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“A new zenith-looking narrow-band radiometer-based system (ZEN) for dust aerosol optical depth monitoring” artículo publicado en AMT.

 

Actualmente existen redes de fotómetros solares situados en la superficie terrestre en estaciones distribuidas por todo el planeta. Estas redes de medida están compuestas por instrumentos muy precisos que tratan de alcanzar la meta de precisión de 0.02 en el espesor óptico de aerosoles (AOD) en el rango visible fijada por la Organización Meteorológica Mundial (OMM). Sin embargo, existe una clara escasez de estaciones de medida en las regiones desérticas del Hemisferio Norte, que son precisamente las fuentes de polvo mineral más importantes. Esta escasez es debida principalmente al alto coste de estos sofisticados fotómetros solares, a la necesidad de personal entrenado para operar este tipo de instrumental y a su consumo eléctrico en aquellas áreas remotas y de países en vías de desarrollo. La consecuencia directa de esta falta de información es una incompleta descripción de los ciclos de polvo mineral.

En este estudio se presenta un nuevo sistema de observación de AOD en presencia de polvo mineral (ZEN) basado en un radiómetro de banda estrecha de medidas de radiancia de cielo en dirección cenital (ZSR) en 4 canales (870, 675, 500 y 440 nm), el ZEN-R41, y en una metodología de “Look-up table” para la determinación de AOD (ZEN-LUT). El radiómetro ZEN-R41 (Fig. 1) ha sido diseñado como un instrumento autónomo y sin partes móviles, convirtiéndolo en un instrumento de bajo coste, robusto y automatizado que requiere de menor mantenimiento que los fotómetros solares clásicos, por tanto, apropiado para ser instalado en regiones desérticas. El desarrollo del método ZEN-LUT se ha inspirado en metodologías previas aplicadas a sensores a bordo de satélites, y usa un código de transferencia radiativa para simular las ZSRs y las correspondientes AODs. Este método ha sido desarrollado utilizando fotómetros solares Cimel de la red AERONET.

 

Fig. 1: El radiómetro ZEN-R41 midiendo junto a un fotómetro Cimel-AERONET en la estación de Santa Cruz de Tenerife (SCO)

 

Los resultados de este estudio preliminar, llevado a cabo en las estaciones de Izaña, Santa Cruz y Tamanrasset (Argelia), indicaron que la metodología ZEN-LUT es apropiada para la determinación de AOD en presencia de polvo mineral haciendo uso de medidas cenitales con el radiómetro ZEN-R41. Las comparaciones de medidas de AOD del sistema ZEN-LUT (CE318-LUT) con el AOD proporcionado por AERONET (CE318-AERONET) muestran muy buenos resultados, con correlaciones (R2) oscilando entre 0.99 para Santa Cruz y 0.97 en el caso de Tamanrasset, y errores cuadráticos medios entre 0.010 para Izaña y 0.032 para Tamanrasset (Fig. 2 para el canal de 440 nm).

 

Fig. 2: Comparación del AOD CE318-AERONET y CE318-LUT en el canal de 440 nm en Izaña (a), Santa Cruz (b) y Tamanrasset (c) en 2013 para 20°<SZA<65° (a, b, c). La línea negra continua representa el ajuste por mínimos cuadrados y la línea discontinua es la diagonal (y=x). Se muestran en la leyenda los parámetros del ajuste por mínimos cuadrados (pendiente, ordenada en el origen, coeficiente de correlación –R- y número de datos –N-). Se muestra la diferencia de AOD en 440 nm entre CE318-AERONET y CE318-LUT con CE318-AERONET (d, e, f) y con SZA (°) (g, h, i), respectivamente. Extraída de Almansa et al., 2017.

 

Estos resultados indican que el sistema ZEN es adecuado para completar los actuales huecos observacionales y complementar las observaciones realizadas por las actuales redes de fotómetros solares, mejorando las observaciones de polvo mineral en regiones remotas donde es difícil instalar este tipo de instrumentación por razones logísticas y escasez de infraestructuras. Como consecuencia, este instrumento puede jugar un papel importante en la asimilación de datos de modelos de polvo, en la validación de datos de satélite y en las predicciones del sistema de aviso y evaluación de tormentas de arena y polvo de la OMM (SDS-WAS).

Este desarrollo instrumental y metodológico ha sido concebido, diseñado, implementado y validado en su totalidad en el Observatorio Atmosférico de Izaña como una de las actividades del WMO-CIMO Testbed for Aerosols and Water Vapour Remote Sensing Instruments de Izaña. Se trata de una contribución relevante a nivel internacional del CIMO Testbed de Izaña.

Más información sobre este estudio se puede encontrar en el siguiente artículo on-line:

Almansa, A. F., Cuevas, E., Torres, B., Barreto, Á., García, R. D., Cachorro, V. E., de Frutos, Á. M., López, C., and Ramos, R.: A new zenith-looking narrow-band radiometer-based system (ZEN) for dust aerosol optical depth monitoring, Atmos. Meas. Tech., 10, 565-579, doi:10.5194/amt-10-565-2017, 2017.

Este artículo puede ser descargado en el siguiente enlace: http://www.atmos-meas-tech.net/10/565/2017/.

 


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