Remote sensing for atmospheric observation and wind energy: over-land boundary layer and off-shore atmospheric stability

Tesi amb menció de Doctorat Internacional

Detalhes bibliográficos
Autor: Silva, Marcos Paulo Aráujo da
Formato: tesis doctoral
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2023
País:España
Recursos:CBUC, CESCA
Repositorio:TDR. Tesis Doctorales en Red
OAI Identifier:oai:www.tdx.cat:10803/689946
Acesso em linha:http://hdl.handle.net/10803/689946
https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-401548
Access Level:acceso abierto
Palavra-chave:Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria de la telecomunicació
52
id ES_cd819f18f7eb14dfbb9f990cf5d1a16d
oai_identifier_str oai:www.tdx.cat:10803/689946
network_acronym_str ES
network_name_str España
repository_id_str
dc.title.none.fl_str_mv Remote sensing for atmospheric observation and wind energy: over-land boundary layer and off-shore atmospheric stability
title Remote sensing for atmospheric observation and wind energy: over-land boundary layer and off-shore atmospheric stability
spellingShingle Remote sensing for atmospheric observation and wind energy: over-land boundary layer and off-shore atmospheric stability
Silva, Marcos Paulo Aráujo da
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria de la telecomunicació
52
title_short Remote sensing for atmospheric observation and wind energy: over-land boundary layer and off-shore atmospheric stability
title_full Remote sensing for atmospheric observation and wind energy: over-land boundary layer and off-shore atmospheric stability
title_fullStr Remote sensing for atmospheric observation and wind energy: over-land boundary layer and off-shore atmospheric stability
title_full_unstemmed Remote sensing for atmospheric observation and wind energy: over-land boundary layer and off-shore atmospheric stability
title_sort Remote sensing for atmospheric observation and wind energy: over-land boundary layer and off-shore atmospheric stability
dc.creator.none.fl_str_mv Silva, Marcos Paulo Aráujo da
author Silva, Marcos Paulo Aráujo da
author_facet Silva, Marcos Paulo Aráujo da
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Rocadenbosch Burillo, Francisco
Universitat Politècnica de Catalunya. Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions
dc.subject.none.fl_str_mv Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria de la telecomunicació
52
topic Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria de la telecomunicació
52
description Tesi amb menció de Doctorat Internacional
publishDate 2023
dc.date.none.fl_str_mv 2023
2024
2024
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10803/689946
https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-401548
url http://hdl.handle.net/10803/689946
https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-401548
dc.language.none.fl_str_mv Inglés
language_invalid_str_mv Inglés
dc.rights.none.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 151 p.
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universitat Politècnica de Catalunya
publisher.none.fl_str_mv Universitat Politècnica de Catalunya
dc.source.none.fl_str_mv TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)
reponame:TDR. Tesis Doctorales en Red
instname:CBUC, CESCA
instname_str CBUC, CESCA
reponame_str TDR. Tesis Doctorales en Red
collection TDR. Tesis Doctorales en Red
repository.name.fl_str_mv
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1869419861006876672
spelling Remote sensing for atmospheric observation and wind energy: over-land boundary layer and off-shore atmospheric stabilitySilva, Marcos Paulo Aráujo daÀrees temàtiques de la UPC::Enginyeria de la telecomunicació52Tesi amb menció de Doctorat Internacional(English) Monitoring the atmospheric boundary layer (ABL) is a matter of interest for many applications, such as weather forecasting, pollutant-dispersion models and wind energy. The ABL is the most turbulent part of the troposphere, and it is directly affected by the earth's surface characteristics. Thus, monitoring the ABL is a complex task that requires continuous improvement of the remote sensing techniques. This PhD thesis tackles remote sensing as the key technology to assess different ABL parameters in both over-land and over-sea dimensions. The over-land dimension is oriented to the study of the ABL height (ABLH), whereas the over-sea dimension is focused in assessment of surface-layer atmospheric stability from solely wind profiles in the context of wind energy. In the over-land dimension, a synergistic ABLH estimation me\-thod via a combination of microwave-radiometer and lidar-ceilometer-based estimates is presented. The synergistic method uses these two instruments in a cooperative way with the aim of providing an enhanced high-resolution ABLH estimation. Data gathered by multiple remote-sensing instruments during the HOPE campaign at Jülich, Germany, are used to outline the robustness of the synergistic method in relation to estimates which rely on a single instrument. In the over-sea dimension, the 2D parametric-solver algorithm is presented as an alternative method to assess surface-layer parameters from solely floating Doppler wind lidar measurements. Comparative results with reference retrievals from the IJmuiden meteorological mast show that the 2D accurately estimates the friction velocity, and it correctly determines atmospheric stability via its Obukhov length estimation. Accordingly, the 2D algorithm corroborates to stand the floating Doppler wind lidar as the wind-energy-industry preferred solution to replace the off-shore metmast.(Català) L'observació de la capa límit de l'atmosfera és d'interès per diferents aplicacions com ara en prediccions meteorològiques, en energia eòlica i en models de dispersió de partícules contaminants. Aquesta capa és la més turbulenta de la troposfera i rep l'efecte directe de la superfície terrestre. Per tant, la seva observació és una tasca complexa i requereix una millora contínua de les eines de teledetecció. Aquesta tesi doctoral explota la teledetecció com a tecnologia clau per estimar diferents paràmetres de la capa límit tant en zones marítimes com terrestres. En el context terrestre s'estudia la mesura de l'alçada de la capa límit i en el marítim s'adreça l'estimació de l'estabilitat atmosfèrica amb només mesures de perfils verticals de vent. Pel que fa al context terrestre, es proposa un mètode sinergètic per estimar l'alçada de la capa límit combinant radiòmetres de microones i ceilòmetres lidar. El mètode sinergètic utilitza aquests dos instruments cooperativament per aconseguir estimacions d'alta resolució de l'alçada de la capa límit. Per validar la robustesa del mètode s'han emprat dades mesurades per instruments de teledetecció durant la campanya de mesures HOPE a Jülich, Alemanya, utilitzant radio sondejos com a referència. Pel que fa al context marítim, es presenta l'algorisme paramètric "2D" com a mètode alternatiu per estimar diferents paràmetres de la capa superficial de l'atmosfera a partir de mesures del perfil vertical de vent de LiDARs Doppler flotants. Fent servir com a referència mesures del màstil meteorològic IJmuiden, s'ha pogut validar la capacitat del mètode 2D per poder estimar amb precisió la "friction velocity" així com per classificar l'estabilitat atmosfèrica a partir d'estimacions de la longitud d'"Obukhov". Així doncs, l'algorisme 2D reforça la posició dels LiDAR Doppler flotants com a tecnologia clau per a reemplaçar els màstils meteorològics marítims.(Español) La observación de la capa límite de la atmósfera es de interés en diferentes aplicaciones como predicciones meteorológicas, energía eólica y modelos de dispersión de partículas contaminantes. Esta capa es la más turbulenta de la troposfera y recibe el efecto directo de la superficie terrestre. Por lo tanto, su observación es una tarea compleja y requiere una mejora continua de las herramientas de teledetección. Esta tesis doctoral explota la teledetección como tecnología clave para estimar diferentes parámetros de la capa límite tanto en zonas marí\-timas como terrestres. En el contexto terrestre se investiga la medida de la altura de la capa límite y en el marítimo se estudia la estimación de la estabilidad atmosférica con solo medidas de perfiles verticales de viento. En cuanto al contexto terrestre, se propone un método sinergético para estimar la altura de la capa límite combinando radiómetros de microondas y ceilómetros lidar. El método sinergético utiliza estos dos instrumentos cooperativamente para conseguir estimaciones de alta resolución de la altura de la capa límite. Para validar la robustez del método se han empleado datos medidos por instrumentos de teledetección durante la campaña de medidas HOPE en Jülich, Alemania, utilizando radiosondeos como referencia. En cuanto al contexto marítimo, se presenta el algoritmo paramétrico "2D" como método alternativo para estimar diferentes parámetros de la capa superficial de la atmósfera a partir de medidas del perfil vertical de viento de LiDARs Doppler flotantes. Usando como referencia medidas del mástil meteorológico IJmuiden, se ha podido validar la capacidad del método 2D para poder estimar con precisión la "friction velocity" así como para clasificar la estabilidad atmosférica a partir de estimaciones de la longitud de "Obukhov". Así pues, el algoritmo 2D refuerza la posición de los LiDAR Doppler flotantes como tecnología clave para reemplazar los mástiles meteorológicos marítimos.DOCTORAT EN TEORIA DEL SENYAL I COMUNICACIONS (Pla 2013)Universitat Politècnica de CatalunyaRocadenbosch Burillo, FranciscoUniversitat Politècnica de Catalunya. Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions202420242023info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion151 p.application/pdfhttp://hdl.handle.net/10803/689946https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-401548TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)reponame:TDR. Tesis Doctorales en Redinstname:CBUC, CESCAInglésL'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessoai:www.tdx.cat:10803/6899462026-06-14T12:46:07Z
score 15,300719

Registos relacionados