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The Small Unmanned Meteorological Observer SUMO: A new tool for atmospheric boundary layer research

Reuder, Joachim; Brisset, Pascal; Jonassen, Marius Müller; Mayer, Stephanie

Meteorologische Zeitschrift Vol. 18 No. 2 (2009), p. 141 - 147

published: May 13, 2009

DOI: 10.1127/0941-2948/2009/0363

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Abstract

The Small Unmanned Meteorological Observer SUMO has been developed as a cost-efficient measurement system with the aim to close the existing observational gap of atmospheric measurement systems in between meteorological masts/towers and radiosondes. The system is highly flexible and has the capability for in-situ ABL measurements with unique spatial and temporal resolution. SUMO is based on a light-weighted styrofoam model airplane, equipped with an autopilot system for autonomous flight missions and in its recent version with meteorological sensors for temperature, humidity and pressure. With its wingspan of 80 cm, its length of 75 cm and a total lift-off weight of 580 g, SUMO is easy to transport and operate even in remote areas with limited infrastructure. During several field campaigns in 2007 and 2008 the system has been successfully tested and operated. Atmospheric profiles of temperature, humidity, wind speed and wind direction have been determined up to 3500 m above ground during the FLOHOF (FLOw over and around HOFsjökull) field campaign in Central Iceland in July/August 2007. During a 3 week campaign on and around Spitsbergen in February/March 2008 the SUMO system also proved its functionality under polar conditions, reaching altitudes above 1500 m even at ground temperatures of -20° C and wind speeds up to 15 m s-1.

Kurzfassung

SUMO (Small Unmanned Meteorological Observer) wurde mit dem Ziel entwickelt, ein kostengünstiges Messsystem für die atmosphärische Grenzschicht zur Verfügung zu stellen, das die bestehende Beobachtungslücke zwischen meteorologischen Masten und Radiosonden schliessen kann. Das System ist äußerst flexibel und ermöglicht in-situ Grenzschichtmessungen mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung. Ein leichtes Modellflugzeug aus geschäumtem Kunststoff bildet die Grundstruktur von SUMO. In seiner aktuellen Version ist SUMO mit meteorologischen Sensoren für die Messung von Temperatur, Feuchte und Druck ausgestattet. Ein Autopilot-System ermöglicht einen weitgehend autonomen Einsatz. Mit einer Länge von 75 cm, einer Spannweite von 80 cm und einem Gesamtgewicht von 580 g ist SUMO auch in abgelegenen Regionen mit eingeschränkter Infrastruktur leicht einsetzbar. Das System wurde 2007 und 2008 im Rahmen von mehreren Messkampagnen erfolgreich geflogen. Im Rahmen des Experimentes FLOHOF (FLOw over and around HOFsjökull) auf Island konnten mit SUMO Grenzschichtprofile bis in eine Höhe von 3500 m über Grund gemessen werden. Während einer 3-wöchigen Messkampagne auf und um Spitzbergen im Februar/März 2008 bewährte sich das System auch unter arktischen Bedingungen. Bei Temperaturen von -20° C und Windgeschwindigkeiten bis zu 15 m s-1 konnten die Grenzschichtprofile bis zu einer Höhe von 1500 m über Grund bestimmt werden.