[論文レビュー] Combined Daily Monitoring of Aerosol Optical Depths and Water Vapour Column Content during LACE 98 and LITFASS 98 Experiments

В. В. Новиков, U. Leiterer+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2010

Ionosphere and magnetosphere dynamics参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、LACE 98およびLITFASS 98キャンペーン中にリンドェンブルク気象台で太陽および星光フォトメーターを組み合わせた新しい日常監視システムを提案し、エアロゾル光学的厚さおよび水蒸気柱含量を取得した。この手法により、連続的かつニアリアルタイムのデータ処理が可能となり、気象ロイゾンデおよびマイクロ波放射計による検証が行われ、フォトメーターのデータが地上および人工衛星観測のキャリブレーションに有効であることが示された。

ABSTRACT

During summer of 1998 two large-scale complex campaigns, LITFASS98 (May 25th to June 22nd) and LACE98 (July 13th to August 14th), took place at the Meteorological Observatory Lindenberg (MOL). The aim of both experiments focus on the intensive daily observations of atmospheric conditions and the determination of their fundamental meteorological parameters in the vertical column over Lindenberg (Lindenberg's Column). About 20 German research institutions and addition one from the Netherlands, Austria and Russia participated at the experiments. A wide variety of ground-based instruments was operated in Lindenberg and Falkenberg, including LIDARs, microwave radiometer and radiosondes complemented by tethered balloons and aircraft measurements. For the first time the star- and sunphotometer of MOL were used together with other geophysical tools. The observations with both photometers were carried out practically every day and night except during absolutely overcast conditions. The observed data were processed immediately by a series of programs developed at Pulkovo Observatory (Russia), and the results (daily variations of aerosol optical depths and water vapour column content) were presented at daily briefings. The comparison of these results with radiosonde and microwave radiometer data demonstrated the usefulness of photometer data for the calibration of other ground-based observations and satellite measurements.

研究の動機と目的

• 大規模大気実験の間、大気エアロゾル光学的厚さおよび水蒸気柱含量の継続的・日常的監視システムを確立すること。
• LIDAR、マイクロ波放射計、気象ロイゾンデなどの補完的観測機器と地上フォトメトリック観測を統合し、包括的な大気プロファイリングを実現すること。
• 気象ロイゾンデおよびマイクロ波放射計からの独立測定と照合することで、フォトメーターで得られたデータの正確性と信頼性を評価すること。
• フォトメーターのデータが、他の地上および人工衛星リモートセンシング測定のキャリブレーションにどのように有用であるかを示すこと。
• 現地キャンペーン中における日常的ブリーフィングを通じたリアルタイムデータ共有を支援し、運用気象監視を強化すること。

提案手法

• リンドェンブルク気象台（MOL）に太陽および星光フォトメーターを設置し、直接および拡散太陽光・星光放射の連続測定を実施。
• プルコヴォ天文台（ロシア）で開発されたカスタムソフトウェアを用いた日常的データ処理により、フォトメトリック測定からエアロゾル光学的厚さおよび水蒸気柱含量を算出。
• LIDAR、マイクロ波放射計、気象ロイゾンデ、パラシュート付き気球、航空機の同時観測とフォトメトリックデータを統合し、複数機器による検証を実施。
• リアルタイムデータ処理およびレポートシステムを導入し、キャンペーン中は毎日のブリーフィングで結果を提示。
• 放射移動モデルの原則を応用してフォトメトリック測定を解釈し、大気の全層にわたる統合パラメータを導出。
• 気象ロイゾンデおよびマイクロ波放射計からの独立測定と一致させるためのキャリブレーション技術を適用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模大気キャンペーン中、太陽および星フォトメーターの併用により、エアロゾル光学的厚さおよび水蒸気柱含量をどの程度正確に取得できるか。
• RQ2 フォトメーターで得られたエアロゾル光学的厚さおよび水蒸気の値は、気象ロイゾンデおよびマイクロ波放射計からの独立測定とどの程度相関するか。
• RQ3 フォトメトリックデータは、他の地上および人工衛星リモートセンシング機器の信頼性の高いキャリブレーション基準として利用可能か。
• RQ4 曇り空の影響が、日常監視システムにおけるフォトメトリック測定の信頼性および継続性に及ぼす影響は何か。
• RQ5 大規模フィールド実験中におけるフォトメトリックデータのリアルタイム処理および配信は、どの程度効果的か。

主な発見

• 太陽および星フォトメーターの併用により、完全に曇天の状態を除き、1日24時間にわたるエアロゾル光学的厚さおよび水蒸気柱含量のニアコンティンウエイス監視が可能となった。
• フォトメトリックによるエアロゾル光学的厚さおよび水蒸気柱含量の算出値は、気象ロイゾンデおよびマイクロ波放射計からの独立測定と強く一致し、フォトメトリック手法の正確性が検証された。
• フォトメトリックデータは、他の地上観測機器のキャリブレーションに成功し、複数機器による大気監視の整合性と信頼性が向上した。
• プルコヴォ天文台で開発されたリアルタイムデータ処理パイプラインにより、日常的ブリーフィングが可能となり、キャンペーン中の運用気象意思決定を支援した。
• 本研究では、フォトメトリック測定が、特にエアロゾルおよび水蒸気柱含量の長期監視に、強固で費用対効果に優れた手法であることが示された。
• 結果から、地上フォトメトリックデータを多プラットフォームの大気観測システムに統合することで、人工衛星および地上リモートセンシングのキャリブレーションおよび検証が強化されることの重要性が浮き彫りになった。