Upload
ankti
View
65
Download
22
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Ångströmi koefitsiendid Tõraveres 2002–2004, mõõtmised ja mudelid H. Ohvril 1 , H. Teral 1 , E. Jakobson 1 , M. Uustare 1 ,M. Kannel 1 , V. Russak 2 , A. Kallis 2,3 , O. Okulov 2,3 1 Tartu Ülikooli keskkonnafüüsika instituut 2 Tartu Observatoorium - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
1
Ångströmi koefitsiendid Tõraveres 2002–2004, mõõtmised ja mudelid
H. Ohvril 1, H. Teral 1,
E. Jakobson 1, M. Uustare 1,M. Kannel 1,
V. Russak 2, A. Kallis 2,3 , O. Okulov 2,3
1 Tartu Ülikooli keskkonnafüüsika instituut
2 Tartu Observatoorium
3 Eesti Meteoroloogia ja Hüdroloogia Instituut
2
Eesmärgid
Kasutades Tõraveres töötava NASA AERONET fotomeetri andmeid aastatest 2002-2004, uurida:
• Ångströmi valemi kehtivust
• Ångströmi koefitsientide muutlikkust
• sesoonne muutlikkus• seosed Tõraveresse saabuva õhu päritoluga
• Spektraalse AOT (Aerosol Optical Thickness) avaldamist aktinomeetria ja meteoroloogia suuruste kaudu (atmosfääri integraalne läbipaistvuskoefitsient, õhusamba veeaurusisaldus)
3
Atmosfäärisambas sisalduvate aerosooliosakeste optiliste omaduste modelleerimiseks jagatakse atmosfäär mõtteliselt kolmeks kihiks:
• ideaaalne ehk puhas ja kuiv atmosfäär CDA - Clean and Dry Atmosphere
• veeaur (sadestatav veeaur, precipitable water, W, W1 )
• aerosooliosakesed - aerosol
Selgitused (1)
1) kiht CDA - hajutab (-4 ) ja neelab (O3, NO2 , jne)
2) kiht precipitable water, W - neelab
3) kiht aerosol particles - hajutab ja neelab
4
AERONET = AErosol RObotic NETwork http://aeronet.gsfc.nasa.gov/
NASA Goddard Space Flight Center
Cimel CE 318-1 sunphotometer ( 350 round the world)
340, 380, 440, 500, 670 (675), 870, 1020 nm
Tõravere (5815, 2627, 70 ASL)
Level 1.0 – unscreened data
Level 1.5 – automatically screened
Level 2.0 – quality assured (postinstallation field calibration, manual inspection)
Operates at Tõravere, Estonia, from June 6, 2002.
Selgitused (2)
5
Anders Ångström (1888–1981), 1929, 1930
koefitsiendid ja
kirjeldavad AOT - Aerosol Optical Thickness
ehk AOD - Aerosol Optical Depth
spektraalset muutumist:
AOT()= ()–
NB! Selles valemis mõõtühik m
füüsikaliselt korrektsem on normaliseerida lainepikkust
lainepikkusega 0 ; Ångström’i järgi 0 = 1 m = 1000 nm
(Shifrin, 1995):
0
)(AOT
Ångströmi valem
6
Koefitsient on atmosfäärisamba aerosooliosakeste optiline paksus lainepikkusel 0 :
)AOT( 0
– Ångströmi sumedustegur ( turbidity coefficient)
– Ångströmi lainepikkuse astendaja (wavelength exponent)
Seotud osakeste suurusjaotusega
sfääriliste osakeste ja Junge suurusjaotuse korral Ångströmi
valemi saab teoreetiliselt [Junge, 1955; Ångström, 1964]
7
max = 4, molekulaarne ehk Rayleigh hajumine aerosooliosakesed puuduvad
= 1.0–1.5, Ångström ise järeldas (1929)
= 0.5–0.7, Ångströmi näide 1912. a. suve kohta
vulkaan Mt Katmai
= 1.3 ± 0.2, “under average conditions, at a rather variety of stations” [Ångström, 1961]
8
AOT as a function of wavelength, Tõravere, summer 2002
y = 0.018x-1.407
R2 = 0.924
y = 0.075x-1.661
R2 = 0.997
y = 0.430x-1.195
R2 = 0.974
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1
Wavelength, m
AO
T
Very clearNormal
Turbid24-Aug-2002
08-Jul-2002
18-Jun-2002
joon
Milliseid punkte arvestada alfa arvutamisel???
9
ln AOT as a function of ln
y = -1.41x - 4.00
R2 = 0.92
y = -1.661x - 2.586
R2 = 0.997
y = -1.19x - 0.84
R2 = 0.97
-4.5
-4.0
-3.5
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2
ln
ln A
OT
biomass burning and urban aerosols
väga selge õhk, fooniaeros.-osakesed, lainetav käik
= 1.66
= 1.19
= 1.41
Milliseid punkte arvestada alfa arvutamisel???
10
340, 380, 440, 500, 675, 870, 1020 nm.
Selle ettekande jaoks kasutasime arvutamiseks kõiki 7 täpset lainepikkust vahemikust 340-1020 nm:
AERONET valib 3-4 lainepikkust lühematest lainepikkuse vahemikest: 1) 340, 380, 440,
2) 380, 440, 500,3) 440, 500, 675, 870,4) 500, 675, 870.
Lainepikkust 1020 nm AERONET ei kasuta.
Arvutatud on aastad 2002, 2003, 2004.
11
Ångström beta (340-1020 nm), 03-Jun-2002 – 12-Okt-2004, Tõravere, Estonia
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
121 182 243 304 365 426 487 548 609 670 731 792 853 914 975 1036
Julian days from 01- Jan - 2002
be
ta (
34
0-1
02
0)
20022002 20042003 20032003 2003 2004 2004 2004
Jun
Aug
Jul
SeptMar
Apr
Mar
Apr
Jan
Feb
May
Jun
May
Jun
Jul
Aug
Jul
Aug
Sept
Oct
Sept
Oct
2004
12
Ångström beta, summer 2002, Toravere, Estonia
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
151 182 213 244Julian day
be
ta
June July August
13
Ångström alpha (340-1020 nm), 03-Jun-2002 -- 12-Okt-2004, Tõravere, Estonia
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
121 182 243 304 365 426 487 548 609 670 731 792 853 914 975 1036
Julian days from 01- Jan - 2002
alp
ha
(3
40
-10
20
)
Jul
Jun Aug
2002 2003 20042002 20032002 20032003
2004
Sept Mar
Apr
May
Jun
Aug
Sept
Oct
Jan
Feb
Mar
Apr
2004
May
Jun
2004
Sept
Oct
Jul
Aug
Jul
14
Ångström alpha, 340-1020 nm, summer 2002, Toravere, Estonia
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
151 182 213 244
Julian day in 2002
alp
ha
June July August
15
Correlation Coefficients for the Ångström Formula 3-Jun-2002 – 12-Oct-2004, Toravere340–1020 nm
-1.00
-0.95
-0.90
-0.85
-0.80
-0.75
-0.70
121 182 243 304 365 426 487 548 609 670 731 792 853 914 975 1036
Julian days from 01- Jan - 2002
R (
340-
1020
)
Mar
Apr
2003 2003 20032003200220022002
Sept
Aug
JulJun Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sept
Oct
2004 2004 2004 2004 2004
May
Jun
Jul
Aug
Sept
Oct
16
Correlation coefficients for the Ångström formula, 340-1020 nm, summer 2002, Toravere, Estonia
-1.00
-0.99
-0.98
-0.97
-0.96
-0.95
-0.94
-0.93
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
AOT500
R(3
40-1
020)
17
Correlation coefficients for the Ångström formula, 340-1020 nm, all seasons, 2002-2004, Toravere, Estonia
-1.00
-0.95
-0.90
-0.85
-0.80
-0.75
0 0.5 1 1.5 2 2.5AOT500
R(3
40
-10
20
)
18
Ångström beta, Tõravere, Estonia, 2002–2004
0.00
0.05
0.10
0.15
beta
beta, 2002
beta, 2003
beta, 2004
Average
2003
2002
2004
Average
May Jun Jul AugJan Feb Mar Apr Sep Oct Nov
A single day
A single day
2004
2003
Average
2004
2004
19
Ångström alpha, Tõravere, Estonia, 2002–2004
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
alpha
alpha, 2002
alpha, 2003
alpha, 2004
Average
2003
20022004
Average
May Jun Jul AugJan Feb Mar Apr Sep Oct Nov
2004
2004
2003
2004
A single day
A single day
20
Retrotrajectories, 500 m: 8 very clear and 8 turbid days in 2002 at Tõravere.
21NB!
22
Retrotrajectories 1.0–15 km, 120 h, 13-Aug-2002, very turbid, = 0.21–0.60; max = 0.60 (GMT06:50).
23
Retrotrajectories 1.0–15 km, 120 h, 18-Jun-2002, very clear, = 0.016–0.024; min = 0.016 (GMT07:45).
24
AEROSOOLI SPEKTRAALNE OPTILINEPAKSUS PÄIKESE INTEGRAALSEST
OTSEKIIRGUSEST
Aluseks on võetud Moskva Ülikoolis loodud mudel (13 valemit) (Tarassova & Jarho, 1991)
, Sm , h, W AOT (550) AOT (
On koostatud üks valem (Martin Kannel, 2005)
, p2 , W AOT (500) AOT ( ekaudu
25
AOD(, 500, predicted) versus AOD(500, AERONET), J JA 2002-2004,201 + 70 + 151 = 422 joint observations on 72 days
y = 1.0136x
R2 = 0.9368
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
AOD(500, AERONET)
AO
D(
, 5
00
, p
red
icte
d)
alpha = AERONET single values
W (cm) = 0.148 e o + 0.04
p 2 - as measured
2002. a. mõõtmised
26
AOD(, 500, predicted) versus AOD(500, AERONET), J JA 2002-2004, 201 + 70 + 151 = 422 joint observations on 72 days
y = 1.1108x
R2 = 0.9789
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
AOD(500, AERONET)
AO
D(
, 5
00
, p
red
icte
d)
alpha = 1.566
W (cm) = 0.148 e o + 0.04
p 2 - as measured
2002. a. mõõtmised
27
AOD(, 500, predicted) versus AOD(500, AERONET), J JA 2002-2004, 201 + 70 + 151 = 422 joint observations on 72 days
y = 0.9997x
R2 = 0.9789
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
AOD(500, AERONET)
AO
D(
, 5
00
, p
red
icte
d)
alpha = 1.566
W (cm) = 0.148 e o + 0.04
p 2 - as measured
corrected, k = 0.9
2002. a. mõõtmised
28
PROBLEEMID:
• arvutamine, milliste lainepikkuste järgi?
• AOD modelleerimine ja sobivus teiste aastaaegadega ja teiste aastatega?
Tänud:
AERONET, EMHI, O’Kärner, M. Sulev
+ seminari korraldajaid