în algoritm pe care le-am comunicat dezvoltatorilor

• Am adaptat codul la formatul datelor măsurate de Departamentul de teledetecție al INOE 2000

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență

Bibliografie

[1] Lopatin A., Dubovik O., Chaikovsky A., Goloub P., Lapyonok T., Tanré D., Litvinov D. (2013). Enhancement of aerosol characterization using synergy of lidar and sun-photometer coincident observations: the GARRLiC algorithm, Atmos. Meas. Tech., 6, 2065-2088.

[2] Lopatin A. (2013). Enhanced remote sensing of atmospheric aerosol by joint inversion of active and passive remote sensing observations. Teză doctorat. Universitatea din Lille.

[3] Ducos F., Fuertes D. (2013). The GRASP Framework. An overview. [online] Lille: Laboratorul de optică atmosferică al Universității din Lille.

http://www-loa.univ-lille1.fr/~ducos/public/grasp-documentation/index.html

[4] Baza de date a Observatorului Atmosferic Român. RADO Database. [online]: http://rado.inoe.ro/base/RADO_Database.php

[5] Baza de date AERONET. [online]: http://aeronet.gsfc.nasa.gov/new_web/index.html

Universitatea Politehnica București - Facultatea de Științe Aplicate - Victor-Cristian Palea - Licență