misure di telerilevamento dell’atmosfera durante la campagna di trisaia

PRESENTATION NAME

Misure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di TrisaiaMarco Cacciani , Vincenzo Tramontana, Giampietro CasasantaLab. di Remote Sensing dellatmosfera, Dip.to FisicaUniversit La Sapienza di Roma

Workshop MINNIRoma, 17-18 aprile 2013Contenuti

Descrizione degli apparati strumentali: LIDAR e SODARTecniche: stime di parametriOsservazioni sperimentali sullintera campagnaStima altezza dell Atmospheric Boundary Layer (ABL):Metodi utilizzatiConfronto tra le stime ricavate dai due strumentiEsempi di evoluzione oraria dell ABL

Misure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di Trisaia

Misure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di TrisaiaCamper Born LIDAR Experiment (CaBLE)

1. DESCRIZIONE DEGLI APPARATI STRUMENTALIMisure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di TrisaiaCamper Born Lidar Experiment (CaBLE)Sorgente: Laser impulsato Nd:YAG Handy della Quanta System, radiazione polarizzata a 532 nm (II armonica, 85mJ), 20 HzTelescopio composito: Cassegrain F/6.7 da 300 mm (~250 10000 m) Rifrattivo, lente da 30 mm (~60 2000 m)

Configurazione monostatica Lidar (AutoCAD)

CaBLE allinterno del CR-ENEA TrisaiaElettronica di acquisizione:Schede analogiche di acquisizione Licel (risoluzione spaziale 7.5 m e risoluzione temporale di 15 sec), fotomoltiplicatori Hamamatsu Automazione CaBLE: Acquisizione automatica con programmazione misure, gestione allarmi (pioggia e malfunzionamenti) , botola di chiusura integrata.Implementato il sistema di allineamento fascio laser

1. DESCRIZIONE DEGLI APPARATI STRUMENTALIMisure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di TrisaiaSOnic Detection And Ranging (SODAR)Doppler Sodar monostatico a tre assi:Un antenna in direzione zenitaleDue antenne inclinate rispetto allo zenit di 20 in direzione N ed EFrequenze acustiche di emissione tra 1.7 e 2.25 KHzRisoluzione verticale:7.1 m (segnali), da 40 a 800 m28.4 m (vento), da 40 a 800 m Risoluzione temporale:6 sec (segnale verticale)Media a 10 min (vento)

Configurazione monostatica SODAR

SODAR allinterno del CR-ENEA Trisaia1. DESCRIZIONE DEGLI APPARATI STRUMENTALIMisure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di TrisaiaLa segnale ricevuto in funzione della distanza, r , tra bersaglio e ricevitore per una datalunghezza donda :

Dallapplicazione di una procedura iterativa (Di Sarra et al., 2001), si ricavano:Coefficiente di retrodiffusione ed estinzione degli aerosolSpessore ottico dello strato di aerosolRapporto di retrodiffusione, Aerosol Backscattering Ratio (ABR), definito da conrapporto tra i coefficienti di retrodiffusione.

Segnale range corrected

Coefficiente di retrodiffusioneTrasmissivit dellatmosfera

Coefficiente di estinzione

2. TECNICHE: LIDARMisure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di TrisaiaIl segnale ricevuto dallantenna verticale del SODAR proporzionale alle fluttuazionidella temperatura su piccola scala ( ~ 15 cm ), ovvero alla turbolenza termica:

Dallanalisi Doppler degli echi ricevuti dalle antenne inclinate, dipendenti anche dalla turbolenza meccanica, si ricavano le componenti della velocit del vento (u, v, w).

Segnale range corrected

Sezione durto di diffusione acusticaParametro di struttura della temperatura2. TECNICHE: SODARMisure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di TrisaiaANALISI PRELIMINARI: al termine di ogni giornata di rilevamento sono stati ricavati e poi analizzati i profili di segnale aerosolico ed infine ottenute stime di ABR.

Conseguenza di tali stime stata lindividuazione di 5 periodi caratteristici:PORVERE SAHARIANA (dal 03-05-2010 al 15-05-2010) PIOGGIA E POLVERE (dal 15-05-2010 al 01-06-2010)CIELO SERENO (dal 01-06-2010 al 10-06-2010)INGENTI POLVERI (dal 10-06-2010 al 20-06-2010)NUVOLE A MEZZOGIORNO (dal 20-06-2010 al 01-07-2010)

3. OSSERVAZIONI SPERIMENTALI: LIDAR

Misure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di TrisaiaPORVERE SAHARIANA (dal 03-05-2010 al 15-05-2010)


Misure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di TrisaiaPIOGGIA E POLVERE (dal 15-05-2010 al 01-06-2010)


Misure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di TrisaiaCIELO SERENO (dal 01-06-2010 al 10-06-2010)


Misure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di TrisaiaINGENTI POLVERI (dal 10-06-2010 al 20-06-2010)


Misure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di TrisaiaNUVOLE A MEZZOGIORNO (dal 20-06-2010 al 01-07-2010)


ANALISI PRELIMINARI: al termine di ogni giornata di rilevamento sono stati acquisiti i segnali acustici ed infine ottenute stime di segnale verticale (facsimile), vento orizzontale e vento verticale.


3. OSSERVAZIONI SPERIMENTALI: SODAR

Misure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di TrisaiaStruttura del ABLLe componenti principali di tale struttura sono: lo strato superficiale (Surface Layer) lo strato rimescolato (Mixed Layer) lo strato residuo (Residual Layer) lo strato stabile (Stable Layer)

(Stull et al.,1988)4. STIMA ALTEZZA DELL ABLMisure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di Trisaia

4. STIMA ALTEZZA DELL ABL: METODO WCT (LIDAR)Metodo della trasformata wavelet da profili LIDAR :

Studi recenti (Cohn and Angevine, 2000; Davis et al., 2000; Brooks, 2003) hanno messo a punto diverse varianti di un metodo di stima che sfrutta la trasformata wavelet del S(r), il cui vantaggio decomporre il segnale lungo due dimensioni, la scala verticale e la quota: luso di questa tecnica comporta il calcolo di una grandezza integrale che rende non necessarie le operazioni di media temporale e spaziale, utilizzate nei metodi derivativi (Pal et al., 2010). La Wavelet Covariance Trasform, WCT, del segnale range corrected S(r) definita dal prodotto di convoluzione:

con la funzione wavelet di Haar, H, la pi semplice delle funzioni madri wavelet; la dilatazione a descrive lampiezza della wavelet mentre la b indica a posizione verticale della funzione.La WCT pu essere vista come misura del grado di similitudine tra il segnale S(r) e la funzione H che in effetti una funzione a gradino: il massimo della WCT corrisponde alla porzione di segnale in cui la decrescita pi forte, tipica del termine di uno strato di aerosol.


4. STIMA ALTEZZA DELL ABL: METODO COMPOSITO DI BEYRICH (SODAR)Metodo delleco ARE (Acoustic Receiver Eco) SODARLa zona di transizione che separa lo strato rimescolato dallo strato stabile caratterizzata da fluttuazioni di temperatura relativamente forti che si riflettono nella forma del profilo del parametro di struttura, cui leco acquisito dal SODAR proporzionale. Tra i vari metodi utilizzati e studiati stato preso in considerazione quello che da pi importanza alla forma del segnale ed alle sue variazioni, cio quello formulato da Beyrich (1997), che il seguente:

Beyrich (1993) ha messo in relazione, attraverso un modello monodimensionale, le stime fornite dai diversi criteri nel metodo ARE con lo stato di evoluzione del ABL e la forma del segnale range-corrected acquisito, al fine di minimizzare le differenze tra le stime misurate sperimentalmente e quelle uscenti dal modello.RegimeAndamento di S(z)Criterio sul segnaleStabileMonotono decrescenteQuota del massimo della curvaturaStabileNon monotonoQuota del minimo del gradienteConvettivoMassimo secondario in quotaQuota del massimoMisure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di Trisaia

4. STIMA ALTEZZA DELL ABL: CONFRONTO TRA I DUE STRUMENTI

Dal risultato dei test statistici risulta che nei casi di stabilit atmosferica tra i due strumenti esiste un BIAS strumentale pari a circa 22.5 mMisure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di TrisaiaIn relazione ai 5 periodi atmosferici caratteristici individuati a seguito dellanalisi, riportato l andamento orario dellaltezza dellABL di 5 giorni presi allinterno di suddetti periodi:

5. ESEMPI DI EVOLUZIONE ORARIA DELL ABL

I Periodo

Misure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di TrisaiaIn relazione ai 5 periodi atmosferici caratteristici individuati a seguito dellanalisi, riportato l andamento orario dellaltezza dellABL di 5 giorni presi allinterno di suddetti periodi:

5. ESEMPI DI EVOLUZIONE ORARIA DELL ABLII Periodo


5. ESEMPI DI EVOLUZIONE ORARIA DELL ABLIII Periodo


5. ESEMPI DI EVOLUZIONE ORARIA DELL ABLIV Periodo


5. ESEMPI DI EVOLUZIONE ORARIA DELL ABLV PeriodoMisure di telerilevamento dellatmosfera durante la campagna di TrisaiaConclusioni

Grazie alla partecipazione del gruppo G24 di Fisica dellatmosfera alla campagna di misure di MINNI svoltasi nel CR-ENEA Trisaia stata messa in luce ulteriormente leffettiva complementariet di LIDAR e SODAR nella determinazione dellaltezza dell ABL, e la necessit di utilizzo di queste analisi combinate al fine ottenere una migliore stima di tale grandezza.


GRAZIE PER L ATTENZIONE

misure di telerilevamento dell’atmosfera durante la campagna di trisaia

Documents