Procesado de Imágenes LIDAR (LIght Detection and Ranging) J. L. Gómez-Amo E-mail: jlgomeza@uv E-mail:
[email protected] .es
Índice 1. 2. 3. 4. 5.
Gene Generralid alidad ades es Técni écnicca LID LIDAR AR Aplicacion one es Misi Mi sion ones es esp espac acia iale less CALIPSO CALIPSO (Ejer (Ejercic cicio: io: proce procesado sado de perfil perfiles es atmosf atmosferi ericos cos))
Índice 1. 2. 3. 4. 5.
Gene Generralid alidad ades es Técni écnicca LID LIDAR AR Aplicacion one es Misi Mi sion ones es esp espac acia iale less CALIPSO CALIPSO (Ejer (Ejercic cicio: io: proce procesado sado de perfil perfiles es atmosf atmosferi ericos cos))
Índice 1. Gener Generali alidad dades es 2. 3. 4. 5.
Téc écni nicca LID LIDAR AR Aplicacion one es Misi Mi sion ones es es espa paci ciaale less CALIPSO CAL IPSO (Ejer (Ejercic cicio: io: proce procesado sado de perfil perfiles es atmosf atmosferi ericos cos))
1. Generalidades
LIDAR: Acrónimo en inglés de (Light Detection and Ranging) - analogía con el RADAR – mismo principio de funcionamiento LIDAR utiliza longitudes de onda UV-VIS-NIR (0.2-2 mm) RADAR ondas de radio (1-100 m) o microondas (~20 GHz) SODAR ondas acústicas (~1 kHz)
Sistema de teledetección activa
1. Generalidades LIDAR: Desarrollado a principios de los años 60 (Giorgio Fiocco) Massachusetts Institute of Technology (USA)
Originalmente creado para: - la observación de la Estratosfera y Mesosfera - estudio de las partículas de origen volcánico (estratosfera)
Posteriormente - desarrollo muy importante en los últimos años - observación de la atmósfera, como instrumento de investigación
Ultimamente - observaciones rutinarias de la atmósfera (aeropuertos, redes de observación climática ) - altimetría del terreno (topografía) - imagénes en 3D - control de tráfico
1. Generalidades
LIDAR atmosférico Instrumento de teledetección activa para la obtención de la distribución vertical de caracteristicas de la atmósfera:
densidad, temperatura y presión
concentración de componentes atmosféricos (vapor de agua, ozono, CO2, …)
caracteristicas de sustancias condensadas suspendidas en el aire (agua, hielo, aerosoles,..)
velocidad y dirección del viento
propagación de ondas
1. Generalidades Los sistemas LIDAR: - Tierra (dispositivos fijos o móviles) - Aerotransportados (aviones, helicópteros, etc..) - a bordo de satélites o estaciones espaciales
Índice 1. Generalidades
2. Técnica LIDAR 3. Aplicaciones 4. Misiones espaciales 5. CALIPSO (Ejercicio: procesado de perfiles atmosfericos)
2. Técnica LIDAR La ténica LIDAR se basa en la reflexión de la radiación electromagnética en un medio (atmósfera) o un objeto (edificios, arboles, suelo). Se emite un impulso electromagnético y se mide el tiempo que tarda en llegar al receptor. El tiempo de retorno da información sobre la distancia entre el medio (objeto) y la fuente.
=∗ 2 Δ =⋅ 2
2. Técnica LIDAR Obtención de información del medio a través de la forma en la que éste refleja la señal LIDAR Laser beam
Altitude
Z2
Aerosol layer 2
Z1
Aerosol layer 1 Scattered
tup Emission impulsion
tdown
light Time
T2=2.Z2/C tup + tdown = T1=2.Z1/C Signal Mie Rayleigh scattering scattering Noise level Time
2. Técnica Técnica LIDAR Obtención de información del medio a través de la forma en la que éste refleja la señal LIDAR
2. Técnica Técnica LIDAR
2. Técnica Técnica LIDAR
Fuente de emisión: emite ondas electromagnéticas en una o varias
direcciónes Receptor: recibe la radiación reflejada de la zona “ iluminada ” por la fuente de emisión Detector: Transforma la radiación electromagnetica recibida en una señal eléctrica Procesado: Se almacena la información contenida contenida en la señal eléctrica en forma numérica y se elaboran los datos d atos en tiempo real
2. Técnica LIDAR Fuente de emisión: Láser a impulsos
Energía concentrada y emitida en impulsos muy breves (1 ns-10 μs) Permite el cálculo de la distancia desde donde procede la radiación recibida Radiación emitida es casi monocromática (UV-VIS-NIR) Permite identificar claramente en la recepción cual es la longitud de onda que nos interesa (reduce el ruido de fondo, p.ej. radiación solar) Radiación emitida con muy buena colimación Permite obtener una buena resolución espacial (detalle) Polarización lineal Permite obtener información sobre la fase termodinámica del difusor (solido, liquido o gas)
2. Técnica LIDAR Fuente de emisión: Láser a impulsos
2. Técnica LIDAR Fuente de emisión: Láser a impulsos Parametros fundamentales de la fuente:
energia del impulso numero de fotones emitidos Longitud de onda de emisión Frecuencia de repetición de los impulsos Divergencia del haz láser Polarización
2. Técnica LIDAR Detector: Sistema óptico (lentes, espejos, filtros, etc.)
Telescopio diámetro: mayor superficie de recepción mayor radiación recibida
2. Técnica LIDAR Detector: Sistema óptico (lentes, espejos, filtros, etc.)
Diafragma: Relacionado con el campo de vista del telescopio FOV(Field of View)
2. Técnica LIDAR Detector: Sistema óptico (lentes, espejos, filtros, etc.)
Filtros: Dejan pasar solo la componente que nos interesa (monocromáticos, espectrales, polarizadores, etc.)
2. Técnica LIDAR Detector: Sistema óptico (lentes, espejos, filtros, etc.)
Amplificador y sensor: Aumenta la ganancia de la señal recibida (Fotomultiplicador, avalanche photo diode)
2. Técnica LIDAR
la distancia entre el medio difusor y el receptor se obtiene del tiempo que emplea la luz para ir desde el emisor al receptor
2. Técnica LIDAR Configuraciones LIDAR: Dependiendo de la longitud de onda de emisión y recepción
LIDAR elástico: La longitud de onda de emisión y recepción es la misma - Perfil de retrodispersión de aerosoles - Perfil de densidad, presión y temperatura atmosférica
LIDAR inelástico: La longitud de onda de recepción es diferente a la de emisión -
Efecto Raman (perfil de extinción de aerosoles y perfil de vapor de agua) Fluorescencia Absorción de gases atmosféricos
2. Técnica LIDAR Elastic Interactions
Rayleigh Scattering •
>> d Rayleigh = C/4
Inelastic Interactions
Mie Scattering •
~ d Mie = C/a
Differential absorption
Raman Scattering
Interaction with the quantized vibrational
•
& rotational energy levels of the molecule
Absorption
2. Técnica LIDAR Configuraciones LIDAR: Dependiendo de la geometría de emisión y recepción
LIDAR monoestático: La dirección de emisión es paralela a la de observación, proceso de dispersión a 180º (retrodispersión , “backscattering ”). - Perfil de retrodispersión de aerosoles
LIDAR biestático: La dirección de emisión es diferente a la de recepción.. El ángulo de dispersión depende del ángulo entre el emisor y el receptor.
2. Técnica LIDAR Altura de sobreposición (overlap):
2. Técnica LIDAR RECEPTOR 3 telescopes (Cassegrain)
500 mm, 1064 nm 100 mm, 532 nm ||, 532 nm tot
1 obiettivo fotografico
55 mm, basse quote
receiver FOV
2.2 mrad (500 mm) 1 mrad (100 mm)
time resolution
30 sec
acquisistion
analogic
detector/passband: 532 nm 1064 nm
PMT/1 nm e 0.3 nm APD/1 nm
vertical resolution
15 m
TRANSMISOR
Laser
Nd:Yag
Wavelengths
1064 e 532 nm
pulse length
20 nsec
repetition rate
10Hz
polarization
linear
beam divergence
0.5 mrad
2. Técnica LIDAR Sistemas comerciales: Leosphere R-MAN 510
2. Técnica LIDAR Sistemas comerciales: CMEL microlidar (Cimel Electronique)
Emisor
Láser Nd:YAG
Longitud de onda
532 nm
Potencia
50 mW
Energía
10 15 mJ
Frecuencia de repetición pulso
4.7 kHz
Duración pulso
<15 ns
Telescopio (diámetro x altura)
220 mm x 1000 mm
FOV telescopio
55 mrad
Resolución vertical
15 m
Máximo alcance
30 km
Ancho banda filtro
0.2 nm
Detector
Fotodiodo de avalancha
Modo detección
Contaje fotones
Tiempo adquisición
> 0.8 s
–
2. Técnica LIDAR Sistemas comerciales: Ceilómetros
2. Técnica LIDAR Redes de medida: Earlinet
Earlinet http://www.earlinet.org/
2. Técnica LIDAR Redes de medida: Earlinet
MPL Network http://mplnet.gsfc.nasa.gov/data.html
2. Técnica LIDAR Ecuación del LIDAR elástico: en configuración monoestática La magnitud medida del LIDAR es la potencia (nº fotones por unidad de tiempo) que llega al receptor.
= 0 ⋅ ⋅ 2 ⋅ ⋅ () P(r): Potencia (fotones/s) medida en el sensor P0: Potencia (fotones/s) emitida por el láser A: Superficie del telescopio z: distancia desde instrumento (altura vertical) : Eficacia óptica del receptor c: velocidad de la luz : duración de la medida : coeficiente de retrodispersión (backscattering), UD: m -1 sr-1 T: Transmisividad atmosférica entre el instrumento y la distancia z opt
á 2
2. Técnica LIDAR Ecuación del LIDAR elástico: en configuración monoestática Un impulso laser que viaja a la velocidad de la luz emplea un tiempo 2z/c para llegar a la distancia r y volver al receptor 150 m
⇒ 1 μs
Si medimos durante un tiempo t tendremos la señal producida por una capa atmosférica de espesor cτ/2 La transmisividad atmosférica puede obtenerse de la ley de Beer:
= exp
−0 ′ ′
z : coeficiente de extinción atmosférico, UD: m -1
2. Técnica LIDAR Ecuación del LIDAR elástico: en configuración monoestática Fuera de las bandas de absorción de los gases la extinción ( ) y retrodispersión ( ) en la atmósfera dependen de aerosoles y moléculas.
= + = + 1 P ( z ) k 2 ( b ( z ) b ( z )) exp 2 (a ( z ') a ( z '))dz ' z 0 z
a
= 0 ⋅ ⋅ ⋅
m
constante del instrumento
a
m
2. Técnica LIDAR Ecuación del LIDAR elástico: En ausencia de aerosoles la señal depende sólo de la dispersión molecular,
Teoría de Rayleigh
b ( z ) 5.45 10
32
m
n( z )
P
0.55 n( z ) ( m m)
4
nº moléculas por unidad de volumen
T
a
8 m
3
b
m
2. Técnica LIDAR Ecuación del LIDAR elástico: En presencia de aerosoles la señal depende también de los coeficientes de backscattering (ba) y extinción de los aerosoles (aa).
Teoría de Mie: • Radio (r ) de las particuas (esféricas) • Distribución de tamaños N(r) • su eficiencia de Qback y Q ext (fracción de radiancia absorbida o difusa)
b r Qback (r ) N (r )dr 2
0
a
r 2Qext (r ) N (r )dr 0
LIDAR ratio: LR=
/
si LR es indipendiente de la altura (no realístico) es sencillo el cálculo di si no LR
= f(z) => Se necesita información auxiliar
2. Técnica LIDAR Ecuación del LIDAR elástico: Hipótesis
2. Técnica LIDAR Separación molecular-aerosoles Señal Lidar: Pr2
Tiempo de integración: 30 min
Referencia molecular
Aerosoles
2. Técnica LIDAR. Inversión Inversión de la señal Lidar para obtener el perfil de extinción de aerosoles (z)
• • • •
Procedimiento iterativo Depende del Lidar ratio LR LR = f(z) Inversión de Klett Klett-Fernald-Sasano
2. Técnica LIDAR. Aplicaciones en atmósfera Descripción vertical de los aerosoles y nubes •
Evolución diaria de Boundary layer - Dispersión de contaminantes - mezcla vertical - aeropuertos
•
Corrección atmosférica - perfil de extinción de aerosoles - obtención de radiancias (RTM)
•
Impacto climático de las emisiones - Aerosol radiative forcing - heating rate
•
Altura de las nubes - impacto radiativo - aeropuertos
2. Técnica LIDAR. Aplicaciones en atmósfera Evolución diaria de Boundary layer (capa de mezcla)
Capa de mezcla
2. Técnica LIDAR. Aplicaciones en atmósfera Sedimentación y mezcla vertical
Incencios
Capa de mezcla
Sedimentación
2. Técnica LIDAR. Aplicaciones en atmósfera
No signal
Nubes
Detección de nubes y lluvia
Lluvia
Índice 1. Generalidades 2. Técnica LIDAR
3. Aplicaciones 4. Misiones espaciales 5. CALIPSO (Ejercicio: procesado de perfiles atmosfericos)
3. Aplicaciones Distintas a la atmosférica
Topografía Arquitectura y Urbanismo Modelos de elevación del suelo Imágenes 3D Agronomía Recursos hídricos
Instrumentos de suelo
3. Aplicaciones Aéreo
Instrumentos móviles Terrestre
3. Aplicaciones Tendido eléctrico
Instrumentos moviles
3. Aplicaciones Construcción
3. Aplicaciones Recursos hídricos
3. Aplicaciones
Agronomía: - cultivos - bosques
3. Aplicaciones Evaluación de daños en catastrofes naturales
Mayo 2004: Pre-Ivan
Septiembre 2004: Post-Ivan
3. Aplicaciones Evaluación de daños en catastrofes naturales
Agosto 2005: Post-Katerina
Índice 1. Generalidades 2. Técnica LIDAR 3. Aplicaciones
4. Misiones espaciales 5. CALIPSO (Ejercicio: procesado de perfiles atmosfericos)
4. Misiones espaciales. Historia Primeros Lidar aerotransportados a bordo de aviones (en los años 70) - Sentar las bases de la tecnología Lidar aerotransportado. - Identificar nubes y aerosoles: Polar Stratosferic Clouds(PSCs) stratospheric aerosols dust events volcanic eruptions
LITE: Lidar in-space Technology Experiment ALISSA: The Atmosphere by Lidar on Saliout GLAS: Geoscience Laser Altimeter CALIPSO: Cloud-Aerosol Lidar and Pathfinding Satellite Observation
4. Misiones espaciales. Historia LITE: Lidar in-space Technology Experiment - Septiembre de 1994. Primer Lidar en el espacio - Voló en el transbordador “Discovery”
Nd-YAG laser
4. Misiones espaciales. Historia LITE: Lidar in-space Technology Experiment -
wavelengths (0.355, 0.532, 1.064 mm) Coeficiente de backscattering
Measurement Locations for LITE - Orbit 129
= 355 nm
= 532 nm
= 532 nm
4. Misiones espaciales. Historia ALISSA: The Atmosphere by Lidar on Saliout -
Colaboración Rusia-Francia 1996. Voló en la estación espacial Rusa (MIR) Nd:YAG laser 0.532 mm Altura de las nubes
4. Misiones espaciales. Historia GLAS: Geoscience Laser Altimeter -
2003-2010. Primer Lidar en satélite pensado para larga duración A bordo del Ice Cloud and land Elevation Satelite (ICESat) Nd:YAG laser 0.532 – 1.064 mm Altímetro: cobertura de hielo Aerosoles y nubes
4. Misiones espaciales. Historia CALIPSO: Cloud-Aerosol Lidar and Pathfinding Satellite Observation -
2006-. El instrumento CALIOP Lidar Colaboración Francia- USA Medidas simultaneas de nubes y aerosoles Dos Nd:YAG laser 0.532 – 1.064 mm Polarización Forma parte del A-Train
4. Misiones espaciales Misiones futuras: ESA
EARTHCARE (lanzamiento previsto final 2015) ADM-AEOLUS (lanzamiento previsto Junio 2015)
EarthCARE
Thorsten Fehr, 7th Int. Workshop on Sand/Duststorms and Associated Dustfall, 03 December 2013
EarthCARE - Mission Objectives
Quantification of the relationship between clouds, aerosols and radiation for the improvement of climate and weather models.
•
Observational Requirements: •
Vertical profiles of natural and anthropogenic aerosols on a global scale, their radiative properties and interaction with clouds
•
Vertical distribution of atmospheric liquid water and ice on a global scale, their transport by clouds and radiative impact
•
Cloud overlap in the vertical, cloud-precipitation interactions and the characteristics of vertical motion within clouds
•
The combination of the retrieved aerosols and cloud properties to derive the profile of atmospheric radiative heating and cooling Thorsten Fehr, 7th Int. Workshop on Sand/Duststorms and Associated Dustfall, 03 December 2013
EarthCARE - Mission Summary Needs
Techniques
Aerosols: Vertical profiles of extinction and characteristics of aerosols
Lidar
Clouds: Vertical profiles of liquid, supercooled and ice water, cloud overlap, particle size and extinction
Radar
Vertical motion: Convective updraft and ice fall speed
Doppler Radar
EarthCARE Instruments
ATLID UV (355 nm) & HSR
CPR (94 GHz) CPR with Doppler
2-D Context: Clouds and aerosols horiz. structures
Multi-spectral Imager
MSI (7 Bands, VIS, NIR,SWIR, TIR)
Radiation and Flux: Broadband SW & LW @ TOA
Broadband Radiometer
BBR (SW: 0.2-4µm, TW: 0.2µm-50µm)
Thorsten Fehr, 7th Int. Workshop on Sand/Duststorms and Associated Dustfall, 03 December 2013
EarthCARE - ATmospheric LIDar (ATLID)
•
•
•
Backscatter UV (355nm) with high spectral resolution receiver, bistatic design 3 channels receiver: •
Rayleigh,
•
co-polar Mie
•
cross-polar Mie
Separation Rayleigh-Mie by narrow bandwidth Fabry-Perot Etalon backscatter and extinction can be measured independently →
•
Pulse repetition rate 51 Hz, Laser energy: 34 mJ
•
Sampling: horizontal: 280m (=2x140m integrated), vertical: 100m
•
Receiver footprint on ground < 30 m
•
3° off-nadir (backwards) pointing to reduce specular reflection on ice clouds Thorsten Fehr, 7th Int. Workshop on Sand/Duststorms and Associated Dustfall, 03 December 2013
EarthCARE - ATLID: HSRL Principle
1. Fabry-Perot etalon to separate the molecular and the aerosol/cloud contributions. 2. Cross-Talk correction is needed to correct for the imperfection. 3. The Rayleigh signal will enable a direct extinction retrieval for high SNR data Thorsten Fehr, 7th Int. Workshop on Sand/Duststorms and Associated Dustfall, 03 December 2013
EarthCARE - ATLID Characteristics
Parameter
ATLID/EarthCARE
Caliop/Calipso
Satellite altitude
409 km
705 km
Orbital inclination
97 deg
98 deg
Ascending node
14:00
13:30
389 orbits/25d [nom]
233 orbits/16d
15.6
15
Repeat cycle Orbits per day Laser Divergence/Footprint
100 µrad / ≈ 70 m < 30 m
Telescope Divergence/ Footprint Laser Wavelength
130 µrad / ≈ 90 m
355 nm
532 nm
Laser Pulse Energy
34 mJ
110 mJ
Laser Pulse Length
30 ns
20 ns
Repetition Rate
50 Hz
20 Hz
Single Shot Ground Distance
140 m
380 m
Thorsten Fehr, 7th Int. Workshop on Sand/Duststorms and Associated Dustfall, 03 December 2013
EarthCARE Satellite Viewing Geometry 50º
3º
R P C
CPR
h t i n e z
Ø<1km, nadir 500m sampling
Thorsten Fehr, 7th Int. Workshop on Sand/Duststorms and Associated Dustfall, 03 December 2013
ADM-Aeolus
Thorsten Fehr, 7th Int. Workshop on Sand/Duststorms and Associated Dustfall, 03 December 2013
ADM-Aeolus
The ADM-Aeolus Mission addresses the following concerns in Weather Forecasting and Climate Modelling: •
•
Lack of homogeneous global coverage of direct wind profile measurements in the current Global Observing System (GOS) Large uncertainties in the estimated contribution of aerosols and clouds to the global radiative forcing Radiosonde network
Thorsten Fehr, 7th Int. Workshop on Sand/Duststorms and Associated Dustfall, 03 December 2013
ADM-Aeolus
ADM Objectives •
•
To improve our understanding and predictability of •
Atmospheric dynamics and global atmospheric transport
•
Global cycling of energy, water, aerosols, chemicals
To improved atmospheric analysis fields, in particular: •
•
•
Tropics: Wind fields governs dynamics Mid-latitudes: Intense storm developments and mesoscale circulation
To provide better initial conditions for weather forecasting and information to improve parameterisation and modelling of atmospheric processes in climate and forecast models Thorsten Fehr, 7th Int. Workshop on Sand/Duststorms and Associated Dustfall, 03 December 2013
ADM-Aeolus
1. High Spectral Resolution Wind Lidar system
ALADIN 110 mJ 50 Hz 355nm
Wind and atmospheric optical properties profile measurements are derived from the Doppler shifted signals that are back-scattered along the lidar line-of-sight (LOS) Thorsten Fehr, 7th Int. Workshop on Sand/Duststorms and Associated Dustfall, 03 December 2013
ADM-Aeolus
Measurement baseline
•
Example of ADMAeolus vertical sampling •
High Spectral Resolution: Separate molecular and a particle backscatter receivers UV (355 nm , circularly polarized)
•
No polarization detection
•
Ground calibration
•
•
Adjustable vertical sampling of atmospheric layers Δz: 0.25–2 km
Thorsten Fehr, 7th Int. Workshop on Sand/Duststorms and Associated Dustfall, 03 December 2013
ADM-Aeolus
•
ADM-Aeolus is a wind mission and not optimized for aerosol monitoring Still interesting for aerosol data assimilation due to provision of vertically resolved information •
•
Optical properties profiles (500 – 2 km vertical resolution) b, a, OD, scattering ratio •
•
Cloud/aerosol cover/stratification
Cloud/aerosol top heights Cloud/aerosol base height (optically thin) Aerosol typing (backscatter-to-extinction ratio only!) 3 km averaged measurements and <85 km observation averages – scene classified Near Real Time delivery of L1b data + L2b processor for: •
•
•
•
•
•
•
numerical weather prediction (NWP) potential aerosol assimilation in forecast and climate models
Thorsten Fehr, 7th Int. Workshop on Sand/Duststorms and Associated Dustfall, 03 December 2013
ADM-Aeolus
•
Launch date: •
•
•
•
July 2015
ADM-Aeolus CAL/VAL AO call: •
First Call 2007
•
delataAO CAL/VAL call needed
ADM-Aeolus AO delta-call Objectives: •
Allow for confirmation/update of current proposals
•
Attract new proposals
Schedule: •
Delta-call release: November 2013, deadline end January 2014
•
Phase E1 preparatory CAL/VAL Workshop(s)
Thorsten Fehr, 7th Int. Workshop on Sand/Duststorms and Associated Dustfall, 03 December 2013
4. Misiones espaciales. CALIPSO CALIPSO: el satélite CALIPSO forma parte de la Afternoon Constellation, junto a los satélites Aqua, CloudSat, Aura y PARASOL Concebido a partir de una claboración entre la NASA y la Agencia Espacial Francesa (CNEES) se puso en orbita en la primavera de 2006.
http://www-calipso.larc.nasa.gov/
CALIPSO y el resto de la formación están situados a una altura de 705 km en una orbita polar helio-sincrona, inclinada 98º. Se repite la misma orbita cada 16 días con un error < ±10 km Está dedicado a ampliar el conocimiento del efecto de las nubes y aerosoles en el sistema climático. Lleva enviando datos desde hace 7 años.
4. Misiones espaciales. CALIPSO CALIPSO: el instrumento Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation • • •
CALIOP: Lidar Radiómetro infrarrojo Cámara visible
Winker, 23_ILRC,2006
4. Misiones espaciales. CALIPSO RECEPTOR
CALIPSO: el instrumento laser
Nd:Yag
telescope diameter
1 meter
Wavelengths
532 nm, 1064 nm
Receiver FOV
130 μrad
pulse length
20 nsec
polarization
532 nm,|| e perp.
repetition rate
20.16 Hz
pulse energy
110 mJ each wavelength
polarization purity
> 99% (532 nm)
cooling
passive
detector/passband: 532 nm 1064 nm
PMT/ 35 pm APD/ 400 pm
boresight range
+/- 1 degree
beam divergence
100 mrad
Vertical Sampling
10 MHz (15 m)
Spatial resolution: lower troposphere upper troposphere Stratosphere
333 m horiz, 30 m vert 1 km horiz, 60 m vert 5 km horiz, 180 m vert
Footprint
100 m
Linear Dynamic Range (all three channels)
4E+6 : 1
Laser
4. Misiones espaciales. CALIPSO CALIPSO: el algoritmo
Datos CALIOP Nivel 1: total attenuated backscatter coefficient, señal calibrada (532 nm), no corregido por la l a atenuación.
2
b ' ( z )
S tot z C
2
T O
3
b ( z )T 2 ( z ) ( b a ( z ) b m ( z ) )T a2 ( z )T m2 ( z )T O23 ( z )
( z ) Hay que incluir la contribución del ozono
4. Misiones espaciales. CALIPSO CALIPSO: el algoritmo
Datos CALIOP Nivel 2: extinction coefficient,
2
b ' ( z )
S tot z C
2
T O
3
b ( z )T 2 ( z ) ( b a ( z ) b m ( z ) )T a2 ( z )T m2 ( z )T O23 ( z )
( z ) Hay que incluir la contribución del ozono
4. Misiones espaciales. CALIPSO CALIPSO: el algoritmo
Datos CALIOP Nivel 2: clasificacion de aerosoles y nubes
2
b ' ( z )
S tot z C
2
T O
3
b ( z )T 2 ( z ) ( b a ( z ) b m ( z ) )T a2 ( z )T m2 ( z )T O23 ( z )
( z ) Hay que incluir la contribución del ozono
4. Misiones espaciales. CALIPSO CALIPSO: tipos de datos
Table 1. CALIPSO Level 2 Aerosol and Cloud Measurements
Measurement
Data Product Resolution
Datos CALIOP Nivel 2: clasificacion de aerosoles y nubes Data Product Capabilities Horizontal and Uncertainties
Vertical
Aerosols Height, Thickness
For layers with β > 2.5 x 10-4 km-1 sr-1
5 km
60 m
Optical depth, τ
40% *
5 km
N/A
Backscatter, βa(z)
20 - 30%
40 km 40 km
Z < 20 km 120 m Z ≥ 20 km: 360 m
Extinction, σa
40% *
40 km 40 km
Z < 20 km 120 m Z ≥ 20 km: 360 m
Clouds Height
For layers with β > 1 x 10-3 km-1 sr-1
1/3, 1, 5 km
30, 60 m
Thickness
For layers with τ < 5
1/3, 1, 5 km
60 m
Optical depth, τ
within a factor of 2 for τ < 5
5 km
N/A
Backscatter, βc(z)
20 - 30%
5 km
60 m
Extinction, σc
within a factor of 2 for τ < 5
5 km
60 m
Ice/water phase
Layer by layer
5 km
60 m
Ice cloud emissivity, ε
±0.03
1 km
N/A
Ice particle size
±50% for ε > 0.2
1 km
N/A
Note: * assumes 30% uncertainty in the aerosol extinction-to-backscatter lidar ratio, Sa
4. Misiones espaciales. CALIPSO Disponibilidad de los datos: http://www-calipso.larc.nasa.gov/products/lidar/browse_images/show_calendar.php - Elegir un dia
4. Misiones espaciales. CALIPSO Disponibilidad de los datos: http://www-calipso.larc.nasa.gov/products/lidar/browse_images/show_calendar.php - Elegir un dia
Día
Noche
4. Misiones espaciales. CALIPSO La orbita está dividida en cuatro imagenes codificadas por un código de colores.
Día
Noche
4. Misiones espaciales. CALIPSO Data request: https://www-calipso.larc.nasa.gov/search/login.php -
Registrarse Acceder Seleccionar los parametros
4. Misiones espaciales. CALIPSO Data request: https://www-calipso.larc.nasa.gov/search/login.php -
Registrarse Acceder Seleccionar los parametros
4. Misiones espaciales. CALIPSO Data request: https://www-calipso.larc.nasa.gov/search/login.php -
Registrarse Acceder Seleccionar los parametros
4. Misiones espaciales. CALIPSO Data request: https://www-calipso.larc.nasa.gov/search/login.php -
Registrarse Acceder Seleccionar los parametros
4. Misiones espaciales. CALIPSO Data request: https://www-calipso.larc.nasa.gov/search/login.php -
Registrarse Acceder Seleccionar los parametros
4. Misiones espaciales. CALIPSO http://www-calipso.larc.nasa.gov/ LIDAR BROWSE IMAGES: http://www-calipso.larc.nasa.gov/products/lidar/browse_images/production/
Tools: herramientas para la lectura de archivos .hdf y para crear figuras (Matlab y IDL) https://www-calipso.larc.nasa.gov/resources/calipso_users_guide/tools/index.php ESSENTIAL READING http://www-calipso.larc.nasa.gov/resources/calipso_users_guide/essential_reading/index.php DATA REQUEST https://www-calipso.larc.nasa.gov/search/login.php https://eosweb.larc.nasa.gov/project/calipso/calipso_table
Índice 1. Generalidades 2. Técnica LIDAR 3. Aplicaciones 4. Misiones espaciales
5. CALIPSO (Ejemplo: procesado de perfiles atmosfericos)
5. CALIPSO. Ejemplo Caso de polvo desértico en el Mediterráneo. 23-Junio-2008
5. CALIPSO. Ejemplo Caso de polvo desértico en el Mediterráneo. 23-Junio-2008
Level 1. Total Attenuated backscattering
5. CALIPSO. Ejemplo 532 nm
No signal
Nubes
Level 1. Polarized Attenuated backscattering
5. CALIPSO. Ejemplo 532 nm
Level 1. Depolarization ratio
Depolarization ratio: 532nmpol/ 532nm
Level 1. Total Attenuated backscattering 1064 nm
Level 1. Color ratio
Color ratio: 1064nm/ 532nm
Level 2. aerosol-cloud classification
En base a: 532nm 532nm
PoL
1064nm
Color ratio Depol. Ratio Latitud Altura
Clasificación: Aerosol Nube Superficie
Level 2. horizontal averaging
Depende de la calidad de la señal
Level 2. Cloud phase (tipo de nube)
Depende de: Altura Depolarization ratio
Level 2. Aerosol subtype (tipo de aerosol)
Depende de: Color ratio Depol. Ratio Latitud Altura