Resumen de Contribution of elastic-backscatter lidars to wind field retrieval and atmospheric boundary layer monitoring
La capa límite atmosférica es la parte más baja de la atmósfera donde tienen lugar toda la actividad humana y la mayoría de fenómenos meteorológicos. La capa límite está directamente influida por la presencia del suelo y se caracteriza por su contenido en aerosoles, que son partículas sólidas en suspensión, procedentes de fuentes naturales o antropogénicas. El estudio de la atmósfera se ha convertido en un creciente tema de investigación en las últimas décadas. Las redes de instrumentos de teledetección desde el suelo pueden aportar datos para estudios meteorológicos, ambientales o climáticos con mejores resoluciones y precisión que los satélites o instrumentación a bordo de aviones.
El lidar (Light Detection And Ranging) de retrodispersión elástica es actualmente un conocido y asequible instrumento de teledetección que mide una gran variedad de propiedades atmosféricas. Los lidares elásticos detectan los ecos ópticos sin cambio de la longitud de onda en recepción de aerosoles y moléculas cuando éstos son iluminados por un haz láser. Los lidares pulsados miden habitualmente con resoluciones temporales de minutos y espaciales de metros la retrodispersión atenuada, la cual puede considerarse proporcional a la concentración de aerosoles atmosféricos bajo condiciones de visibilidad de moderadas a altas. De este modo los aerosoles detectados por un lidar de retrodispersión actúan como trazadores de la estructura de la capa límite atmosférica y de su dinámica.
Esta tesis doctoral desarrolla técnicas de medida lidar y algoritmos para i) la monitorización de la altura de la capa límite y ii) la inversión de campos de viento horizontal. La parte experimental se ha llevado a cabo con el lidar del Remote Sensing Lab (RSLAB) de la Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona.
La evolución diaria de la altura de la capa límite se detecta de forma adaptativa por medio de un filtro de Kalman extendido (EKF), basándose en un modelo de perfil de señal lidar. Este algoritmo se ha simulado y se ha aplicado con datos reales bajo diferentes condiciones de medida y de la atmósfera, y se ha comparado con otros métodos de detección conocidos.
Las estructuras inhomogéneas en la concentración de los aerosoles son arrastradas por el viento y pueden ser seguidas para estimar su velocidad mediante lidares con capacidad de escaneo. Se presentan dos enfoques basados en la correlación de señales lidar a diferentes líneas de visión (LDV). Por un lado, el viento radial se estima para una cierta LDV mediante un análisis de la curva de contorno de una autocorrelación bidimensional distancia-tiempo. Por otro lado, funciones de autocorrelación y correlaciones cruzadas a partir de escaneos con ángulos de elevación baja se analizan mediante un modelo generalizado que describe estructuras anisotrópicas de aerosoles. Ambos métodos se han aplicado exitosamente con medidas del lidar RSLAB y se han validado con radiosondeos.
