Optical and geometrical properties of clouds and aerosols using ground-based and satellite remote sensing techniques
Creators: name: Βουδούρη, Καλλιόπη Άρτεμις Κ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Νέφη παγοκρυστάλλων
Οπτικές και γεωμετρικές ιδιότητες
Αλγόριθμος ταξινόμησης
Αιωρούμενα σωματίδια
Lidar
Cirrus properties
Aerosol typing
Aerosols

description: Αντικείμενο της διατριβής αυτής είναι η μελέτη των γεωμετρικών και οπτικών ιδιοτήτων των νεφών και των αιωρούμενων σωματιδίων μέσα από επίγειες και δορυφορικές μετρήσεις με τη μέθοδο τηλεπισκόπησης lidar. Στα πλαίσια του διδακτορικού αναπτύχθηκε αλγόριθμος εντοπισμού των στρωμάτων των νεφών αποτελούμενων από παγοκρυστάλλους από το λαμβανόμενο σήμα του συστήματος lidar και πιστοποιήθηκε εντός του ευρωπαικού δικτύου EARLINET. Ο εντοπισμός του νέφους πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας μαθηματικές μεθόδους επεξεργασίας του σήματος και ο αλγόριθμος εφαρμόστηκε δεδομένα του Lidar από 3 διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές, με σκοπό να αναλυθούν οι εποχιακές εξαρτήσεις των χαρακτηριστικών των νεφών και η μελέτη της συχνότητας εμφάνισής τους. Επιπλέον, συγκρίθηκαν δύο αλγόριθμοι επεξεργασίας του οπισθοσκεδαζόμενου σήματος του συστήματος lidar, του αλγορίθμου του εργαστηρίου της Ατμόσφαιρας του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης και του ευρωπαϊκού αλγόριθμου Single Calculus Chain (SCC), έτσι ώστε η υιοθέτηση του SCC στην επεξεργασία των σημάτων lidar του Εργαστηρίου να μην οδηγήσει σε ανομοιογένειες των χρονικών σειρών των συντελεστών οπισθοσκέδασης και εξασθένισης. Τέλος, εφαρμόστηκαν και συγκρίθηκαν δύο διαφορετικές μέθοδοι αυτοματοποιημένης ταξινόμησης αιωρούμενων σωματιδίων που αναπτύχθηκαν εντός του ευρωπαικού δικτύου EARLINET στα δεδομένα του lidar του Εργαστηρίου της Φυσικής Ατμόσφαιρας. Η συγκριση των δύο αλγορίθμων, πραγματοποιήθηκε τόσο σε συγκεκριμένες περιπτώσεις που χαρακτηρίστηκαν από επεισόδια μεταφοράς σκόνης και σωματιδίων καπνού, έτσι ώστε να αξολογηθούν και με τη σύγκρισή τους με υπολογιστικά μοντέλα για την ταυτοποίηση της πηγής προέλευσης, όσο και για ολόκληρη την χρονική περίοδο 2012 – 2015.
description: This PhD thesis aims to study the geometrical and optical properties of cirrus clouds and aerosols through ground-based measurements with LIDAR remote sensing methods. As part of this research, an automatic detection algorithm of defining cloud boundaries is developed and applied to the Laboratory of Atmosperic Physics in Thessaloniki and certified within EARLINET (European Aerosol Research Lidar Network). One part of the study focuses on the analysis of the optical and geometrical characteristics of cirrus clouds over different geographical parts of the world in order to provide cirrus geometrical and optical properties in different hemispheres. The other part of the study is focused on the comparison and improvement of the two algorithms, developed within EARLINET for the automated aerosol type characterization of the aerosol layers derived from Raman lidar measurements over the EARLINET station of Thessaloniki, Greece. Our aim is: (i) to check the performance of both supervised learning techniques, when applied to lidar data from Thessaloniki station where, typically, variable mixtures of aerosols are present and (ii) to investigate the reasons of typing agreement and disagreement with respect to the uncertainties and the threshold criteria applied. A third part is dedicated to check the consistency of the climatology of the aerosol profiles based on the Single Calculus Chain algorithm and the EARLINET database data respectively, in order to adopt in our lidar station the SCC for operational processing in the future, without introducing inhomogeneities in the existing time series.