Introducción al procesamiento de señales lidar: Telemetría de nubes y altura de capa límite atmosférica

Abstract

El Servicio Meteorológico Nacional (SMN), entre sus diferentes sitios de observación distribuidos en todo el territorio nacional, posee una red de lidares e instrumental complementario para la teledetección de parámetros aerosólicos y de nubes. Esta red de lidares es parte de la red SAVER-Net, cuyo objetivo es el monitoreo de diversas variables atmosféricas en las que se incluyen: medidores radiación solar, gases traza y variables meteorológicas. Dado que los lidares pertenecientes a red generan archivos de datos en nivel cero (L0, o Raw Data) por cada ciclo de medición, es necesario generar un procesamiento sobre los datos L0 para la obtención de productos de orden mayor. El objetivo de la presente nota es brindar las bases para la lectura, preprocesamiento e interpretación de una señal lidar elástica de la red SAVER-Net. Se describirán los procedimientos básicos con una visión práctica para poder realizar una correcta visualización de los datos, que darán lugar a la determinación de la altura de capa límite y perfiles de nubes, los que denominaremos datos de nivel 1 (L1). Este primer paso es necesario para análisis ulteriores y más específicos, como la obtención de perfiles ópticos de aerosoles por medio de la inversión de sus señales (datos de nivel 2, L2). También, se obtendrán los conocimientos necesarios, en caso de que el lector desee realizar sus códigos de automatización, para la obtención de los parámetros de nivel L1. A lo largo de los diferentes apartados de este documento se dará una introducción a la técnica lidar, descripción del hardware utilizado, y un instructivo paso a paso para la lectura de los archivos lidar del nivel L0 para lograr los datos L1 con información almacenada en los canales elásticos.

The National Weather Service (SMN) operates a lidar network across the Argentinean territory aimed at obtaining aerosol and cloud parameters. This lidar network is part of the SAVER-Net network, which also has complementary instruments to measure different atmospheric variables, such as solar radiation, trace gases, wind, pressure and temperature. Lidars produce raw data files (data level 0, L0) in each measurement cycle, which need to be processed to obtain higher order products. In this technical note, the bases for the generation of the data level 1 (L1) are explained, from the reading of the data files, their pre-processing and procedures for the atmospheric boundary layer and clouds base/top height retrievals. This will help to develop more sophisticated analysis (data level 2, L2), like aerosol optical profiles by the inversion of its signals. This technical note covers different topics including the rudiments of the lidar and its signals, a SAVER-Net description and its hardware characteristics, to the main steps in signal processing to obtain L1 data level products.