Atmospheric vertical profiling by raman lidar
- Autores: Francisco Jesús Navas Guzmán
- Directores de la Tesis: Lucas Alados Arboledas (dir. tes.), Juan Luis Guerrero Rascado (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2012
- Idioma: español
- ISBN: 9788490282441
- Tribunal Calificador de la Tesis: Francisco José Olmo Reyes (presid.), A. S. Kowalski (secret.), Adolfo Comeron Tejero (voc.), Detlef MULLER-MAHN (voc.), Maria João Costa (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
- Resumen
Esta tesis doctoral trata sobre el estudio del aerosol atmosférico y la caracterización de la estructura vertical de la atmósfera usando la técnica lidar. Las principales ventajas de esta técnica de teledetección activa son su naturaleza no invasiva, en contraste con las medidas in situ o análisis químicos, y la capacidad de caracterizar la estructura de la atmósfera con una alta resolución vertical y temporal. El Grupo de Física de la Atmósfera de la Universidad de Granada opera rutinariamente el sistema lidar Raman multiespectral utilizado en esta tesis. Este instrumento forma parte de la red EARLINET (European Aerosol Research Lidar Network) cuyo principal objetivo es la observación de la distribución espacial y temporal del aerosol atmosférico a escala continental. Los principales avances presentados en esta tesis han sido la implementación y aplicación de la metodología apropiada para caracterizar verticalmente las propiedades ópticas y microfísica del aerosol atmosférico y del vapor de agua. En los siguientes párrafos se indican brevemente los principales temas tratados en esta tesis.
La tesis incluye un resumen de los conceptos clave de la teoría del aerosol atmosférico y de las técnicas de teledetección activa que se han usado. Se presenta una descripción detallada del instrumento principal usado en la tesis, es decir del sistema lidar Raman multiespectral. Además se describe las características básicas de otros instrumentos que han complementado las medias realizadas, como son un fotómetro solar, un fotómetro estelar y un radiómetro de microondas.
En lo referente a aspectos metodológicos, la tesis incluye una descripción detallada de los pasos previos que son necesarios aplicar a las señales lidar medidas antes de usar los algoritmos de inversión. Se presentan los dos algoritmos de inversión más importantes para obtener propiedades ópticas (elástico e inelástico). La tesis incluye la implementación de algunas mejoras en el procesado de los datos lidar como son la obtención de la función de solapamiento y el desarrollo de dos métodos alternativos para calibrar el canal infrarrojo del sistema lidar. Además se presentan los resultados de un ejercicio de validación del algoritmo elástico.
Se ha realizado un estudio de la altura de la Capa Límite Planetaria usando un algoritmo basado en la transformada de covarianza wavelet de la señal lidar corregida de rango. El algoritmo ha sido implementado y optimizado a partir de un conjunto independiente de perfiles obtenidos a partir de radiosondeos. Los resultados del algoritmo han sido validados con perfiles obtenidos con un radiómetro de microondas coincidentes tanto temporal como espacialmente. Además, se ha estudiado la evolución de la Capa Límite Convectiva.
La tesis incluye un estudio estadístico de las propiedades ópticas del aerosol atmosférico obtenidas mediante el sistema lidar Raman en el entorno urbano de Granada. Se han analizado tres años de medidas que fueron realizadas en coincidencia con las pasadas del satélite CALIPSO. A partir de estas medidas se han obtenido valores medios y varianzas de los coeficientes de extinción y retrodispersión en la troposfera.
También se han obtenido valores medios mensuales de los exponentes de Angström en la Capa Límite Planetaria y en la troposfera libre durante el día y la noche. Además, se presentan los valores medios mensuales de razón lidar para la longitud de onda de 532 nm obtenidos a partir de las medidas lidar nocturnas.
En esta tesis se aborda también la obtención de perfiles de razón de mezcla de vapor de agua a partir del sistema lidar Raman. Se usa información de radiosondeos lanzados en el mismo lugar y simultáneamente a las medidas lidar para calibrar las medidas lidar de vapor de agua en una campaña que tuvo lugar durante el verano y otoño del 2011. El capítulo incluye el estudio de contenido total de agua precipitable obtenido a partir del lidar Raman y el fotómetro estelar. Finalmente, se presenta una metodología para obtener perfiles de humedad relativa mediante la combinación de perfiles de temperatura (obtenidos con el radiómetro de microondas) y perfiles de razón de mezcla de vapor de agua (obtenidos con el sistema lidar Raman).
Otro aspecto tratado en la tesis, y que actualmente es de gran interés, es la obtención de propiedades microfísicas a partir de un sistema lidar multiespectral. Los sistemas lidar Raman multiespectrales pueden ser usados para cuantificar los principales parámetros microfísicos con pocas hipótesis a priori. A partir de los perfiles de coeficientes extinción y retrodispersión de partículas es posible obtener propiedades microfísicas del aerosol atmosférico usando inversiones matemáticas. Este método de inversión se ha aplicado a dos eventos especiales como son un episodio de humo reciente y una capa de aerosol volcánico detectada en la baja troposfera.
