- Docente: Tiziano Maestri
- Crediti formativi: 6
- SSD: FIS/06
- Lingua di insegnamento: Inglese
- Moduli: Tiziano Maestri (Modulo 1) Federico Porcù (Modulo 2)
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2)
- Campus: Bologna
- Corso: Laurea Magistrale in Science of Climate (cod. 5895)
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Orario delle lezioni (Modulo 1)
dal 05/10/2023 al 21/12/2023
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Orario delle lezioni (Modulo 2)
dal 28/09/2023 al 15/12/2023
Conoscenze e abilità da conseguire
Satellite earth observation is an essential tool that allows a global and integrated view of the whole earth system, allowing quantitative measurements of a large number of relevant geophysical parameters including essential climate variables. In this courses, the students will learn the main capabilities of current satellite earth observing system and the main techniques used for the derivation of key products concerning the earth's atmosphere and surface properties. Practical exercises on satellite data analysis will be proposed during the classes.
Contenuti
Modulo 1
Satellite measurements of LW and SW radiance fields (theory)
• Effective Bi-Directional Reflectance Function
• Surface spectral signatures at sw
• Brightness temperature
• Refractive index of liquid and solid surfaces
• Surface emissivity at lw
2 Detection of snow and vegetation (theory and practice)
• Normalized difference snow index
• Partially snow covered pixel, dirty snow
• Ice surface temperature
• Vegetation index
• Leaf Area index and Enhanced VI
• Atmospheric perturbations on snow and vegetation index: Aerosols, water vapor, Rayleigh scattering, thin cirri
3 Water vapor and surface temperature (theory and practice)
• Precipitable water vapor from sw channels
• Split window techniques: Land surface temperature
• Absorption and emission of radiation by sea water
• Sea Surface temperature from infrared radiometers
4 Fire detection (theory and practice)
• The 4 microns band
• Temperature sensitivity
• Multichannel threshold and contextual algorithms
• Normalized burn ratio
5 RGB techniques (theory and practice)
• The process of creating RGB: examples
• Meteosat RGBs: natural, airmass, dust
• Detecting oil spills
6 Detection of clouds from passive measurements (theory and practice)
• The full radiative transfer equation and the cloud parameters
• Detection of thin cirrus clouds
• Cloud phase derivation: techniques
• Cloud altitude: co2 slicing and sorting
• Nakajima-King method for cloud OD and Reff
7 Detection of aerosols from passive methods (theory and practice)
• Radiative transfer equation in single scattering approximation
• Aerosol reflectance over black and reflective surfaces
• Global aerosol optical depth
8 Sounder data (theory)
• The information content in the high spectral resolution measurements
• Inversion techniques for derivation of gas and temperature profile
• Optimal estimation, the role of the a-priori information
• Detection of volcanic ash and outgas
• Example from IASI
Modulo 2
Basics of satellite orbits and sensor parameters:
Geostationary and low Earth orbits
Parameters: Pixel, Field of view, dwell time
Scanning techniques: whiskbroom and pushbroom sensors
Sensor noise: NeSR, NeDT, SNR
Resolution: temporal, spatial, spectral, radiometric
Dataset and products:
Climate Data Records
Copernicus Services
The Earth’s atmosphere and surface in the microwave spectrum:
RTE in the microwave
Absorption and emission of gases
Properties of water vapour and particles
Surface emissivity
Microwave active sensors:
radar equation
ground based and space-borne systems
Techniques to estimate precipitation rates with passive sensors:
The GPM constellation
Statistical and physical methods
Blended techniques
Techniques to estimate snow/ice parameters:
microwave emission from snow and glacier ice
Techniques to estimate soil moisture:
microwave emission from wet soil
space gravimetry
Validation of satellite products
Testi/Bibliografia
Materiale presentato a lezione, articoli selezionati e documenti
Metodi didattici
I docenti svolgeranno i 6 cfu di lezioni frontali con ausilio di proiettore e/o alla lavagna.
Gli argomenti trattati prevedono una parte teorica che sarà seguita da esercitazioni con ausilio di semplici codici di lettura, visualizzazione ed analisi di dati satellitari (utilizzando il linguaggio MATLAB).
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
La verifica dell'apprendimento avverrà attraverso una prova orale atta a valutare il raggiungimento degli obiettivi principali del corso:
* la comprensione delle leggi fondamentali che regolano il trasporto radiativo in atmosfera e la loro applicazione alla misura
* la comprensione delle principali metodologie di misura satellitare
* la capacità di interpretare dati e prodotti derivati da misure da satellite riguardanti la superficie e l'atmosfera
La prova orale copre l'intero programma svolto, prevede un voto finale in 30esimi ed avrà durata di circa 1 ora.
Strumenti a supporto della didattica
Gli studenti avranno a loro disposizione:
* Appunti delle lezioni (formato elettronico pdf)
* Articoli scientifici utili all'approfondimento di alcune tematiche
* Un pacchetto software (MATLAB) per l'analisi dati da satellite e dati specifici
* Bibliografia e referenze
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Tiziano Maestri
Consulta il sito web di Federico Porcù
SDGs
L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.