Confronto metodi di Calibrazione del MWR

1. XV RiNEm ANALISI DI MODELLI DI TRASFERIMENTO RADIATIVO TRAMITE RADIOMETRI A MICROONDE, RADIOSONDE E GPS Vinia Mattioli(1), Patrizia Basili(1), Ed R. Westwater(2)(1) Dipartimento di Ingegneria Elettronica e dell’Informazione, Universita’ di Perugia , Email: mattioli@diei.unipg.it (2)Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences, University of Colorado/NOAA-Environmental Technology Laboratory, Email: Ed.R.Westwater@noaa.gov Cagliari, 13-16 Settembre 2004 Lo studio dei modelli elettromagnetici dell’atmosfera è fondamentale per applicazioni nel campo delle previsioni meteorologiche, degli studi climatologi e nell’ambito delle telecomunicazioni spaziali in termini di propagazione dei segnali a microonde nei collegamenti radio. In questo lavoro sono esaminati cinque modelli di assorbimento atmosferico in condizioni di aria chiara in termini di temperatura di brillanza (TBs) e contenuto integrato di vapor d’acqua atmosferico (PWV) calcolati a partire da profili di radiosondaggio (RAOBs). Le TBs calcolate da RAOB sono state confrontate con le TBs misurate da radiometri a microonde posti a terra (MWRs) e i valori di PWV ottenuti da RAOB, confrontati con le stime da GPS e da MWR. Per l’analisi sono stati utilizzati dati raccolti durante l’esperimento CIC-IOP (Cloudiness Inter-Comparison Intensive Operational Period) condotto in Oklahoma, USA, nel marzo-aprile 2003, dal programma ARM (Atmospheric Radiation Measurement) del Dipartimento dell’Energia (DOE) del governo americano. Nella gamma di strumenti utilizzati nell’esperimento, sono stati considerati tre radiometri bi-canale a scansione operanti alle frequenze 23.8 e 31.4 GHz, radiosonde modello RS90 della Vaisala, lanciate quattro volte al giorno alle ore sinottiche principali (00, 06, 12, e 18 UTC), e un ricevitore GPS incluso nella rete permanente SUOMINET gestita dall’UCAR (University Corporation for Atmospheric Research). Le condizioni di cielo sereno sono state valutate utilizzando il lidar Vaisala CT25K presente nel sito ARM. Strumenti Utilizzati Stazione permanente GPS (site ID SG01) operante con una stazione meteorologica colocata. Antenna: TRM33429.20+GP Ricevitore: TRIMBLE 4700 Il sistema è incluso nel progetto GPS-IPW [http://gpsmet.noaa.gov] del NOAA/Forecast System Laboratory che fornisce stime di PWV ogni 30 minuti. Radiosonde Vaisala serie RS90, con il sensore di umidità H-humicap. Radiometro Radiometrics serie WVR-1100 nominato C1, operativo al Central Facility Southern Great Plains in Oklahoma. Due MWR aggiuntivi dello stesso modello, nominati E14 and S01, sono stati operativi durante l’IOP. Ceilometro Vaisala CT25K: fornisce l’altezza della base della nuvola ogni 15 sec con risoluzione 100 m, fino ad un’altezza di 25,000 ft (7.6 km). “Photo courtesy: U.S. Department of Energy's Atmospheric Radiation Measurement Program" • Confronto metodi di Calibrazione del MWR Calibrazione per i MWRs: due metodi a confronto, l’algoritmo sviluppato all’ETL (Environmental Technology Laboratory) e la calibrazione automatica ARM. Entrambi gli algoritmi si basano su misure di opacità atmosferica  in funzione della massa d’aria m (metodo delle “tip curves”). Calibrazione ARM:J.C. Liljegren, “Automatic self-calibration of ARM microwave radiometers”, Microwave Radiometry and Remote Sensing of the Earth's Surface and Atmosphere, Eds. P. Pampaloni and S. Paloscia, pp. 433-443, 2000. Calibrazione ETL:Y. Han, E.R. Westwater, “Analysis and improvement of tipping calibration for ground-based microwave radiometers”, IEEE Trans. Geosci. Rem. Sen., vol. 38, No. 3, pp. 1260-1276, 2000. CONFRONTO di PWV: Serie temporale di vapore da MWR, GPS e Radiosonde Analisi dei modelli di assorbimento In questo lavoro abbiamo considerato cinque modelli di assorbimento atmosferico: tre di uso comune, sviluppati da Liebe nel 1987 (LIEB87) da Liebe et al. nel 1993 (LIEB93), e da Rosenkranz nel 1998 (ROS98), più due nuovi modelli, sviluppati rispettivamente da Rosenkranz (ROS03) ROS03 modificato da Liljegren LILJ04. I modelli differiscono fra loro per parametri quali la larghezza della linea spettrale e il termine nel continuo. TB: MWR - RAOBs PWV: MWR - RAOBs Serie temporale di TB da RAOBs, calcolata con i cinque modelli di assorbimento, e da MWR Conclusioni PWV: MWR - GPS I modelli più recenti ROS98, ROS03, e LILJ04 sono in maggiore accordo con i dati sperimentali, con un bias inferiore a 0.55 K se è applicata la calibrazione ETL. MWR, radiosonde e GPS hanno inoltre mostrato un buon accordo in termini di PWV, con un rms inferiore a 0.12 cm. Sviluppi futuri Estendere l’analisi ad un periodo temporale più ampio (un anno di dati) e in diverse condizioni ambientali come l’Artico e i Tropici (nei siti ARM di Barrow, Alaska e nelle isole di Manus e Nauru, Papua Nuova Guinea). LIEB87: H.J. Liebe and D.H. Layton, “Millimeter Wave Properties Of The Atmosphere: Laboratory Studies And Propagation Modeling,” National Telecommunications and Information Administration (NTIA) Report 87-24, 1987, 74 pp. (available from the National Technical Information Service, 5285 Port Royal Road, Springfield, VA, 22161). LIEB93: Liebe, H.J., G.A. Hofford, and M.G. Cotton, “Propagation modeling of moist air and suspended water/ice particles and frequencies below 1000 GHz,” AGARD conference proceedings 542, 3.1-3.10, 1993. ROS98: P.W. Rosenkranz, “Water Vapor Microwave Continuum Absorption: A Comparison Of Measurements And Models,” Radio Science, vol. 33, no. 4, pp. 919-928, 1998. P.W. Rosenkranz, Correction to “Water Vapor Microwave Continuum Absorption: A Comparison Of Measurements And Models,” Radio Science, vol. 34, no. 4, p. 1025, 1999. ROS03: P.W. Rosenkranz, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, Comunicazione privata Marzo 2004 LILJ04: J.C. Liljegren, “Improved retrievals of temperature and water vapor profiles with a twelve-channel radiometer,” in 2004 Proc. of the Eighth Symposium on IOAS-AOLS, American Meteorological Society, 11-15 Jan. 2004, Seattle, WA.