Original paper

Observation of the structure of the urban boundary layer with different ceilometers and validation by RASS data

Emeis, Stefan; Schäfer, Klaus; Münkel, Christoph

Meteorologische Zeitschrift Vol. 18 No. 2 (2009), p. 149 - 154

published: May 13, 2009

DOI: 10.1127/0941-2948/2009/0365

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Abstract

Urban air quality assessment requires the knowledge of the temporal and spatial structure of the mixing layer, because this structure controls the vertical dilution of near-surface pollutants. The behaviour of the mixing layer is a consequence of vertical temperature and moisture profiles in the lower atmosphere so that remote sensing can be a suitable tool to monitor it. Three ceilometers, a Vaisala LD40 and two Vaisala CL31, have been operated for many months in the German city of Augsburg in order to observe the vertical aerosol distribution. Wind and temperature profile information have been obtained for a part of the period from radio-acoustic sounding system (RASS) observations. This paper investigates the abilities of the instruments and compares the information received by the ceilometers among each other and with temperature profiles from the RASS data.

Kurzfassung

Die Bewertung der Luftqualität in städtischen Gebieten erfordert die Kenntnis der zeitlichen und räumlichen Struktur der Mischungsschicht, da die Eigenschaften dieser Schicht die vertikale Verdünnung von in Bodennähe freigesetzten Schadstoffen bestimmt. Das Verhalten der Mischungsschicht ist eine Folge der vertikalen Temperatur- und Feuchteverteilung, so dass Fernerkundung eine brauchbare Methode zu ihrer Erfassung sein kann. Drei Ceilometer, ein Vaisala LD40 und zwei Vaisala CL31, wurden für viele Monate in Augsburg zur Beobachtung der vertikalen Aerosolverteilung eingesetzt. Informationen zu Wind- und Temperaturprofilen wurden für einen teil des Beobachtungszeitraums mit einem radio-akustischen Sondierungssystem (RASS) erhalten. Diese Studie untersucht die Möglichkeiten der verwendeten Instrumente und vergleicht die beiden Ceilometer-Typen untereinander und mit den Temperaturprofilen vom RASS.