Remote sensing of the Earth‘s atmosphere by weather satellites and radars; principles and utilization of Doppler radars, LIDAR and SODAR measurements; lightning detection and localization networks; sensing of atmospheric composition

Průzkum atmosféry Země pomocí družicového snímání, měření pomocí radaru, principy a využití Dopplerovských radarů, LIDARu a SODARu, systémy detekce blesků, družicové snímání složení atmosféry

Obtaining basic knowledge on satellite and radar meteorology.

Získat základní znalosti o principech, využití a omezení metod dálkového prùzkumu zemské atmosféry

Znalosti podle sylabu předmětu.

(1) D. Řezáčová a kol.: Fyzika oblaků a srážek. Academia Praha, 2007.

(2) S.Q.Kidder, T.H.Vonder Haar: Satellite Meteorology - an Introduction. Academic Press, Inc., 1995

(3) L.J.Battan: Radar Observations of the Atmosphere. The University of Chicago Press, Chicago 1973

(4) R.J. Doviak, D. Zrnic: Doppler Radar and Weather Observations (second edition). Academic Press, Inc., 1993

(5) V.N. Bringi, V. Chandrasekar, 2001: Polarimetric Doppler Weather Radar, Cambridge University Press, U.K., 636 s.

(1) D. Řezáčová a kol.: Fyzika oblaků a srážek. Academia Praha, 2007.

(2) S.Q.Kidder, T.H.Vonder Haar: Satellite Meteorology - an Introduction. Academic Press, Inc., 1995

(3) L.J.Battan: Radar Observations of the Atmosphere. The University of Chicago Press, Chicago 1973

(4) R.J. Doviak, D. Zrnic: Doppler Radar and Weather Observations (second edition). Academic Press, Inc., 1993

(5) V.N. Bringi, V. Chandrasekar, 2001: Polarimetric Doppler Weather Radar, Cambridge University Press, U.K.,

(6) Visconti, G. et al.: Observing Systems for Atmospheric Composition: Satellite, Aircraft, Sensor Web and Ground-Based Observational Methods and Strategies 2007th Edition, Springer; 2007

(7) Burrows, J.P. et al.: The Remote Sensing of Tropospheric Composition from Space, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011

(8) Lenoble J. et al.: Aerosol Remote Sensing 2013th Edition, Springer; 2013 edition (March 6, 2015)

(9) Alexander Kokhanovsky, Gerrit de Leeuw: Satellite Aerosol Remote Sensing Over Land, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009.

Lecture / exercise

Přednáška a cvičení.

Knowledge of topics defined in the syllabus.

Znalosti podle sylabu předmětu.

1. Satellite observations

Global system of weather satellites; geostationary satellites; Low-Earth polar orbiting satellites. EUMETSAT organization and its prime satellites (MSG, MTG, Metop, Metop-SG). European Space Agency (ESA); other European space-related activities and programs. Third party weather satellites and programs – NOAA/JPSS, GOES, and other. Principles and basics of data acquisition and primary data processing; data and products distribution to end users. Spectral bands and their basic characteristics, atmospheric spectral windows. Solar radiance, thermal emission. Reflectivity, transparency, emissivity, brightness temperature. Spectral bands (channels) of various weather satellite instruments. Basic spectral properties of clouds and land; principles of multispectral interpretation of weather satellite data. Basic methods of satellite data and image processing. Advanced image products – color image enhancement, RGB composite images, “sandwich” blended image products, basics of their interpretation. CHMI satellite system – data acquisition, processing, distribution and archive. Software (freeware) for processing and visualization of weather satellite data; data sources and their formats.

2.Radar measurements

Principles of radar measurements and their use in meteorology, development of radar measurements in Czechia. Radar equation, microwave refraction, attenuation, ground clutters. Scanning strategies, user products, radar networks and radar data compositing, radar data visualization . Relation of radar reflectivity and rainfall intensity (Z-R relation), vertical profiles of radar reflectivity. Quantitative precipitation estimates (QPE), QPE uncertainties and possibilities of their correction, combined QPE from radars and rain gauges . Radar characteristics of convective and stratiform clouds, bright-band, life-cycle of convective cells.

3. Lightning detection

Principles of lightning detection and localization, electromagnetic effects of lightning discharge, time of arrival method, direction of source finding method. Lightning detection networks. Measured quantities, products, possibilities of presentation. Combination with another remote sensing data. Using in meteorological applications (nowcasting).

4. Remote sensing of atmospheric composition from space

Ozone, NO2, SO2, Formaldehyde, CO, aerosol optical depth, methods of resolving vertical profiles, currently operational spaceborn remote sensors of atmospheric compositions

1. Družicová pozorování a měření

Globální systém meteorologických družic, družice geostacionární, družice na nízkých polárních drahách. Organizace EUMETSAT a její primární družice (MSG, MTG, Metop, Metop-SG). Organizace ESA, další evropské vesmírné aktivity. Družice dalších organizací a programů – NOAA/JPSS, GOES, a další. Metody snímání a prvotního zpracování družicových dat, distribuce dat ke koncovým uživatelům. Spektrální pásma, jejich základní vlastnosti, atmosférická okna. Sluneční záření, tepelné vyzařování. Odrazivost, propustnost, emisivita, jasová teplota. Spektrální kanály jednotlivých přístrojů meteorologických družic. Základní spektrální vlastnosti oblačnosti a zemského povrchu, princip multispektrální interpretace družicových dat. Základní metody zpracování družicových dat (snímků). Pokročilé snímkové produkty – barevně zvýrazněné tepelné snímky, RGB kompozitní snímky, „sendvičové“ snímky, základy jejich interpretace. Systém příjmu, zpracování, distribuce a archivace družicových dat v ČHMÚ. Software (freeware) pro zpracování a vizualizaci družicových dat, zdroje a formáty dat.

2. Radarová měření

Princip funkce a použití radaru v meteorologii, vývoj radarových měření v Česku. Radiolokační rovnice, mikrovlnná refrakce, útlum, pozemní odrazy. Metody snímání dat, uživatelské produkty, radiolokační sítě a slučování radarových dat, vizualizace radarových dat. Vztah odrazivosti a intenzity srážek (Z-R vztah), vertikální profily odrazivosti. Radarové odhady srážek, jejich nejistoty a možnosti korekce, kombinované odhady srážek z radarů a srážkoměrů. Radiolokační charakteristiky konvektivní a vrstevnaté oblačnosti, bright-band, životní cyklus konvektivních buněk.

3. Detekce blesků

Princip detekce a lokalizace blesků, elektromagnetické efekty bleskového výboje, metoda stanovení času příchodu, metoda určení směru zdroje. Sítě detekce blesků. Měřené veličiny, produkty, způsoby prezentace. Kombinace s dalšími daty dálkové detekce. Využití v meteorologických aplikacích (nowcasting).

4. Družicové snímání atmosférických sloupců plynů a aerosolů

Ozon, NO2, SO2, formaldehyd, CO atd., aerosol optical depth, možnosti vertikálního rozlišení průběhu koncentrace. Současně operativní přístroje pro snímání atmosférických sloupců plynů a aerosolů a zdroje dat.

NMET004

NMET004