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Recent progress in acoustic travel-time tomography of the atmospheric surface layer

Ostashev, Vladimir E.; Vecherin, Sergey N.; Wilson, Keith D.; Ziemann, Astrid; Goedecke, George H.

Meteorologische Zeitschrift Vol. 18 No. 2 (2009), p. 125 - 133

published: May 13, 2009

DOI: 10.1127/0941-2948/2009/0364

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Abstract

Acoustic tomography of the atmospheric surface layer (ASL) is based on measurements of the travel times of sound propagation between sources and receivers which constitute a tomography array. Then, the temperature and wind velocity fields inside the tomographic volume or area are reconstructed using different inverse algorithms. Improved knowledge of these fields is important in many practical applications. Tomography has certain advantages in comparison with currently used instrumentation for measurement of the temperature and wind velocity. In this paper, a short historical overview of acoustic tomography of the atmosphere is presented. The main emphasis is on recent progress in acoustic tomography of the ASL. The tomography arrays that have been used so far are discussed. Inverse algorithms for reconstruction of the temperature and wind velocity fields from the travel times are reviewed. Some results in numerical simulations of acoustic tomography of the ASL and reconstruction of the turbulence fields in tomography experiments are presented and discussed.

Kurzfassung

Die akustische Tomographie der atmosphärischen Bodenschicht basiert auf Messungen der Laufzeit von Schallwellen zwischen Sendern und Empfängern, welche ein tomographisches Messfeld bilden. Anschließend werden dann die Temperatur- und Windgeschwindigkeitsfelder innerhalb eines tomographischen Volumens oder einer Fläche rekonstruiert, wobei verschiedene inverse Algorithmen angewendet werden können. Eine verbesserte Kenntnis dieser meteorologischen Felder ist für viele praktische Anwendungen bedeutsam. Tomographische Verfahren haben bestimmte Vorteile gegenüber den momentan genutzten Messverfahren für die Temperatur und Windgeschwindigkeit. In dieser Veröffentlichung wird ein kurzer Überblick zur Entwicklung der akustischen Tomographie der Atmosphäre präsentiert. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Darstellung des aktuellen Fortschritts in der akustischen Tomographie der atmosphärischen Bodenschicht. Die bisher genutzten tomographischen Messfelder werden vorgestellt. Inverse Algorithmen für die Rekonstruktion von Temperatur- und Windgeschwindigkeitsfeldern aus akustischen Laufzeiten werden bewertet. Einige Resultate der numerischen Simulation der akustischen Tomographie der Bodenschicht und der Rekonstruktion von turbulenten Feldern meteorologischer Größen in tomographischen Experimenten werden dargestellt und diskutiert.