Near-surface atmospheric refraction, often characterized by the quantity refractivity, affects the propagation of the radar beam, yet it is poorly measured due to its complex pattern. The aim of this thesis is to characterize the structure of near-surface refractivity and its errors. The refractivity retrieval in the horizontal is obtained from the radar phase measurements that can be affected systematically by the variability of ground target heights over complex terrain coupled with propagation conditions. This study characterizes such factors statistically and reproduces the expected uncertainty (noisiness) by simulating phase for the assessment of the radar refractivity retrieval. However, the noisiness of simulated phase is much smaller compared with that of observations suggesting that such factors are incapable of characterizing moving ground targets and thus insufficient to fully explain the phase noisiness. The vertical structure of refractivity is, on the other hand, characterized in order to inform about low-level propagation conditions. The coverage of radar ground echo observed at low elevation angles is affected by the path of the radar beam determined with the vertical gradient of refractivity. Hence, this study simulates the coverage of ground targets with given vertical gradient of refractivity and compares it with the observed one. The best match between the simulation and observation is used to determine the radar estimate of refractivity changes in the vertical. The results are validated with the estimates from several sounding instruments. Although the identification of ground targets is required for better performance, this novel technique shows certain skill in extracting additional low-level atmospheric information out of radar measurements from ground targets. In both studies, the characterization of ground targets observed by radar plays a critical role: on one hand, it allows us to extract the structure of the near-ground refractivity / Près de la surface terrestre, la réfraction atmosphérique affecte la propagation des ondes radars. Cette caractéristique de l'atmosphère, qu'on nomme la réfractivité, est spatialement complexe et mal connue. Dans cette thèse, la structure de la réfractivité ainsi que ses erreurs sont caractérisés. La réfractivité est mesurée à partir du déphasage des échos radars provenant de cibles terrestres. Ce déphasage est une fonction de la complexité du terrain ainsi que des conditions de propagations. Ces deux facteurs sont analysés statistiquement afin de simuler l'incertitude attendue (le bruit) de la phase des échos radars affectant les mesures de réfractivité. Les simulations ainsi conduites possèdent un niveau de bruit sur la phase beaucoup plus petit que celui des mesures instrumentales. Cette observation suggère que le bruit sur la phase causé par le terrain et les conditions de propagation a un impact limité sur les mesures de réfractivité comparé au bruit provenant d'autres sources tel que les cibles mobiles. Dans un deuxième temps, la structure verticale de la réfractivité est étudiée afin de déduire les conditions de propagation en basse altitude. L'étendue des échos de sol observés à faibles élévations est affectée par la trajectoire des ondes radars qui à son tour est affectée par le gradient vertical de la réfractivité. Cette étude simule l'étendue des échos de sols en supposant différents gradients de réfractivité. Les gradients qui mènent à la meilleure ressemblance entre l'étendue des échos simulée et observée sont utilisés pour estimer les gradients réels de l'atmosphère. La validation des résultats est ensuite faite par comparaison avec d'autres instruments. Malgré le fait que les échos de sols doivent être identifiés pour une performance optimale, cette nouvelle technique démontre la possibilité d'inférer de nouvelles informations sur l'atmosphère en basse altitude à partir d'éch
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.94913 |
| Date | January 2010 |
| Creators | Park, Shinju |
| Contributors | Frederic Fabry (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Atmospheric and Oceanic Sciences) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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