Metody, jak získat zpět měřicí vybavení pro průzkum horní atmosféry, jsou v současné době značně omezené. Velmi nízká míra návratnosti vedla k návrhu radiosondy na jedno použití, což nutí mnoho světových meteostanic omezit počet provedených denních měření. Snížení frekvence sondáže pak následně vede ke snížení přesnosti předpovědi počasí. Tato práce otevírá cestu k alternativě v podobě konstrukce návratového modulu, který by měl zajistit řízené vyklesání aerologické sondy a přistání na vhodném místě. Zvolená konstrukce je výsledkem analýzy možných konfigurací, jejichž cílem bylo najít nejoptimálnější variantu pro splnění požadavků mise. Konvenční konfigurace s pevnými křídly je zde sledována zkoumáním jejích základních částí. Zvolené součásti jsou dimenzovány na základě dvou krokových iteračních metod detailně popsaných v této práci. Dále jsou zkoumány základní požadavky na autonomii návratového kluzáku. Je zde navržena koncepce řídicího systému, který by měl vybrat nejvhodnější a dostupné místo pro přistání a navést kluzák k přistání na něm. V neposlední řadě jsou analyzovány a zvažovány možné metody instalace užitečného zatížení a studovány a porovnávány možné systémy odpojení od meteorologického balónu. Popsaný návratový modul by měl ve výsledku umožnit častější provádění měření atmosféry s přesnějšími měřicími zařízeními u kterých bude předpoklad vysoké pravděpodobnosti opakovaného použití. Očekává se, že tento přístup by měl vést ke snížení nákladů na sondáž atmosféry a zároveň zredukovat množství použitého materiálu a produkovaného odpadu.

Denna uppsats beskriver utvecklingen av ett skal till en vädersond för engångsbruk i troposfären. Syftet var att undersöka hur skalet skulle kunna utformas för att möjliggöra användning till både en radiosonde och en dropsonde, samt hur miljöpåverkan i end-of-life-fasen av produkten skulle kunna minskas.  Arbetets genomförande baserades på en produktutvecklingsprocess framtagen av Ulrich och Eppinger (2008). En förstudie utfördes och resulterade i en kravspecifikation som låg till grund för konceptgenereringen. Framtagna koncept utvärderades och de mest lovande testades med hjälp av fysiska prototyper och virtuella simuleringar tills en slutgiltig utformning hade fastställts.  Arbetet resulterade i ett cylinderformat rör av cellulosadiacetat som omsluter större delen av vädersondens kretskort och lämnar utvalda komponenter exponerade. I vardera änden av röret sitter två halvcylindriska korkar av naturlig kork som täpper igen öppningarna. En tunn skärm av cellulosadiacetat i form av en fyrdelad cirkel fästs vid cylinderns ena ände och bromsar fallet till önskad hastighet. Vid användning som dropsonde ser skärmen även till att sonden faller stabilt och i rätt orientering.  Miljöpåverkan i end-of-life-fasen identifierades främst som plastnedskräpning och giftiga utsläpp från de elektroniska komponenterna. Då det inte framstod som ett realistiskt alternativ att permanent kapsla in elektroniken för att förhindra utsläppet av gifter så valdes istället att motverka de långsiktiga effekterna av plastnedskräpning. Samtliga delar av skalet består därmed av biologiskt nedbrytbara material. Det konstaterades även att det finns goda utsikter för användning av biologiskt nedbrytbara skal även för sonder som används på högre altituder, och att miljöpåverkan möjligen kan minskas ytterligare genom användning av grön elektronik länge fram. / This Master Thesis describes the development of a casing for a disposable weathersonde for one-time use in the troposphere. The purpose was to examine how the casing could be designed to allow for use as both a radiosonde and a dropsonde, and how the environmental impact of the product's end-of-life phase could be reduced.  The work process was based on a product development process developed by Ulrich and Eppinger (2008). A pre-study was conducted which resulted in a requirement specification that formed the basis for concept generation. The concepts were evaluated and the most promising ones were tested using physical prototypes and virtual simulations until a final design had been established.  The work resulted in a cylindrical tube of cellulose diacetate which envelops most of the weathersonde's circuit board and leaves selected components exposed. At each end of the tube there are two semi-cylindrical corks made of natural cork that seal the openings. A thin screen of cellulose diacetate in the shape of four quarter-circles is attached to one end of the cylinder and brakes the fall to the desired speed. When used as a dropsonde the screen also ensures that the casing falls in a stable manner and in the correct orientation.  The environmental impacts in the end-of-life phase were identified mainly as plastic waste and toxic emissions from the electronic components. As there appeared to be no realistic way to permanently encapsulate the electronic components and prevent the release of toxins, it was instead decided to counteract the long-term effects of plastic waste. All parts of the casing thus consist of biodegradable materials. It was also found that in there are good prospects for the use of biodegradable casings even for weathersondes that are used at higher altitudes, and that the environmental impact can possibly be reduced further through the use of green electronics in the future.

Gravity waves have a significant dynamic effect in the mesosphere. In particular, they drive the mesospheric circulation and are the reason that the summer polar mesosphere is cooler than the winter polar mesosphere. This thesis examines whether the effects of gravity waves are largely determined by filtering effects which allow only gravity waves with certain properties to propagate into the atmosphere. The filtering of gravity waves above Scott Base, Antarctica is examined using a radiosonde derived gravity wave source function, an MF-radar derived mesospheric gravity wave climatology, and a model derived filtering function. Least squares fitting of the source function and filtering function to the observed mesospheric gravity wave climatology allows us to determine which gravity wave phase velocities and propagation direction are likely to be present in the mesosphere and the relative importance of filtering and sources in this region. It is concluded the blocking of eastward gravity waves is important in winter and westward waves in summer.

Gravity waves have a significant dynamic effect in the mesosphere. In particular, they drive the mesospheric circulation and are the reason that the summer polar mesosphere is cooler than the winter polar mesosphere. This thesis examines whether the effects of gravity waves are largely determined by filtering effects which allow only gravity waves with certain properties to propagate into the atmosphere. The filtering of gravity waves above Scott Base, Antarctica is examined using a radiosonde derived gravity wave source function, an MF-radar derived mesospheric gravity wave climatology, and a model derived filtering function. Least squares fitting of the source function and filtering function to the observed mesospheric gravity wave climatology allows us to determine which gravity wave phase velocities and propagation direction are likely to be present in the mesosphere and the relative importance of filtering and sources in this region. It is concluded the blocking of eastward gravity waves is important in winter and westward waves in summer.

Memoria para optar al título de Geógrafo / El planeta se enfrenta a nuevos escenarios climáticos, y Chile no se encuentra ajeno. Aumentos de temperatura y disminución en las precipitaciones son algunos de los fenómenos que se están dando con mayor frecuencia, en donde la isoterma 0°C toma un rol importante al encontrarse vinculado estrechamente con las variaciones de temperatura. Es así como se propone un método de determinación de isoterma 0°C mediante datos de radiosonda lanzados en territorio chileno, así como también una validación de sus resultados. Los datos de radiosonda son limpiados y llevados a una macro, en donde se automatiza el cálculo de la altura de la isoterma 0°C mediante una regresión polinómica, cuyos resultados son espacializados en el territorio chileno a nivel estacional. Por otro lado, estos datos son analizados temporalmente según Makesens y contrastados con resultados arrojados por un modelo alternativo, utilizando datos de una base mundial denominada Terraclimate. La isoterma 0°C se ubica principalmente en la cordillera de Los Andes, abarcando mayor superficie en la zona norte y centro del país. A grandes rasgos, las tendencias señalan un aumento en la altura de isoterma 0°C en la zona norte, centro y sur, siendo en los meses de verano en donde existe un mayor grado de significancia. La altura de la isoterma 0°C en días de precipitación presenta un alza en la zona norte y centro del país, mientras que en la zona austral se destaca la tendencia negativa. / The planet is facing to new climate stages, and Chile isn't so far of that. Temperature increase, decrease in rainfall, are just some of the phenomenon that happens more frequently, where 0°C isotherm takes an important role to be closed linked with temperature variations. This Is how a 0°C isotherm variations method is proposed using radiosonde data launched in Chilean territory, as well as a validation of their results. The radiosonde data are cleaned and taken to a macro, where the calculation of the 0°C isotherm height is automated by a polynomial regression, the results of which are spatialized in Chilean territory at the seasonal level. On the other hand, these data are temporarily analyzed according by Makesens and contrasted with results produced by an alternative model, using data from a global database called Terraclimate. The 0°C isotherm is located mainly in the Andes mountain range, covering a larger area in the northern and central part of the country. Broadly speaking, the trends indicate an increase in the height of 0°C isotherm in the north, center and south zone, being in the summer months where there is more significance. The height of the 0°C isotherm on rainy days shows an increase in the north and center of the country, while in the southern zone the negative trend is noted.

[ES] El vapor de agua es la llave del ciclo hidrológico, del balance energético atmosférico y el principal gas natural de efecto invernadero. Su estudio, es, por tanto, esencial para entender la dinámica climática y para la previsión de fenómenos meteorológicos. El uso de las observaciones GNSS para obtenerlo, contribuye de forma notable a su estudio, dada su alta resolución espacial y temporal. Para que se pueda obtener el vapor de agua a partir de observaciones GNSS, estas deben procesarse de un modo que asegure una alta precisión en la obtención de la componente troposférica. En esta tesis, se muestra una estrategia de cálculo con el programa científico Bernese 5.2, basado en Dobles Diferencias de fase, y detallada con sus diferentes opciones. Esa estrategia se aplicó sobre un conjunto de estaciones GNSS situadas desde la ciudad de Vigo, hasta la ciudad francesa de Brest con un total de nueve estaciones principales, a las que se sumaron otras 8 para el diseño de la red de procesamiento. La estrategia fue validada con los productos oficiales de referencia, EPN REPRO2, con las 13 estaciones comunes entre la red de procesamiento y la red EUREF, obteniendo un valor de error medio cuadrático de aproximadamente 3 milímetros. Después se procedió al cálculo del vapor de agua precipitable, con el uso del modelo GPT3 completando cuatro años de datos. Para la validación de estas series de vapor de agua se usaron observaciones de radiosonda, de dos estaciones, situadas cerca de la estación de GNSS de A Coruña y de Santander. La comparación del vapor de agua, arrojó valores máximos de error medio cuadrático de 3 milímetros. Con las series de vapor de agua, se procedió al estudio de su caracterización espacial y temporal. Se constató la disminución del vapor de agua al ascender en la latitud. Así mismo, se observó en la variación temporal una componente anual mucho más significativa que la semianual, así como una distribución claramente estacional del vapor de agua, con valores en la estación de verano muy superiores a la estación de invierno. Las anomalías diarias mostraron ciertas similitudes, con un valor mínimo en la noche, ascendiendo hacia un pico o valor máximo, generalmente en la tarde. Su comportamiento también se mostró claramente estacional, con una variación mucho más significativa y de mayor amplitud en el verano que en el invierno. La serie de vapor de agua de la ciudad de A Coruña, junto con los datos de una estación meteorológica, se aplicaron al estudio de su relación con otras variables atmosféricas. En el caso de la temperatura y el vapor de agua, el estudio mostró una fuerte correlación. Sin embargo, el estudio de la relación entre el vapor de agua y precipitación no mostró ninguna relación entre ambas. Además, la serie de vapor de agua permitió estudiar el índice de Eficiencia de Precipitación, encontrándose una baja efectividad de los mecanismos que producen la precipitación más acusada en verano que en invierno, a pesar del nivel alto de vapor de agua en la estación estival. Además, se estudiaron nueve episodios de lluvia de diferentes estaciones climáticas, estudiando la evolución temporal del vapor de agua antes, durante y después del fenómeno. Esto permitió observar un patrón de comportamiento similar con un claro aumento del vapor de agua antes del comienzo de la lluvia y un fuerte descenso posterior, que fue parametrizado en forma de diferentes indicadores, en los que, de nuevo, se constató una fuerte componente estacional. Además, se pudo observar un comportamiento más significativo en la ventana de 12 horas previas a los episodios de lluvia. / [CA] El vapor d'aigua és la clau del cicle hidrològic, del balanç energètic atmosfèric i el principal gas natural d'efecte d'hivernacle. El seu estudi, és, per tant, essencial per a entendre la dinàmica climàtica i per a la previsió de fenòmens meteorològics. L'ús de les observacions GNSS per a obtindre'l, contribuïx de manera notable al seu estudi, donada la seua alta resolució espacial i temporal. Perquè es puga obtindre el vapor d'aigua a partir d'observacions GNSS, estes han de processar-se d'un mode que assegure una alta precisió en l'obtenció de la component troposfèrica. En esta tesi, es mostra una estratègia de càlcul amb el programa científic Bernese 5.2, basat en Dobles Diferències de fase, i detallada amb les seues diferents opcions. Eixa estratègia es va aplicar sobre un conjunt d'estacions GNSS situades des de la ciutat de Vigo, fins a la ciutat francesa de Brest amb un total de nou estacions principals, a les quals es van sumar altres 8 per al disseny de la xarxa de processament. L'estratègia va ser validada amb els productes oficials de referència, EPN REPRO2, amb les 13 estacions comunes entre la xarxa de processament i la xarxa EUREF, obtenint un valor d'error mig quadràtic d'aproximadament 3 mil·límetres. Després es va procedir al càlcul del vapor d'aigua precipitable, amb l'ús del model GPT3 completant quatre anys de dades. Per a la validació d'estes sèries de vapor d'aigua es van usar observacions de radiosonda, de dos estacions, situades prop de l'estació de GNSS de la Corunya i de Santander. La comparació del vapor d'aigua, va llançar valors màxims d'error mig quadràtic de 3 mil·límetres. Amb les sèries de vapor d'aigua, es va procedir a l'estudi de la seua caracterització espacial i temporal. Es va constatar la disminució del vapor d'aigua en ascendir en la latitud. Així mateix, es va observar en la variació temporal una component anual molt més significativa que la semianual, així com una distribució clarament estacional del vapor d'aigua, amb valors en l'estació d'estiu molt superiors a l'estació d'hivern. Les anomalies diàries van mostrar unes certes similituds, amb un valor mínim en la nit, ascendint cap a un pic o valor màxim, generalment en la vesprada. El seu comportament també es va mostrar clarament estacional, amb una variació molt més significativa i de major amplitud en l'estiu que en l'hivern. La sèrie de vapor d'aigua de la ciutat de la Corunya, juntament amb les dades d'una estació meteorològica, es van aplicar a l'estudi de la seua relació amb altres variables atmosfèriques. En el cas de la temperatura i el vapor d'aigua, l'estudi va mostrar una forta correlació. No obstant això , l'estudi de la relació entre el vapor d'aigua i precipitació no va mostrar cap relació entre ambdues. A més, la sèrie de vapor d'aigua va permetre estudiar l'índex d'Eficiència de Precipitació, trobant-se una baixa efectivitat dels mecanismes que produïxen la precipitació més acusada a l'estiu que a l'hivern, malgrat el nivell alt de vapor d'aigua en l'estació estival. A més, es van estudiar nou episodis de pluja de diferents estacions climàtiques, estudiant l'evolució temporal del vapor d'aigua abans, durant i després del fenomen. Això va permetre observar un patró de comportament similar amb un clar augment del vapor d'aigua abans del començament de la pluja i un fort descens posterior, que va ser parametritzat en forma de diferents indicadors, en els quals, de nou, es va constatar una forta component estacional. A més, es va poder observar un comportament més significatiu en la finestra de 12 hores prèvies als episodis de pluja. / [EN] Water vapour is the key of the hydrological cycle and the atmospheric energy balance and the most important natural greenhouse gas. Its study is therefore essential for understanding climate dynamics and for forecasting meteorological phenomena. The use of GNSS observations to obtain it contributes significantly to its study, given its high spatial and temporal resolution. In order to obtain water vapour from GNSS observations, these must be processed in a way that ensures high accuracy in obtaining the tropospheric component. In this thesis, a calculation strategy with the scientific programme Bernese 5.2, based on Double Phase Differences, is shown, and detailed with its different options. This strategy was applied on a set of GNSS stations located from the Spanish city of Vigo to the French city of Brest with a total of nine main stations, to which another 8 were added for the design of the Double Difference processing network. The strategy was validated with the official reference products, EPN REPRO2, with the 13 common stations between the processing network and the EUREF network, obtaining a mean square error value of approximately 3 millimetres. Then, four years series of precipitable water vapour was calculated, using the GPT3 model. For the validation of these water vapour series, radiosonde observations from two stations, located near the GNSS station of A Coruña and Santander were used. The comparison between both sets of water vapour information was performed yielding maximum values of mean square error of 3 millimetres. Using the water vapour series, the spatial and temporal characterisation of water vapour in the working area was studied. It was then possible to observe the decrease in water vapour with increasing latitude. Likewise, a much more significant annual component than the semi-annual one was observed in the temporal variation, as well as a clearly seasonal distribution of water vapour in the whole working area, with values in the summer season much higher than in the winter season. The daily anomalies showed some similarities, showing in general a minimum value at night, rising towards a peak or maximum value in the afternoon. Their behaviour was also clearly seasonal, with a much more significant variation and greater amplitude in the summer than in the winter. The water vapour series of the city of A Coruña, together with data from a meteorological station, were applied to the study of their relationship with other atmospheric variables. In the case of temperature and water vapour, the study showed a strong correlation. However, the study of the relationship between water vapour and precipitation showed no relationship between the two. In addition, the water vapour series allowed the study of the Precipitation Efficiency index, finding a low effectiveness of the mechanisms that produce precipitation more pronounced in summer than in winter, despite the high level of water vapour in the summer season. Finally, nine rainfall events were studied in different climatic seasons, studying the temporal evolution of water vapour before, during and after the event. This allowed a similar pattern of behaviour to be observed, with a clear increase in water vapour before the onset of the rain and a sharp decrease afterwards, which was parameterised in the form of different indicators, in which, once again, a strong seasonal component was observed. In addition, a more significant behaviour was observed in the 12-hour window prior to rainfall events. / Perdiguer López, R. (2024). Estrategia de cálculo del vapor de agua a partir de las observaciones GNSS para su caracterización y aplicación climática [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/205795

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-12-07Bitstream added on 2014-06-13T20:01:31Z : No. of bitstreams: 1 sapucci_lf_dr_prud.pdf: 3782471 bytes, checksum: af4cccfc2f5cb3b6dd4ba86dfb21c180 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A quantificação do vapor d'água integrado na atmosfera (IWV - Integrated Water Vapor), ao contrário de outras variáveis meteorológicas, é algo que ainda se apresenta como um grande desafio para as Ciências Atmosféricas. Diversos mecanismos, envolvendo diferentes técnicas, têm sido empregados e testados para esse fim em diferentes regiões do globo por pesquisa dores das mais variadas áreas da ciência. Essa tese apresenta uma contribuição a esse tema ao empregar receptores GPS (Global Positioning System) em bases terrestres, localizados no Brasil, envolvendo instituições de pesquisa na área de Geodésia e de Meteorologia. Os objetivos principais desse trabalho são validar os valores do IWV obtidos a partir das observações GPS e contribuir com a viabilização da utilização de redes ativas de receptores GPS, existentes atualmente e futuras, no monitoramento do IWV como suporte às atividades da Meteorologia e Climatologia no Brasil. Os resultados obtidos mostram que, com a efetivação desse processo, poderá ser obtida uma fonte adicional de informações da umidade para Previsão Numérica de Tempo (PNT). Além disso, é mostrado também que a alta resolução temporal dos valores do IWV obtidos a partir das observações GPS pode contribuir para a melhoria dos resultados gerados por outras técnicas empregadas na mesma tarefa. Em contrapartida, um modelo de PNT é utilizado para gerar previsões da influência da troposfera nos sinais GPS, visando beneficiar aplicações GPS em tempo real. Os resultados gerados nesse trabalho são frutos da sinergia entre as duas áreas envolvidas e mostram que, atualmente, há boas perspectivas para essa parceria no Brasil. / Quantification of Integrated Water Vapor (IWV), unlike other meteorological variables, still represents a significant challenge to the Atmospheric Sciences. In this task several techniques using different mechanisms have been employed and tested in different regions of the planet. Many researchers from several areas of science have been involved in this process. This thesis presents a contribution to this theme, employing ground-based GPS receivers installed on Brazilian territory, involving Geodesy and Meteorology research institutes. The main aim of this work is to contribute in order to make enable the use of the existing networks of continuously operating GPS receivers, and those that will be installed in the future, in IWV monitoring to support meteorological and climatological activities in Brazil. The results generated show that in this process it is possible to obtain an additional source of humidity information for Numerical Weather Prediction (NWP). Furthermore, the prospect of using the ground-based GPS receivers to monitor atmospheric water vapor is promising because thehigh temporal resolution of IWV values from GPS observations can improve the results generated from other techniques employed in the same task. At the same time, a NWP model is applied to generate predictions of the atmosphere's influence over radiofrequency signals, to improve real time GPS applications. The results of this work stem from the synergy between the two areas of science involved. They show that the current outlook for this partnership in Brazil is good, and that both Meteorology and Geodesy will benefit.

Prevailing propagation phenomena in certain areas play a vital role in deciding terrestrial wireless systems performance. Vertical refractivity profile below 1 km is a critical parameter for designing reliable systems; noting that there is a shortage of upper-air data worldwide. Anomalous phenomena may cause severe signal fading and interference beyond the horizon. The objectives of this thesis are to investigate dominant refractive conditions in the subtropical Arabian Gulf region, develop new approaches and empirical models for evaluating vertical refractivity profiles and relevant propagation parameters in the low troposphere, and to examine the impact of frequently experienced anomalous phenomena on terrestrial microwave links. Twenty-three years of meteorological measurements, from 1990 to 2013, are utilized using spatially separated surface stations and a single radiosonde in the United Arab Emirates (UAE). Profiles of sea level, surface and upper refractivity components are statistically analysed. Three major atmospheric layers; namely 65 m, 100 m and 1 km above the ground are studied to analyse relevant propagation parameters such as sub-refraction, super-refraction, anomalous propagation probability parameter β0 and point refractivity gradient not exceeded for 1% of time. The effective earth radius factor k is investigated using a new weighted averaged approach. In addition, the seasonal structure of atmospheric ducting is dimensioned within 350 m layer above ground. Finally, microwave measurement campaign is conducted using multiple radio links operating in UAE using various frequency bands. The link budget simulations are compared with the signal strength measurements. Fading scenarios are studied against the observed anomalous conditions and several recommendations are concluded.

Prevailing propagation phenomena in certain areas play a vital role in deciding terrestrial wireless systems performance. Vertical refractivity profile below 1 km is a critical parameter for designing reliable systems; noting that there is a shortage of upper-air data worldwide. Anomalous phenomena may cause severe signal fading and interference beyond the horizon. The objectives of this thesis are to investigate dominant refractive conditions in the subtropical Arabian Gulf region, develop new approaches and empirical models for evaluating vertical refractivity profiles and relevant propagation parameters in the low troposphere, and to examine the impact of frequently experienced anomalous phenomena on terrestrial microwave links. Twenty-three years of meteorological measurements, from 1990 to 2013, are utilized using spatially separated surface stations and a single radiosonde in the United Arab Emirates (UAE). Profiles of sea level, surface and upper refractivity components are statistically analysed. Three major atmospheric layers; namely 65 m, 100 m and 1 km above the ground are studied to analyse relevant propagation parameters such as sub-refraction, super-refraction, anomalous propagation probability parameter β0 and point refractivity gradient not exceeded for 1% of time. The effective earth radius factor k is investigated using a new weighted averaged approach. In addition, the seasonal structure of atmospheric ducting is dimensioned within 350 m layer above ground. Finally, microwave measurement campaign is conducted using multiple radio links operating in UAE using various frequency bands. The link budget simulations are compared with the signal strength measurements. Fading scenarios are studied against the observed anomalous conditions and several recommendations are concluded.

International Telemetering Conference Proceedings / October 26-29, 1998 / Town & Country Resort Hotel and Convention Center, San Diego, California / Although PCM/TDM framed data is one of the most prevalent formats handled by flight test ranges, it is often required to acquire and process other types. Examples of such non-standard data types are radar position information and meteorological data from both ground based and radiosonde systems. To facilitate the process and management of such non-standard data types, a micro-processor based system was developed to acquire and transform them into a standard PCM/TDM data frame. This obviated the expense of developing additional special software and hardware to handle such non-standard data types.