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Determination of eddy dissipation rate by Doppler lidar in Reykjavik, Iceland
Meteorological Applications ( IF 2.3 ) Pub Date : 2020-10-04 , DOI: 10.1002/met.1951 Shu Yang 1, 2 , Guðrún Nína Petersen 2 , Sibylle von Löwis 2 , Jana Preißler 3, 4 , David C. Finger 1, 5
Meteorological Applications ( IF 2.3 ) Pub Date : 2020-10-04 , DOI: 10.1002/met.1951 Shu Yang 1, 2 , Guðrún Nína Petersen 2 , Sibylle von Löwis 2 , Jana Preißler 3, 4 , David C. Finger 1, 5
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The temporal and spatial scale of atmospheric turbulence can be highly dynamic, requiring sophisticated methods for adequate detection and monitoring with high resolution. Doppler light detection and ranging (lidar) systems have been widely used to observe and monitor wind velocity and atmospheric turbulence profiles as Doppler lidar systems can provide continuous information about wind fields. The use of lidars in the subarctic region is particularly challenging as aerosol abundance can be very low, leading to weak backscatter signals. In the present study, we analysed data collected with a Leosphere Windcube 200S lidar system stationed in Reykjavik, Iceland, to estimate the eddy dissipation rate (EDR) as an indicator of turbulence intensity. For this purpose, we retrieved radial wind velocity observations from velocity–azimuth display scans and computed the EDR based on the Kolmogorov theory. We compared different noise filter thresholds, scan strategies and calculation approaches during typical Icelandic weather conditions to assess the accuracy and the uncertainty of our EDR estimations. The developed algorithm can process raw lidar observations, retrieve EDR and determine the qualitative distribution of the EDR. The processed lidar observations suggest that lidar observations can be of high importance for potential end‐users, for example air traffic controllers and aviation safety experts. The work is an essential step towards enhanced aviation safety in Iceland where aerosol concentration is in general low and severe turbulence occurs regularly.
中文翻译：
用多普勒激光雷达确定冰岛雷克雅未克的涡流消散率
大气湍流的时空尺度可能是高度动态的，因此需要复杂的方法来进行高分辨率的适当检测和监测。由于多普勒激光雷达系统可以提供有关风场的连续信息，因此多普勒光检测和测距（激光）系统已广泛用于观察和监视风速和大气湍流剖面。在北极地区，使用激光雷达特别具有挑战性，因为气溶胶的丰度可能非常低，导致反向散射信号微弱。在本研究中，我们分析了驻扎在冰岛雷克雅未克的Leosphere Windcube 200S激光雷达系统收集的数据，以估计涡流耗散率（EDR）作为湍流强度的指标。以此目的，我们从速度-方位角显示扫描中检索了径向风速观测值，并基于Kolmogorov理论计算了EDR。我们比较了典型冰岛天气条件下不同的噪声过滤器阈值，扫描策略和计算方法，以评估我们EDR估算的准确性和不确定性。所开发的算法可以处理原始激光雷达观测，检索EDR并确定EDR的定性分布。处理过的激光雷达观测结果表明，激光雷达观测对于潜在的最终用户（例如，空中交通管制员和航空安全专家）可能非常重要。这项工作是提高冰岛航空安全的重要步骤，冰岛的气溶胶浓度普遍较低，经常发生严重的湍流。我们比较了典型冰岛天气条件下不同的噪声过滤器阈值，扫描策略和计算方法，以评估我们EDR估算的准确性和不确定性。所开发的算法可以处理原始激光雷达观测，检索EDR并确定EDR的定性分布。处理过的激光雷达观测结果表明，激光雷达观测对于潜在的最终用户（例如，空中交通管制员和航空安全专家）可能非常重要。这项工作是提高冰岛航空安全的重要步骤，冰岛的气溶胶浓度普遍较低，经常发生严重的湍流。我们比较了典型冰岛天气条件下不同的噪声过滤器阈值，扫描策略和计算方法，以评估我们EDR估算的准确性和不确定性。所开发的算法可以处理原始激光雷达观测，检索EDR并确定EDR的定性分布。处理过的激光雷达观测结果表明，激光雷达观测对于潜在的最终用户（例如，空中交通管制员和航空安全专家）可能非常重要。这项工作是提高冰岛航空安全的重要步骤，冰岛的气溶胶浓度普遍较低，经常发生严重的湍流。在典型的冰岛天气条件下使用扫描策略和计算方法来评估我们EDR估算的准确性和不确定性。所开发的算法可以处理原始激光雷达观测，检索EDR并确定EDR的定性分布。处理过的激光雷达观测结果表明，激光雷达观测对于潜在的最终用户（例如，空中交通管制员和航空安全专家）可能非常重要。这项工作是提高冰岛航空安全的重要步骤，冰岛的气溶胶浓度普遍较低，经常发生严重的湍流。在典型的冰岛天气条件下使用扫描策略和计算方法来评估我们EDR估算的准确性和不确定性。所开发的算法可以处理原始激光雷达观测，检索EDR并确定EDR的定性分布。处理过的激光雷达观测结果表明，激光雷达观测对于潜在的最终用户（例如，空中交通管制员和航空安全专家）可能非常重要。这项工作是提高冰岛航空安全的重要步骤，冰岛的气溶胶浓度普遍较低，经常发生严重的湍流。处理过的激光雷达观测结果表明，激光雷达观测对于潜在的最终用户（例如，空中交通管制员和航空安全专家）可能非常重要。这项工作是提高冰岛航空安全的重要步骤，冰岛的气溶胶浓度普遍较低，经常发生严重的湍流。处理过的激光雷达观测结果表明，激光雷达观测对于潜在的最终用户（例如，空中交通管制员和航空安全专家）可能非常重要。这项工作是提高冰岛航空安全的重要步骤，冰岛的气溶胶浓度普遍较低，经常发生严重的湍流。
更新日期：2020-10-05
中文翻译：
用多普勒激光雷达确定冰岛雷克雅未克的涡流消散率
大气湍流的时空尺度可能是高度动态的，因此需要复杂的方法来进行高分辨率的适当检测和监测。由于多普勒激光雷达系统可以提供有关风场的连续信息，因此多普勒光检测和测距（激光）系统已广泛用于观察和监视风速和大气湍流剖面。在北极地区，使用激光雷达特别具有挑战性，因为气溶胶的丰度可能非常低，导致反向散射信号微弱。在本研究中，我们分析了驻扎在冰岛雷克雅未克的Leosphere Windcube 200S激光雷达系统收集的数据，以估计涡流耗散率（EDR）作为湍流强度的指标。以此目的，我们从速度-方位角显示扫描中检索了径向风速观测值，并基于Kolmogorov理论计算了EDR。我们比较了典型冰岛天气条件下不同的噪声过滤器阈值，扫描策略和计算方法，以评估我们EDR估算的准确性和不确定性。所开发的算法可以处理原始激光雷达观测，检索EDR并确定EDR的定性分布。处理过的激光雷达观测结果表明，激光雷达观测对于潜在的最终用户（例如，空中交通管制员和航空安全专家）可能非常重要。这项工作是提高冰岛航空安全的重要步骤，冰岛的气溶胶浓度普遍较低，经常发生严重的湍流。我们比较了典型冰岛天气条件下不同的噪声过滤器阈值，扫描策略和计算方法，以评估我们EDR估算的准确性和不确定性。所开发的算法可以处理原始激光雷达观测，检索EDR并确定EDR的定性分布。处理过的激光雷达观测结果表明，激光雷达观测对于潜在的最终用户（例如，空中交通管制员和航空安全专家）可能非常重要。这项工作是提高冰岛航空安全的重要步骤，冰岛的气溶胶浓度普遍较低，经常发生严重的湍流。我们比较了典型冰岛天气条件下不同的噪声过滤器阈值，扫描策略和计算方法，以评估我们EDR估算的准确性和不确定性。所开发的算法可以处理原始激光雷达观测，检索EDR并确定EDR的定性分布。处理过的激光雷达观测结果表明，激光雷达观测对于潜在的最终用户（例如，空中交通管制员和航空安全专家）可能非常重要。这项工作是提高冰岛航空安全的重要步骤，冰岛的气溶胶浓度普遍较低，经常发生严重的湍流。在典型的冰岛天气条件下使用扫描策略和计算方法来评估我们EDR估算的准确性和不确定性。所开发的算法可以处理原始激光雷达观测，检索EDR并确定EDR的定性分布。处理过的激光雷达观测结果表明，激光雷达观测对于潜在的最终用户（例如，空中交通管制员和航空安全专家）可能非常重要。这项工作是提高冰岛航空安全的重要步骤，冰岛的气溶胶浓度普遍较低，经常发生严重的湍流。在典型的冰岛天气条件下使用扫描策略和计算方法来评估我们EDR估算的准确性和不确定性。所开发的算法可以处理原始激光雷达观测，检索EDR并确定EDR的定性分布。处理过的激光雷达观测结果表明，激光雷达观测对于潜在的最终用户（例如，空中交通管制员和航空安全专家）可能非常重要。这项工作是提高冰岛航空安全的重要步骤，冰岛的气溶胶浓度普遍较低，经常发生严重的湍流。处理过的激光雷达观测结果表明，激光雷达观测对于潜在的最终用户（例如，空中交通管制员和航空安全专家）可能非常重要。这项工作是提高冰岛航空安全的重要步骤，冰岛的气溶胶浓度普遍较低，经常发生严重的湍流。处理过的激光雷达观测结果表明，激光雷达观测对于潜在的最终用户（例如，空中交通管制员和航空安全专家）可能非常重要。这项工作是提高冰岛航空安全的重要步骤，冰岛的气溶胶浓度普遍较低，经常发生严重的湍流。
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