[論文レビュー] Study Of Casleo Clear Sky Aerosol Loads In 2011 From One Year Of Aeronet Quality Assured Data

Lidia Otero, P. Ristori+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2013

Atmospheric aerosols and clouds参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、アルゼンチンのCASLEO観測所で1年間のAERONET品質保証済みエアロゾル光学厚さ（AOD）データを分析し、チェレンコフ望遠鏡アレイ（CTA）のための大気の透明度を評価した。500 nmにおける平均AODが0.038であり、CASLEOは非常に明るい晴天条件を示しており、マウナ・ロアと同等である。これは、南半球の大気および天文学的観測の高精度キャリブレーション地点としての適性を裏付けている。

ABSTRACT

In this work we analyze one year observation of an Aeronet (GSFC-NASA Aerosol Robotic Network) sun-photometer installed on January 11, 2011 in CASLEO and being operational up to date. The main goal of placing the instrument in this location is to characterize the aerosol loads of this astronomical complex which is close and has the same sky characteristics of El Leoncito (31deg 43.33' South - 69deg 15.93' West, 2552 m ASL) one of the southern candidate site for Cherenkov Telescope Array (CTA). The low aerosol optical depth (AOD) annual mean of 0.038 measured at 500 nm shows exceptional clear sky quality. Data is compared with the measurements being done at Mauna Loa (19deg 32.34' North, 55deg 34.68' West, 3397 m ASL), where Aeronet reference instruments are being re-calibrated two to four times per year. Long term MODIS observations are studied, showing that the site is far enough to biomass burning transport regions to be affected by its influence.

研究の動機と目的

• 南アルゼンチンに位置するチェレンコフ望遠鏡アレイ（CTA）候補地であるCASLEOにおける大気エアロゾル負荷を評価すること。
• 2011年1月11日から2012年5月30日までに収集された1年間のAERONET太陽光度計データを分析し、同サイトの空の透明度を評価すること。
• CASLEOのエアロゾル光学厚さ（AOD）を、大気エアロゾルモニタリングの世界的な基準地点として知られるマウナ・ロアと比較すること。
• 地上観測のAERONET測定値と比較して、衛星ベースのAOD推定値（MODIS）の妥当性を検証し、地形的要因やアルベドの影響を検討すること。
• その地理的・高度的・エアロゾル負荷の観点から、CASLEOがAERONETの地域的キャリブレーションステーションとして、マウナ・ロアやイサナと同様に機能する可能性を評価すること。

提案手法

• 2011年1月11日から2012年5月30日までに、CASLEO（南緯31°47′56″、西経69°18′24″、標高2552 m）で地上ベースのAERONET太陽光度計による測定を実施。合計434日間、品質保証済みの測定値が19,007件にのぼる。
• 測定電圧、太陽の仰角、大気透過率を用いて、ビア＝ランベルト＝ブーゲールの法則を適用し、340 nm から 1020 nm の波長範囲でエアロゾル光学厚さ（AOD）を導出する。
• 時系列図および累積密度関数プロットを用いて、CASLEOとマウナ・ロアの500 nmにおける日平均AOD値を比較する。
• 地域的エアロゾル影響の評価および地上測定値の妥当性を検証するため、長期にわたりMODISレベル3の1°×1°日次AOD製品を分析する。
• 衛星AOD推定値の精度に影響を及ぼす地形の複雑さと地表面アルベドの変動を評価するため、52 m × 52 mのデジタル標高モデルを用いる。
• 既存の基準地点と同様に、AODの性能と安定性を比較することで、将来的なAERONETキャリブレーション地点としてのCASLEOの適性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CASLEOにおける500 nmの年間平均エアロゾル光学厚さ（AOD）はどの程度であり、マウナ・ロアと比較してどうか？
• RQ2 CASLEO周辺のアンデス山脈の斜面に位置する複雑な地形は、MODISによる衛星ベースのAOD推定値にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ3 エアロゾル負荷が、天文学的観測や機器キャリブレーションに影響を及ぼす閾値を超える頻度はどの程度か？
• RQ4 低く安定したAODを示すCASLEOは、南半球におけるAERONETの信頼できる地域的キャリブレーション地点として機能できるか？
• RQ5 長期にわたるMODIS観測に基づき、燃え盛りの燃焼プラウムがCASLEOにおけるエアロゾル負荷に及ぼす影響は何か？

主な発見

• CASLEOにおける500 nmの年間平均AODは0.038であり、極めて澄んだ大気状態を示している。
• 全測定値の87.9％および日平均AOD値の86.9％が0.05未満であり、これは天頂方向のエアロゾル透過率が95.1％に相当する。
• 研究期間中に日平均AODが0.1を超えたのはわずか4日間であり、測定値の98.7％が0.1未満、日平均値の99.2％が0.1未満であった。
• CASLEOのAOD分布はマウナ・ロアと同等であり、測定値の92.8％が0.05未満に収まっている。これは、高精度光学天文学に適した条件であることを裏付けている。
• MODIS観測により、CASLEOは燃え盛りの燃焼地域から十分に離れているため、そのプラウムの影響をほとんど受けていないことが確認された。
• 低AODとエアロゾル負荷の高安定性は、CASLEOが将来、マウナ・ロアと同様に南半球のAERONETキャリブレーションサイトとして機能する可能性を支持している。