Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Modelling and Observation of Mineral Dust Optical Properties over Central Europe

Chilinski M. T., Markowicz K. M., Zawadzka O., Stachlewska I. S., Kumala W., Petelski T., Makuch P., Westphal D. L., Zagajewski B.

Acta Geophysica

|

2016

|

Vol. 64, no. 6

2550--2590

EN

This paper is focused on Saharan dust transport to Central Europe/ Poland; we compare properties of atmospheric Saharan dust using data from NAAPS, MACC, AERONET as well as observations obtained during HyMountEcos campaign in June 2012. Ten years of dust climatology shows that long-range transport of Saharan dust to Central Europe is mostly during spring and summer. HYSPLIT back-trajectories indicate airmass transport mainly in November, but it does not agree with modeled maxima of dust optical depth. NAAPS model shows maximum of dust optical depth (~0.04-0.05, 550 nm) in April-May, but the MACC modeled peak is broader (~0.04). During occurrence of mineral dust over Central-Europe for 14% (NAAPS) / 12% (MACC) of days dust optical depths are above 0.05 and during 4% (NAAPS) / 2.5% (MACC) of days dust optical depths exceed 0.1. The HyMountEcos campaign took place in June-July 2012 in the mountainous region of Karkonosze. The analysis includes remote sensing data from lidars, sunphotometers, and numerical simulations from NAAPS, MACC, DREAM8b models. Comparison of simulations with observations demonstrates the ability of models to reasonably reproduce aerosol vertical distributions and their temporal variability. However, significant differences between simulated and measured AODs were found. The best agreement was achieved for MACC model.

2

Studies of aerosol optical depth with the use of Microtops II sun photometers and MODIS detectors in coastal areas of the Baltic Sea

Zawadzka O, Makuch P, Markowicz K.M, Zieliński T, Petelski T., Ulevičius V, Strzałkowska A., Rozwadowska A., Gutowska D.

Acta Geophysica

|

2014

|

Vol. 62, no. 2

400--422

EN

In this paper we describe the results of a research campaign dedicated to the studies of aerosol optical properties in different regions of both the open Baltic Sea and its coastal areas. During the campaign we carried out simultaneous measurements of aerosol optical depth at 4 stations with the use of the hand-held Microtops II sun photometers. The studies were complemented with aerosol data provided by the MODIS. In order to obtain the full picture of aerosol situation over the study area, we added to our analyses the air mass back-trajectories at various altitudes as well as wind fields. Such complex information facilitated proper conclusions regarding aerosol optical depth and Ångström exponent for the four locations and discussion of the changes of aerosol properties with distance and with changes of meteorological factors. We also show that the Microtops II sun photometers are reliable instruments for field campaigns. They are easy to operate and provide good quality results.

3

Wyznaczanie grubości optycznej aerozoli atmosferycznych na podstawie pomiarów teledetekcyjnych

Zawadzka O., Markowicz K.M.

Przegląd Geofizyczny

|

2011

|

Z. 1-2

3-26

PL

W artykule zaprezentowany został nowy algorytm do wyznaczania własności optycznych aerozoli atmosferycznych nad lądem wykorzystujący synergię obserwacji satelitarnych oraz pomiarów wykonywanych fotometrem słonecznym i ceilometrem. Instrument SEVIRI (Spinning Enhanced Visible Infrared Radiometer) znajdujący się na pokładzie satelity MSG (Meteosat Second Generation) oferuje możliwość monitoringu aerozoli atmosferycznych z wysoką rozdzielczością przestrzenną i czasową. Detektor SEVIRI mierzy promieniowanie elektromagnetyczne w 12 kanałach spektralnych, jednak tylko dane z trzech kanałów mogą być wykorzystane do wyznaczania własności optycznych aerozoli atmosferycznych. Są to dwa kanały w świetle widzialnym (0,6 i 0,8 žm) oraz jeden w bliskiej podczerwieni (1,6 žm). Zostały przeprowadzone testy mające na celu określenie przydatności każdego z wymienionych kanałów. W wyniku przeprowadzonych symulacji stwierdzono, że z powodu niskich wartości albeda wegetacji najbardziej czuły na obecność aerozoli w atmosferze jest kanał 1., natomiast radiancja mierzona na górnej granicy atmosfery w kanale 2. w niewielkim stopniu zależy od grubości optycznej aerozolu, ze względu na wysokie albedo podłoża. Ponieważ ekstynkcja promieniowania związana z obecnością aerozoli na ogół znacząco maleje z długością fali, aerozole mają stosunkowo mały wpływ na radiancję mierzoną w kanale 3. Ponadto kanał ten jest czuły na zmiany albeda powierzchni i na występowanie chmur. Do wyznaczenia grubości optycznej aerozoli atmosferycznych zostały zastosowane metody odwrotne. Do symulacji obserwacji satelitarnych został wykorzystany model transferu promieniowania 6S (Second Simulation of a Satellite Signal in the Solar Spectrum) (Vermote i in, 1997), oparty na przybliżeniu successive orders of scattering (Liou, 2002). Model 6S został użyty do zdefiniowania skalarnej funkcji kosztu. Funkcja ta została określona przez wartości obserwowane, wyznaczane własności optyczne aerozolu oraz dodatkowe informacje a priori (Rodgers, 2000). Algorytm składa się z trzech części. W pierwszym kroku eliminowanie są piksele zawierające chmury na podstawie zmienności przestrzennej reflektancji na górnej granicy atmosfery w kanale 1,6 žm. W kolejny kroku wykonywana była minimalizacja funkcji kosztu w celu uzyskania wartości reflektancji podłoża. Do estymacji tego parametru zostały użyte obserwacje naziemne grubości optycznej aerozoli pochodzące z pomiarów fotometrem słonecznym oraz pionowe profile ekstynkcji z ceilometru, zarejestrowane w dniu z niską zawartością aerozoli w atmosferze. Zakładając, że reflektancja podłoża dla rozdzielczości przestrzennej SEVIRI zmienia się wolno w czasie, uzyskane rezultaty mogły być użyte do wyznaczenia grubości optycznej w następnych lub poprzednich dniach. Ostatnia część algorytmu jest związana z wyznaczeniem własności optycznych aerozoli atmosferycznych na podstawie minimalizacji odpowiednio zdefiniowanej funkcji kosztu. Opisana metoda została przetestowana na podstawie danych zebranych w kwietniu i w maju 2009 r. Obliczenia przeprowadzone zostały dla pikseli obejmujących fragmenty Puszczy Kampinoskiej. Wstępne rezultaty pokazały dobrą zgodność wyznaczonych i zmierzonych na powierzchni ziemi wartości grubości optycznej. Wartości obliczone różniły się od tych zmierzonych fotometrem słonecznym o ok. 0,025. Słowa kluczowe: aerozole atmosferyczne, grubość optyczna, poprawka

EN

The Spinning Enhanced Visible Infrared Radiometer (SEVIRI) instrument on board Meteosat Second Generation (MSG) offers new capabilities to monitor aerosol loading over land at high temporal and spatial resolution. We propose algorithm to derived aerosol optical properties from synergy of the satellite, sun photometer and ceilometer observations. SEVIRI instrument has three channels that can be useful in aerosol optical properties retrieval: two visible channels (0.6 and 0.8 ěm) and one near infrared channel (1.6 ěm). In order to determine usefulness of each of these channels we carried out tests. It turned out that the 1st channel is the most sensitive for the presence of aerosols, due to relatively low vegetation albedo values in this wavelength. On the contrary, because of rather high albedo of vegetation in the 2nd channel radiation measured at the top of the atmosphere weakly depends on aerosol optical thickness. Since radiation extinction connected with presence of aerosols strongly decrease with wavelength aerosols have relatively small influence on measured radiation in the 3rd channel. Furthermore, this channel is sensitive on changes in albedo of surface and on presence of clouds. Due to above-mentioned reasons we decided to use the radiance measurements in the 1st channel of SEVIRI in retrieval of aerosol properties. In order to retrieve aerosol optical thickness we apply inverse methods. For simulations of satellite observations we use 6S (Second Simulation of a Satellite Signal in the Solar Spectrum) (Vermote et al., 1997) radiative transfer model, based on successive orders of scattering approximations (Liou, 2002). The 6S model is used to define a scalar cost function. This function is defined by observation, retrieved quantities, and a priori information (Rodgers, 2000). Retrieval algorithm consists of three parts. The first step is to remove cloud-contaminated pixels using spatial variability of the top of the atmosphere reflectance at 1.6 ěm. The next step provides surface reflectance based on the cost function minimization. Surface reflectance is the main difficulty in determination of aerosol optical properties over land. To estimate this parameter we use surface observations of aerosol optical thickness from sun photometer and vertical profile of extinction coefficient from ceilometer during a day with low aerosol content in the atmosphere. Assuming that surface reflectance at SEVIRI resolution changes slowly with time we can use previous result to calculate aerosol optical thickness for next or previous days. The last part of algorithm is related to aerosol optical properties estimation based on minimization of the respectively defined cost function. Described method has been tested for data collected in April and May 2009. Preliminary results were obtained for pixels located in the Kampinos Forest, a large forest complex located near to Warsaw in Poland. We found good consistency between the retrieved and measured at the surface the aerosol optical thickness. The calculated values differ from those measured by sun photometer by 0.025.

4

Obserwacje pyłu wulkanicznego nad Polską w kwietniu 2010 roku

Markowicz K.M., Zawadzka O., Stachlewska I.S.

Przegląd Geofizyczny

|

2010

|

Z. 3-4

119-143

PL

Celem pracy jest analiza napływu pyłu wulkanicznego nad obszar Polski w połowie kwietnia 2010 r. Wybuch wulkanu Eyjafjoll na Islandii 14 kwietnia spowodował emisję pyłów i gazów do atmosfery, które przesuwały się w kierunku zachodniej i środkowej części Europy. Analiza trajektorii wstecznych pokazała, że pył wulkaniczny pojawił się nad Polską 16 kwietnia. Potwierdziły to obrazy satelitarne wykonane z kompozycji barwnej kanałów w obszarze widzialnym, środkowej oraz dalekiej podczerwieni. Badania własności optycznych pyłów wulkanicznych przeprowadzono w Laboratorium Transferu Radiacyjnego Instytutu Geofizyki UW w Warszawie oraz na Stacji Transferu Radiacyjnego SolarAOT w Strzyżowie na Podkarpaciu. Pomiary prowadzone przy użyciu ceilometru pokazały występowanie aerozolu wulkanicznego w postaci 2-3 warstw do wysokości ok. 5 km nad powierzchnią ziemi. Wyznaczony na podstawie tych pomiarów współczynnik ekstynkcji aerozolu wynosił maksymalnie 0,02-0,03 km-1 (nad ranem 17 kwietnia) dla długości fali 1064 nm. Na ogół jednak przyjmował on znacznie niższe wartości. Obliczona na podstawie profilu ekstynkcji grubość optyczna pyłu wulkanicznego była również niska. Jedynie nad ranem 17 kwietnia osiągała wartości 0,03 w 1064 nm. Niewielkie zawartości pyłu wulkanicznego w pionowej kolumnie atmosfery potwierdzają również pomiary fotometrami słonecznymi w Warszawie i Strzyżowie. W okresie od 17 do 18 kwietnia notowano małe wartość całkowitej grubość optycznej aerozolu, mieszczące się w przedziale 0,11-0,16 (dla 500 nm), podczas gdy średnia klimatyczna wartość grubość optycznej aerozolu w kwietniu wynosi ok. 0,25.

EN

Optical properties of a volcanic aerosol obtained by direct observations from Radiation Transfer Observatory at the Institute of Geophysics University of Warsaw and Aerosol and Radiation Observatory SolarAOT in Strzyżów (south eastern part of Poland) together with Meteosat Second Generation observations are discussed. Aerosol optical properties measured by the Multi-Filter Rotating Shadowband Radiometer (Model MFR-7), Microtops sun photometer, and CHM-15K ceilometer between 14 and 23 April 2010 are investigated . Back-trajectories calculated for 16 and 17 April show advection of air masses from Iceland in the lower and the middle troposphere. Satellite observations performed by the Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager (SEVIRI) instrument onboard of the MSG2 confirmed ash over Poland. Unfortunately, cloudy conditions during this day prevented remote observations of the atmosphere's optical properties from the ground. However, surface observations performed on 17 April by the ceilometer indicate volcanic ash layers. At around midnight first ash layer appeared at 5 km. One hour later the second layer between 3 and 4 km was observed. An aerosol layer between 0.5 and 2 km was also measured, however it is difficult to determine the type of remotely sensed particles. After sunset very weak ash clouds were recorded between top of the boundary layer and 4 km. During the day those ash layers were not measured, probably due to a poor signal to noise ratio of the ceilometer's signal. Extinction coefficient for volcanic ash was estimated as 0.02-0.03 km-1 and aero-sol optical thickness was calculated about 0.03 at 1064 nm. Sun photometers' observations at both stations show small total aerosol optical thickness which varies between 0.11 and 0.16 (at 500 nm) during 17 and 18 April 2010. However, the mean aerosol optical thickness for April is about 0.25.

5

Saharan aerosol sensed over Warsaw by backscatter depolarization lidar

Kardas A. E., Markowicz K. M., Stelmaszczyk K., Karasinski G., Malinowski S. P., Stacewicz T., Woeste L., Hochhertz C.

Optica Applicata

|

2010

|

Vol. 40, nr 1

219--237

EN

The estimates of the optical properties of mineral dust aerosol observed on April 13th and 14th, 2005 during SAWA (Saharan aerosol over Warsaw) experiment are described. Lidar signals at 532 and 1064 nm wavelengths were inverted with a modified Klett-Fernald algorithm. Aerosol optical depth measured with a sun-photometer allowed to reduce uncertainties in the inversion procedure. Further improvement of the estimation came from distinguishing three aerosol layers in the atmosphere on the basis of vertical profiles of optical properties. Having calculated vertical distributions of aerosol extinction coefficients, profiles of local Angstrom exponent were estimated. Independent information on depolarisation of 532 nm lidar returns, together with the assumption about the spheroidal shape and random orientation of aerosol particles, allowed to estimate the aspect ratio and size of particles on the basis of numerical calculations with transition matrix (T-matrix) algorithm by M. Mishchenko. Results indicate the mode radii of spheroids in the range of 0.15-0.3 žm, and their aspect ratio in the range of 0.6-0.8 or 1.3-2.2 (two solutions are allowed). Small size of the particles is explained by dust deposition and mixing with boundary layer aerosol in the Mediterranean region.

6

A multiyear analysis of aerosol optical thickness over Europe and Central Poland using NAAPS model simulation

Maciszewska A. E., Markowicz K. M., Witek M. L.

Acta Geophysica

|

2010

|

Vol. 58, no. 6

1147-1163

EN

This study contains a comparative analysis of aerosol optical thickness (AOT) between numerical calculations obtained from the Navy Aerosol Analysis and Prediction System (NAAPS) model and direct observations from the AERONET robotic network and the Saharan Aerosol over WArsaw (SAWA) field campaign. AOT was calculated for 500 nm wavelength. The comparison shows underestimation of the total aerosol optical thickness simulated by NAAPS. The correlation coefficients between model and observation oscillates between 0.57 and 0.72. Results of seven-year (1998-2004) NAAPS simulation of aerosol components (sea salt, mineral dust, sulphate, and smoke) show large temporal and spatial variability of the aerosol optical thickness over Europe. The least polluted region is the Iberian Peninsula, while the highest aerosol burdens occurred in Central Europe, mostly due to anthropogenic sulphate particles. Finally, the analysis of mineral dust transport shows frequent episodes of Saharan dust inflow over Central Europe. There are about 20 days a year (4 days in May) when instantaneous AOT associated with mineral dust aerosol increases over 0.1.