Turbulencja optyczna w centrum miasta w świetle pomiarów scyntylometrycznych na przykładzie Łodzi

• Authors: Zieliński Mariusz , Fortuniak Krzysztof , Pawlak Włodzimierz , Siedlecki Mariusz

Title variants

EN

Optical turbulence measured with scintillometer over the city centre in the example of Łódź

• Languages of publication: PL

Abstracts

PL

W pracy dokonano analizy czasowej zmienności parametru struktury współczynnika refrakcji, będącego miarą intensywności turbulencji. W opracowaniu zostały omówione ponadto podstawowe założenia pomiarów owego parametru za pomocą scyntylometru. Zastosowanie pomiarów scyntylometrycznych, z których można uzyskać średnie obszarowe wartości owego parametru, pozwoliło na poznanie zmienności intensywności turbulencji optycznej w ciągu roku oraz w biegu dobowym nad obszarem centrum Łodzi. Największą częstość występowania silnej turbulencji optycznej zaobserwowano wiosną i latem w ciągu dnia (blisko 40% przypadków), z czego najczęściej występowała ona w maju i w czerwcu. W całym okresie pomiarowym (sierpień 2009 – listopad 2012) zaobserwowano stosunkowo nieduży udział przypadków ze słabą turbulencją. Przyczyną tego jest najprawdopodobniej zjawisko miejskiej wyspy ciepła, które przyczynia się do intensyfikacji ruchów konwekcyjnych, jak również duża szorstkość powierzchni, która sprzyja mechanicznemu generowaniu turbulencji.

EN

This study considers the temporal variability of the refractive index of air structure parameter Cn 2, which could be considered as the measure of optical turbulence intensity. In addition, the principals of scintillation method were presented. On the basis of scintillometer data, i.e. the averaged path Cn 2, the annual and diurnal course of the optical turbulence in the city centre was analysed. The highest frequency of strong optical turbulence (ca. 40%) was observed in spring and summer, with maximum around May and June. In the whole study period, weak turbulence occurred rarely. This might result from the urban heat island, which intensifies the heat exchange between the urban surface and the overlying air. This effect contributes to the enhanced Cn 2. Additionally, the increased roughness of urban areas can lead to more frequent generation of mechanical turbulence.

Keywords

PL

turbulencja optyczna; scyntylometr; parametr struktury współczynnika refrakcji; klimat miasta

EN

optical turbulence; scintillometer; refractive index structure parameter; urban climate

• Publisher: Łódzkie Towarzystwo Naukowe, Stowarzyszenie
• Journal: Acta Geographica Lodziensia
• Year: 2016
• Volume: 104
• Pages: 75-85

Dates

published

2016

Contributors

author

Zieliński Mariusz

• Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie, Instytut Geografii

author

Fortuniak Krzysztof

• Uniwersytet Łódzki, Wydział Nauk Geograficznych, Katedra Meteorologii i Klimatologii

author

Pawlak Włodzimierz

• Uniwersytet Łódzki, Wydział Nauk Geograficznych, Katedra Meteorologii i Klimatologii

author

Siedlecki Mariusz

• Uniwersytet Łódzki, Wydział Nauk Geograficznych, Katedra Meteorologii i Klimatologii

References

• Beland Robert P. 1993. Propagation through Atmospheric Optical Turbulence. W: Frederick G. Smith (red.) Atmospheric Propagation of Radiation, 159-232. Bellingham Washington USA: SPIE Optical Engineering Press.
• Chudnovsky Alexandra, Eyal Ben-Dor, Hadas Saaroni. 2004. „Diurnal thermal behavior of selected urban objects using remote sensing measurements”. Energy and Buildings 36 (11): 1063-1074.
• Clifford Steven F., Gerard R. Ochs, Robert S. Lawrence. 1974. „Saturation of optical scintillation by strong turbulence”. Journal of the Optical Society of America 64 (2): 148-154.
• Fortuniak Krzysztof. 2003. Miejska wyspa ciepła. Podstawy energetyczne, studia eksperymentalne, modele numeryczne i statystyczne. Łódź: Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego.
• Fortuniak Krzysztof. 2010. Radiacyjne i turbulencyjne składniki bilansu cieplnego terenów zurbanizowanych na przykładzie Łodzi. Łódź: Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego.
• Frederickson Paul A., Kenneth L. Davidson, Carl R. Zeisse, Charles S. Bendall. 2000. „Estimating the Refractive Index Structure Parameter (Cn2) over the Ocean Using Bulk Methods”. Journal of Applied Meteorology 39: 1770-1783.
• Frehlich Rod G., Gerard R. Ochs. 1990. „Effects of saturation on the optical scintillometer”. Applied Optics 29 (4): 548-553.
• Hill Reginald J., Steven F. Clifford, Robert S. Lawrence. 1980. „Refractive Index and Absorption -Fluctuations in the Infrared Caused by Temperature, Humidity and Pressure Fluctuations”. Journal of the Optical Society of America 70 (10): 1192-1205.
• Hoyano Akira, Asano Kohichi, Kanamaru Takehisa. 1999. „Analysis of the sensible heat flux from the exterior surface of buildings using time sequential thermography”. Atmospheric Environment 33 (24-25): 3941-3951.
• Kallistratova Margarita A., Dmitriy F. Timanovskiy. 1971. „The distribution of the structure constant of refractive index fluctuations in atmos¬pheric surface layer”. Izvestiya Akademii Nauk SSSR - Fizika Atmosfery i Okeana 7: 46-48.
• Kolmogorov Andrey N. 1942. „Equations of turbulent motion in an incompressible fluid”. Izvestiya Akademii Nauk SSSR – Fizika 6: 56-58.
• Kotthaus Simone, Christine Susan B. Grimmond. 2014. „Energy exchange in a dense urban environment – Part I: Temporal variability of long-term observations in central London”. Urban Climate 10 (2): 261-280.
• Lagouarde Jean-Pierre, Mark Irvine, Jean-Marc Bonnefond, Christine Susan B. Grimmond, Nathalie Long, Timothy R. Oke, Jennifer A. Salmond, Brian Offerle. 2006. „Monitoring the sensible heat flux over urban areas using large aperture scintillometery: Case study of Marseille city during the ESCOMPTE ex-periment”. Boundary-Layer Meteorology 118 (3): 449-476.
• Lagouarde Jean-Pierre, Patrick Moreau, Mark Irvine, Jean-Marc Bonnefond, James A. Voogt, Fréderic Solliec. 2004. „Airborne experimental measurements of the angular variations in surface temperature over urban areas: case study of Marseille (France)”. Remote Sensing of Environment 93 (4): 443-462.
• Meijninger Wouter M.L. 2003. Surface fluxes over natural landscapes using scintillometry. Wageningen: Wegeningen University and Research Centrum.
• Nieveen Joost P., Alan E. Green, Wim Kohsiek. 1998. „Using Large-Aperture Scintillometer to Measure Absorption and Refractive Index Fluctuations”. Boundary-Layer Meteorology 87 (1): 101-116.
• Ochs Gerard R., John Wilson. 1993. A Second-Generation Large Aperture Scintillometer. NOAA Technical Memorandum ERL ETL-232. Boulder, CO, USA: NOAA Environmental Research Laboratories.
• Scintec. 2011. Scintec Boundary Layer Scintillometer Hardware Manual. Rottenburg: Scintec AG.
• Tatarski Valerian I. 1961. Wave propagation in a turbulent medium. New York: Dover Publications, Inc.
• Tunick Arnold. 2008. „Optical turbulence parameters characterized via optical measurements over a 2.33 km free-space laser path”. Optics Express 16 (19): 14645-14654.
• Tunick Arnold, Nikolay Tikhonov, Mikhail Vorontsov, Gary Carhart. 2005. Characterization of optical turbulence (Cn2) data measured at the ARL A_LOT facility. Adelphi MA: Army Research Laboratory.
• Walawender Jakub P., Mariusz Szymanowski, Monika J. Hajto, Anita Bokwa. 2014. „Land Surface Temperature Patterns in the Urban Ag¬glomeration of Krakow (Poland) Derived from Landsat-7/ETM+ Data”. Pure and Applied Geophysics 171 (6): 913-940.
• Wang Ting-i I., Gerard R. Ochs, Steven F. Clifford. 1978. „A saturation-resistant optical scintillometer to measure Cn2”. Journal of the Optical Society of America 68 (3): 334-338.
• Ward Helen C., Jonathan G. Evans, Christine Susan B. Grimmond. 2014. „Multi-Scale Sensible Heat Fluxes in the Suburban Environment from Large Aperture Scintillometry and Eddy Covariance”. Boundary-Layer Meteorology 152 (1): 65-89.
• Wesely Marvin L., Ernest C. Alcaraz. 1973. „Diurnal Cycles of the Refractive Index Structure Function Coefficient”. Journal of Geophysical Research 78: 6224-6232.
• Wilson Keith E., James R. Lesh, Kenichi Araki, Yoshinori Arimoto. 1997. „Overview of the Ground-to-Orbit Lasercom Demonstration (GOLD)”. Proc. SPIE 2990, Free-Space Laser Communication Technologies IX, 23 (April 24, 1997); doi:10.1117/12.273703.
• Wood Curtis R., Rostislav D. Kouznetsov, Rosa Gierens, Annika Nordbo, Leena Järvi, Margarita A. Kallistratova, Jaakko Kukkonen. 2013. „On the Temperature Structure Parameter and Sensible Heat Flux over Helsinki from Sonic Anemometry and Scintillometry”. Journal of Atmosheric and Oceanic Technology 30: 1604-1615.
• Zieliński Mariusz, Krzysztof Fortuniak, Włodzimierz Pawlak, Mariusz Siedlecki. 2013. „Turbulent sensible heat flux in Łódź, Central Poland, obtained from scintillometer and eddy covariance measurements”. Meteorologische Zeitschrift 22 (5): 603-613.

Identifiers

ISSN

0065-1249