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Tesi etd-02182008-123025


Thesis type
Tesi di dottorato di ricerca
Author
DEL BIANCO, SAMUELE
URN
etd-02182008-123025
Title
RADIATIVE TRANSFER AND INVERSION MODEL OF ATMOSPHERIC MEASUREMENTS IN THE FAR INFRARED FOR CLOUDY CONDITIONS
Settore scientifico disciplinare
GEO/12
Corso di studi
TELERILEVAMENTO
Commissione
Relatore Dott. Carli, Bruno
Parole chiave
  • RADIATIVE TRANSFER
  • INVERSION MODEL
  • FAR INFRARED
  • CLOUDY CONDITIONS
Data inizio appello
13/03/2008;
Consultabilità
parziale
Data di rilascio
13/03/2048
Riassunto analitico
E’ stato sviluppato un codice d&#39;inversione chiamato MARC (Millimetre-wave Atmospheric Retrieval Code) per analizzare le misure di un nuovo strumento eterodina che effettua misure atmosferiche al lembo chiamato MARSCHALS (Millimetre-wave Airborne Receivers for Spectroscopic CHaracterisation in Atmospheric Limb-Sounding). Il codice d&#39;inversione fa una regressione non lineare che minimizza la differenza fra le misure ed un modello diretto. In questo modello si calcola il trasporto radiativo in atmosfera non omogenea considerando anche gli effetti dovuti ai gradienti orizzontali ed alla presenza di nubi. Molte nuove e interessanti caratteristiche sono presenti in questo codice d&#39;inversione: l&#39;uso della matrice di varianza e covarianza del modello diretto, la quale descrive in maniera rigorosa gli errori sistematici riducendo così la loro influenza nel calcolo dell&#39;errore totale; la flessibilità nella procedura d&#39;inversione (single-target e multi-target, single-band e multi-band, single-sequence e sequential-fit, selezione tra differenti strategie di regolarizzazione e tra differenti criteri di convergenza), un&#39;ambia varietà di quantità ricavabili dall&#39;inversione (costituenti atmosferici, gradienti orizzontali e parametri strumentali); determinazione di molti quantificatori della qualità dell&#39;inversione (averaging kernel matrix, gradi di libertà, contenuto di informazione, chi^2 test e numero di macro e micro iterazioni nella procedura d&#39;inversione).<br><br>L&#39;osservazione al lembo può fornire la necessaria risoluzione verticale per lo studio della regione UTLS (Upper Troposphere - Lower Stratosphere). Per questo motivo, negli ultimi anni, molti spettrometri che effettuano misure al lembo sono stati montati a bordo dei nuovi satelliti. In questo contesto ESA (European Space Agency) sta pianificando lo sviluppo di uno spettrometro eterodina che lavora nelle onde millimetriche chiamato MASTER (Millimetre-wave Acquisition for Stratosphere-Troposphere Exchange Research) e ha sviluppato MARSCHALS per misure da aereo stratosferico. L&#39;obiettivo di MARSCHALS è verificare sperimentalmente le capacità di misura di MASTER nella regione UTLS. Questo obiettivo è stato perseguito utilizzando il codice MARC per l&#39;analisi delle misure di MARSCHALS.<br><br>MARC è stato prima di tutto impiegato per uno studio teorico d&#39;inversione. Questo studio ha determinato le capacità di misura di MARSCHALS in cielo sereno e cielo nuvoloso in termini di accuratezza con la quale possono essere determinate le quantità atmosferiche obiettivo della misura ed alcuni parametri strumentali. Inoltre, è stato osservato che in presenza di nubi ci sono quattro condizioni di misura che si possono verificare: nubi che non modificano le misure, nubi che possono essere adeguatamente descritte con un modello di assorbimento continuo atmosferico, nubi per le quali una limitata risoluzione verticale produce un errore nel modellare la distribuzione verticale della nube stessa, e infine nubi che necessitano un modello di scattering per poter ottenere un corretta inversione dei dati misurati.<br><br>Alla luce dei risultati ottenuti in questo studio teorico, MARC è stato utilizzato per analizzare le misure di MARSCHALS ottenute durante la campagna di misura SCOUT-O3 fatta a Darwin (Australia) nel Dicembre del 2005. I risultati dell&#39;analisi hanno confermato la capacità di MARSCHALS di effettuare misure dei costituenti atmosferici in presenza di nubi che, invece, risultano essere opache nel medio e lontano infrarosso. MARSCHALS ha misurato la distribuzione verticale della temperatura, del vapor d&#39;acqua, dell&#39;ozono e dell&#39;acido nitrico durante l&#39;intero volo.<br><br>Inoltre, usando lo stesso codice, sono state analizzate le misure di uno strumento a trasformata di Fourier, con rivelatore non raffreddato, chiamato REFIR-PAD (Radiation Explorer in the Far InfraRed - Prototype for Applications and Development), anche questo strumento ha raccolto dati a latitudini tropicali. Da queste misure sono state ottenute informazioni sul profilo di vapor d&#39;acqua, di temperatura e sulla temperatura della superficie. I residui della procedura d&#39;inversione sono stati analizzati con l&#39;obiettivo di individuare possibili effetti sistematici dovuti ad errori spettroscopici. Nell&#39;intervallo spettrale coperto da REFIR-PAD i residui sono consistenti con le incertezze di misura previste, provando così una buona qualità del modello di trasferimento radiativo e del data-base spettroscopico HITRAN 2004. Differenze significative invece sono state osservate utilizzando il data-base spettroscopico HITRAN 2000.<br><br>Il codice sviluppato ha fornito una robusta e affidabile analisi delle misure di due strumenti diversi con una completa caratterizzazione dei risultati e con l&#39;identificazione delle loro future potenzialittà.<br><br>Questo lavoro è stato realizzato grazie al contributo di ESA-ESTEC (contratto n° 16530/02/NL/MM).<br>
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