Αποτελέσματα WP3

Αρ. ΕΕ - WP Number: 3

Τίτλος ΕΕ - WP Title: WP3 : 3D radiative transfer modelling

Έναρξη - Starting Month: 1

Λήξη - Ending Month: 32

Παραδοτέα – Deliverables:

D3.1: Radiance database from MYSTIC model for artificial atmospheric conditions

 Σε αυτή τη φάση, που αποτελεί μέρος του πακέτου εργασίας «3D radiative transfer modelling», παρουσιάζεται βήμα προς βήμα ο σχεδιασμός του συνόλου των δεδομένων του μοντέλου για τεχνητές ατμοσφαιρικές συνθήκες. Για τη δημιουργία της βάσης δεδομένων των τεχνητών νεφών εφαρμόζονται διάφορα σενάρια σύννεφων με την μέθοδο Monte Carlo για την ορθή ανίχνευση φωτονίων σε νεφελώδεις ατμόσφαιρες (MYSTIC) στις οποίες εφαρμόζονται τρισδιάστατες συναρτήσεις μεταφοράς ακτινοβολίας του μοντέλου uvspec του libRadtran. Οι πληροφορίες των νεφών προέρχονται από τις εικόνες των ASI που έχουμε στο δίκτυο μας.

 

Διάγραμμα ροής της μεθοδολογίας κατασκευής της τεχνητής βάσης δεδομένων

 

D3.2: Radiance database from MYSTIC model for selected measured atmospheric conditions

Συνοπτική περιγραφή των Παραδοτέων που προέκυψαν από την ΕΕ - Describe the Deliverables emerging from the WP:

 Στο παρόν παραδοτέο (D3.2), το οποίο εντάσσεται στο Πακέτο Εργασίας 3 (WP3) του έργου D3D, παρουσιάζεται η ανάπτυξη και εφαρμογή μιας μεθοδολογίας για τη δημιουργία βάσης δεδομένων κατευθυντικών ακτινοβολιών (radiance) αναφοράς, βασισμένη σε προσομοιώσεις με το μοντέλο μεταφοράς ακτινοβολίας MYSTIC και σε πραγματικές παρατηρήσεις από σύστημα all-sky imaging (ASI).
Στο πλαίσιο της παρούσας φάσης υλοποίησης, χρησιμοποιείται επιλεγμένη βάση δεδομένων εικόνων από το σύστημα ASI που είναι εγκατεστημένο στην οροφή του Εργαστηρίου Φυσικής της Ατμόσφαιρας. Οι εικόνες αυτές καλύπτουν ένα εύρος ηλιακών ζενίθιων γωνιών και αντιστοιχούν σε ανέφελες ατμοσφαιρικές συνθήκες, ώστε να διασφαλιστεί η αξιοπιστία της διαδικασίας βαθμονόμησης. Οι επιλεγμένες εικόνες χρησιμοποιούνται ως είσοδος στο μοντέλο MYSTIC, το οποίο υπολογίζει κατευθυντικές ακτινοβολίες αναφοράς για γεωμετρικές και ατμοσφαιρικές συνθήκες αντίστοιχες με εκείνες των παρατηρήσεων.
Οι μοντελοποιημένες ακτινοβολίες συσχετίζονται με τις ψηφιακές τιμές των τριών χρωματικών καναλιών (Red, Green και Blue) της sky camera για παρόμοιες τιμές ηλιακής ζενίθιας γωνίας και οπτικού βάθους αερολυμάτων (AOD), με στόχο την ανάπτυξη γραμμικής σχέσης βαθμονόμησης μεταξύ των μετρούμενων και των φυσικών μεγεθών ακτινοβολίας. Με βάση τη διαπιστωμένη γραμμικότητα της συσχέτισης, η μεθοδολογία εφαρμόζεται για την παραγωγή χαρτών ακτινοβολίας από τις εικόνες της sky camera.

 

Γραμμική συσχέτιση μεταξύ των μετρούμενων ψηφιακών τιμών της sky camera για το κόκκινο κανάλι (Red) και των αντίστοιχων μοντελοποιημένων ακτινοβολιών που υπολογίστηκαν με το μοντέλο MYSTIC


Στη συνέχεια, πραγματοποιείται αξιολόγηση της απόδοσης της προτεινόμενης μεθοδολογίας μέσω της ανάλυσης των διαφορών μεταξύ των μοντελοποιημένων ακτινοβολιών και ανεξάρτητων μετρήσεων από ηλιακό φωτόμετρο, καθώς και μέσω εκτίμησης της αβεβαιότητας της βαθμονόμησης ως συνάρτηση της γεωμετρίας φωτισμού. Η ανάλυση αυτή επιτρέπει τον προσδιορισμό των δυνατών και αδύνατων σημείων της προσέγγισης υπό διαφορετικές ατμοσφαιρικές συνθήκες και επίπεδα νεφοκάλυψης, αναδεικνύοντας το εύρος αξιοπιστίας και τις προοπτικές αξιοποίησης της μεθοδολογίας στο πλαίσιο του έργου.

 

Σχετικό σφάλμα (%) της εκτιμώμενης ακτινοβολίας για το κόκκινο κανάλι (Red) ως συνάρτηση της ηλιακής ζενίθιας γωνίας (SZA), για ανέφελες συνθήκες

 

 

D3.3: Technical report on validation of MYSTIC model results

Συνοπτική περιγραφή των Παραδοτέων που προέκυψαν από την ΕΕ - Describe the Deliverables emerging from the WP:

 
Το παρόν παραδοτέο D3.3 εντάσσεται στο Work Package 3 (WP3) του έργου D3D και έχει ως κύριο στόχο την ποσοτική και ποιοτική επικύρωση του τρισδιάστατου μοντέλου ακτινομεταφοράς MYSTIC, το οποίο βασίζεται σε στοχαστικές μεθόδους Monte Carlo και θεωρείται μοντέλο αναφοράς για την προσομοίωση ακτινοβολιακών πεδίων σε σύνθετες ατμοσφαιρικές συνθήκες. Η επικύρωση πραγματοποιείται μέσω συστηματικής σύγκρισης των μοντελοποιημένων ακτινοβολιών με ανεξάρτητες επίγειες μετρήσεις, προερχόμενες από ένα ολοκληρωμένο δίκτυο all-sky imagers και ακτινομετρικών οργάνων υψηλής ακρίβειας. Αρχικά, η επικύρωση επικεντρώνεται σε περιπτώσεις καθαρού ουρανού, όπου η απουσία νεφών περιορίζει σημαντικά την πολυπλοκότητα του ακτινοβολιακού πεδίου και επιτρέπει την αξιόπιστη αξιολόγηση της γραμμικότητας και της σταθερότητας της σχέσης μεταξύ ψηφιακών τιμών της κάμερας και φυσικών μεγεθών ακτινοβολίας. Στη συνέχεια, η ανάλυση επεκτείνεται σε περιπτώσεις νεφοσκεπούς ουρανού, όπου αναδεικνύονται οι τρισδιάστατες επιδράσεις της νεφοκάλυψης και τα όρια εγκυρότητας της μεθοδολογίας.

Αποτύπωση σφάλματος του μοντέλου υπολογισμού της ακτινοβολίας για το BLUE κανάλι



Συνολικά, το παρόν παραδοτέο τεκμηριώνει την αξιοπιστία και τα όρια εγκυρότητας του μοντέλου MYSTIC ως εργαλείου αναφοράς για την προσομοίωση ακτινοβολιακών πεδίων, παρέχοντας το απαραίτητο επιστημονικό υπόβαθρο για τη χρήση των αποτελεσμάτων του στο επόμενο στάδιο του έργου (WP4), όπου αναπτύσσονται και αξιολογούνται μέθοδοι μηχανικής και βαθιάς μάθησης για την ταχεία προσομοίωση της ακτινοβολίας.