scholarly journals Study of the planetary boundary layer by microwave radiometer, elastic lidar and Doppler lidar estimations in Southern Iberian Peninsula

2018 ◽  
Vol 213 ◽  
pp. 185-195 ◽  
Author(s):  
Gregori de Arruda Moreira ◽  
Juan Luis Guerrero-Rascado ◽  
Juan Antonio Bravo-Aranda ◽  
José Antonio Benavent-Oltra ◽  
Pablo Ortiz-Amezcua ◽  
...  
2018 ◽  
Vol 176 ◽  
pp. 06010
Author(s):  
Gregori de A. Moreira ◽  
Juan L. Guerrero-Rascado ◽  
Jose A. Benavent-Oltra ◽  
Pablo Ortiz-Amezcua ◽  
Roberto Róman ◽  
...  

The Planetary Boundary Layer (PBL) is the lowermost part of the troposphere. In this work, we analysed some high order moments and PBL height detected continuously by three remote sensing systems: an elastic lidar, a Doppler lidar and a passive Microwave Radiometer, during the SLOPE-2016 campaign, which was held in Granada from May to August 2016. This study confirms the feasibility of these systems for the characterization of the PBL, helping us to justify and understand its behaviour along the day.


1988 ◽  
Vol 116 (8) ◽  
pp. 1671-1681
Author(s):  
Paul J. Neiman ◽  
M. A. Shapiro ◽  
R. Michael Hardesty ◽  
B. Boba Stankov ◽  
Rhidian T. Lawrence ◽  
...  

2017 ◽  
Vol 10 (8) ◽  
pp. 3021-3039 ◽  
Author(s):  
Timothy A. Bonin ◽  
Aditya Choukulkar ◽  
W. Alan Brewer ◽  
Scott P. Sandberg ◽  
Ann M. Weickmann ◽  
...  

Abstract. Measurements of turbulence are essential to understand and quantify the transport and dispersal of heat, moisture, momentum, and trace gases within the planetary boundary layer (PBL). Through the years, various techniques to measure turbulence using Doppler lidar observations have been proposed. However, the accuracy of these measurements has rarely been validated against trusted in situ instrumentation. Herein, data from the eXperimental Planetary boundary layer Instrumentation Assessment (XPIA) are used to verify Doppler lidar turbulence profiles through comparison with sonic anemometer measurements. For 17 days at the end of the experiment, a single scanning Doppler lidar continuously cycled through different turbulence measurement strategies: velocity–azimuth display (VAD), six-beam scans, and range–height indicators (RHIs) with a vertical stare.Measurements of turbulence kinetic energy (TKE), turbulence intensity, and stress velocity from these techniques are compared with sonic anemometer measurements at six heights on a 300 m tower. The six-beam technique is found to generally measure turbulence kinetic energy and turbulence intensity the most accurately at all heights (r2  ≈  0.78), showing little bias in its observations (slope of  ≈  0. 95). Turbulence measurements from the velocity–azimuth display method tended to be biased low near the surface, as large eddies were not captured by the scan. None of the methods evaluated were able to consistently accurately measure the shear velocity (r2 =  0.15–0.17). Each of the scanning strategies assessed had its own strengths and limitations that need to be considered when selecting the method used in future experiments.


2016 ◽  
Author(s):  
Αθηνά Αργυρούλη

Ο βασικός στόχος της διατριβής είναι η μελέτη των επιπτώσεων των αιωρούμενων σωματιδίων στις ιδιότητες των νεφών υπό την επίδραση της τύρβης στο Ατμοσφαιρικό Οριακό Στρώμα (ΑΟΣ). Η συγκεκριμένη μελέτη κρίθηκε σημαντική καθώς υπάρχουν μεγάλες αβεβαιότητες στις προσαρμογές των νεφών λόγω της αλληλεπίδρασής τους με τα αιωρούμενα σωματίδια μέσα στο ΑΟΣ. Η επίδραση της τύρβης και των φυσικο-χημικών ιδιοτήτων των σωματιδίων στην ανάπτυξη των νεφών μελετήθηκε στο αστικό περιβάλλον της Αθήνας με χρήση των μετρήσεων που συλλέχθηκαν στην Αθήνα την περίοδο Μαΐος-Ιούνιος 2014.Η διατριβή είναι δομημένη σε οκτώ κεφάλαια. Στο Κεφάλαιο 1 παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά του ΑΟΣ. Στο Κεφάλαιο 2, εισάγουμε στον αναγνώστη την έννοια της αλληλεπίδρασης σωματιδίων-νεφών και την επιδρασή τους στην κλιματική αλλαγή. Συγκεκριμένα, αναφερόμαστε στις οπτικές ιδιότητες των αιωρούμενων σηματιδίων και την ενεργοποίηση αυτών σε νεφοσταγονίδια καθώς επίσης παρουσιάζουμε τους μηχανισμούς ανάπτυξης των νεφοσταγονιδίων στα θερμά νέφη. Στο Κεφάλαιο 3 ασχολούμαστε με μεθόδους τηλεπισκόπησης της ατμόσφαιρας και ιδιαίτερα των αιωρούμενων σωματιδίων. Αναλυτικά περιγράφεται το σύστημα lidar του ΕΜΠ με τα διάφορα τεχνικά χαρακτηριστικά της διάταξής του. Επιπρόσθετα, περιγράφουμε τις μεθόδους (Klett και Raman) για την ανάκτηση των οπτικών ιδιοτήτων των αιωρούμενων σωματιδίων από σήματα lidar. Οι μέθοδοι βαθμονόμησης και επεξεργασίας σήματος lidar παρουσιάζονται, επίσης, σε αυτό το κεφάλαιο. Με στόχο την περιγραφή της αλληλεπίδρασης ακτινοβολίας--ύλης, στο Κεφάλαιο 4 εισάγουμε τον αναγνώστη στην κλασσική θεωρία σκέδασης και στον τρόπο ανάκτησης των οπτικών ιδιοτήτων των αιωρούμενων σωματιδίων από το πεδίο σκέδασης. Στο ίδιο κεφάλαιο παρουσιάζονται μαθηματικές μέθοδοι αντιστροφής των οπτικών ιδιοτήτων των σωματιδίων με σκοπό τον προσδιορισμό των μικροφυσικών τους ιδιοτήτων. Ένας από τους αλγορίθμους αντιστροφής που χρησιμοποιήθηκε σε αυτή τη διατριβή είναι ο αλγόριθμος LIRIC που παρουσιάζεται στο Κεφάλαιο 5. Συνδυάζει όργανα ενεργητικής και παθητικής τηλεπισκόπησης προκειμένου να εξάγει πληροφορία για την καθ' ύψος ογκομετρική συγκέντρωση λεπτόκοκκων και χονδρόκοκκων σωματιδίων. Ο αλγόριθμος LIRIC εφαρμόστηκε σε διάφορα επεισόδια σωματιδιακής ρύπανσης στην Αθήνα.Το αντικείμενο του Κεφαλαίου 6 είναι η περιγραφή των επιστημονικών στόχων του διεθνούς πειράματος HygrA-CD. Τα πιο σημαντικά ευρύματα από το πείραμα παρουσιάζονται σε αυτό το κεφάλαιο. Συγκεκριμένα, οι οπτικές ιδιότητες των αιωρούμενων σωματιδίων καθ' ύψος όπως ανακτήθηκαν από το σύστημα Raman lidar παρατίθενται σε αυτό το κεφάλαιο καθώς επίσης και ο χαρακτηρισμός του είδους των ανιχνευθέντων αιωρούμενων σωματιδίων. Η θερμοδυναμική κατάσταση της ατμόσφαιρας διερευνήθηκε με χρήση ραδιοβολίσεων. Τέλος, η δυναμική του ΑΟΣ μελετήθηκε με τη βοήθεια ενός συστήματος Doppler lidar, όργανο ενεργητικής τηλεπισκόπησης για την ανάκτηση των συνιστωσών της ταχύτητας του ανέμου.Στο Κεφάλαιο 7 παρουσιάζονται οι δύο μεθοδολογίες που αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Η πρώτη μεθοδολογία έχει στόχο να συσχετίσει τις συγκεντρώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων με τις συγκεντρώσεις νεφοσταγονιδίων. Ο αλγόριθμος που αναπτύχθηκε χρησιμοποιεί συνεργιστικές μετρήσεις από ένα πολυκαναλικό σύστημα Raman lidar και ένα Doppler lidar με στόχο να παρέχει εκτιμήσεις του φάσματος Πυρήνων Συμπύκνωσης Νέφωσης (ΠΣΝ) και του αριθμού των νεφοσταγονιδίων. Η δεύτερη μεθοδολογία έχει ως στόχο να παρέχει την ποσοτικοποίηση της καθ' ύψος μεταφοράς μάζας αιωρούμενων σωματιδίων μέσα στο ΑΟΣ με χρήση μεθόδων τηλεπισκόπησης. Οι ταυτόχρονες μετρήσεις από το σύστημα Doppler lidar και το ελαστικό lidar σωματιδίων είναι απαραίτητες για την εκτίμηση της κατακόρυφης μεταφοράς αερολύματων μέσω της τεχνικής συσχέτισης στροβιλισμών. Και οι δύο μεθοδολογίες εφαρμόσθηκαν σε πραγματικές ατμοσφαιρικές συνθήκες κάνοντας χρήση της βάσης δεδομένων από το πείραμα HygrA-CD και παρουσιάζονται στο Κεφάλαιο 7. Τέλος, στο Κεφάλαιο 8 συνοψίζονται τα συμπεράσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής και διερευνώνται οι προοπτικές για μελλοντικές εργασίες.


Environments ◽  
2021 ◽  
Vol 8 (11) ◽  
pp. 115
Author(s):  
Sergey Odintsov ◽  
Eugene Miller ◽  
Andrey Kamardin ◽  
Irina Nevzorova ◽  
Arkady Troitsky ◽  
...  

The height of the mixing layer is a significant parameter for describing the dynamics of the planetary boundary layer (PBL), especially for air quality control and for the parametrizations in numerical modeling. The problem is that the heights of the mixing layer cannot be measured directly. The values of this parameter are depending both on the applied algorithms for calculation and on the measuring instruments which have been used by the data source. To determine the height of a layer of intense turbulent heat exchange, data were used from acoustic meteorological locator (sodar) and from a passive single-channel scanning microwave radiometer MTP-5 (MWR) to measure the temperature profile in a layer of up to 1 km. Sodar can provide information on the structure of temperature turbulence in the PBL directly. These data have been compared with the mixing layer height calculated with the Parcel method by using the MTP-5 data. For the analysis, July and September 2020 were selected in the city of Tomsk in Siberia as characteristic periods of mid-summer and the transition period to autumn. The measurement results, calculations and inter-comparisons are shown and discussed in this work. During temperature inversions in the boundary layer, it was observed that turbulent heat transfer (increased dispersion of air temperature) is covering the inversion layers and the overlying ones. Moreover, this phenomenon is not only occurring during the morning destruction of inversions, but also in the process of their formation and development.


2017 ◽  
Vol 17 (11) ◽  
pp. 6839-6851 ◽  
Author(s):  
Juan Antonio Bravo-Aranda ◽  
Gregori de Arruda Moreira ◽  
Francisco Navas-Guzmán ◽  
María José Granados-Muñoz ◽  
Juan Luis Guerrero-Rascado ◽  
...  

Abstract. The automatic and non-supervised detection of the planetary boundary layer height (zPBL) by means of lidar measurements was widely investigated during the last several years. Despite considerable advances, the experimental detection still presents difficulties such as advected aerosol layers coupled to the planetary boundary layer (PBL) which usually produces an overestimation of the zPBL. To improve the detection of the zPBL in these complex atmospheric situations, we present a new algorithm, called POLARIS (PBL height estimation based on lidar depolarisation). POLARIS applies the wavelet covariance transform (WCT) to the range-corrected signal (RCS) and to the perpendicular-to-parallel signal ratio (δ) profiles. Different candidates for zPBL are chosen and the selection is done based on the WCT applied to the RCS and δ. We use two ChArMEx (Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment) campaigns with lidar and microwave radiometer (MWR) measurements, conducted in 2012 and 2013, for the POLARIS' adjustment and validation. POLARIS improves the zPBL detection compared to previous methods based on lidar measurements, especially when an aerosol layer is coupled to the PBL. We also compare the zPBL provided by the Weather Research and Forecasting (WRF) numerical weather prediction (NWP) model with respect to the zPBL determined with POLARIS and the MWR under Saharan dust events. WRF underestimates the zPBL during daytime but agrees with the MWR during night-time. The zPBL provided by WRF shows a better temporal evolution compared to the MWR during daytime than during night-time.


2018 ◽  
Vol 10 (8) ◽  
pp. 1261 ◽  
Author(s):  
Soojin Park ◽  
Sang-Woo Kim ◽  
Moon-Soo Park ◽  
Chang-Keun Song

The accurate measurement of wind profiles in the planetary boundary layer (PBL) is important not only for numerical weather prediction, but also for air quality modeling. Two wind retrieval methods using scanning Doppler light detection and ranging (lidar) measurements were compared and validated with simultaneous radiosonde soundings. A comparison with 17 radiosonde sounding profiles showed that the sine-fitting method was able to retrieve a larger number of data points, but the singular value decomposition method showed significantly smaller bias (0.57 m s−1) and root-mean-square error (1.75 m s−1) with radiosonde soundings. Increasing the averaging time interval of radial velocity for obtaining velocity azimuth display scans to 15 min resulted in better agreement with radiosonde soundings due to the signal averaging effect on noise. Simultaneous measurements from collocated wind Doppler lidar and aerosol Mie-scattering lidar revealed the temporal evolution of PBL winds and the vertical distribution of aerosols within the PBL.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document