76 research outputs found
Διαστημική τηλεπισκόπηση για τη μελέτη της σύνδεσης των αιωρούμενων σωματιδίων με τον ατμοσφαιρικό ηλεκτρισμό: μελέτη της συσχέτισης αερολυμάτων και ατμοσφαιρικού ηλεκτρισμού με χρήση ενεργητικής και παθητικής δορυφορικής τηλεπισκόπησης
No full textThe overarching goal of this thesis is to fill existing gaps in our understanding on the role of aerosols in atmospheric electricity, with focus on the effect of aerosols on lightning activity modulation. Towards this goal, satellite-based remote sensing synergies have been utilized to examine the full three-dimensional (3D) structure of aerosols during both fair weather and lightning-active atmospheric conditions. In addition, satellite-based active remote sensing was used to investigate the effect of the aerosol type on lightning activity. Advanced methods and synergies have been developed, especially in focus of desert dust aerosols, targeting the discrimination of the pure-dust component from the total aerosol space-borne observations.For this analysis, lightning activity observations were provided by ZEUS network, which is operated and maintained by the National Observatory of Athens (NOA) in Greece. For the horizontal distribution of aerosols, Aerosol Optical Depth (AOD) observations were provided by the Moderate Resolution Imaging Spectrometer (MODIS), onboard Aqua sun-synchronous satellite. To derive the 3D distribution of aerosols over extensive geographical domains, active remote sensing techniques utilizing “light detection and ranging” (lidar) space-borne sensors were required. During the course of the thesis, the only available spaceborne lidar systems were the (i) Cloud Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization (CALIOP) onboard Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO) and the (ii) Cloud Aerosol Transport System (CATS) onboard the International Space Station (ISS). In the first part of the thesis, satellite-based passive and active remote sensing observations were utilized synergistically with ZEUS lightning activity observations, towards depicting the full 3D structure of aerosols during lightning-active atmospheric conditions. Cloud to Ground lightning activity observations were provided by ZEUS, AOD at 550 nm by MODIS Aqua, and the vertical aerosol structure by CALIOP, on board CALIPSO. Satellite-based aerosol and ground-based lightning activity observations were studied over the broader Mediterranean Sea for a ten year period (2005 – 2014). Overall, the results revealed the importance of aerosols in lightning activity modulation. Regarding the horizontal distribution of aerosols and lightning activity, the mean AOD of the days with lightning activity was found higher than the mean seasonal AOD in 90% of cases. Furthermore, it was shown that the number of lightning strikes is increasing with increasing AOD. The most pronounced increase was observed during summertime and for AOD values up to 0.4. In addition, time series showed similar temporal behavior between AOD seasonal anomalies and the number of days with lightning activity. Both the spatial and temporal analysis showed that the lightning activity is correlated to AOD, a characteristic which is consistent for all seasons.In addition to the horizontal distribution of aerosols, CALIOP observations were utilized in order to provide the vertical distribution of aerosols during lightning active days and, in addition, to study the effect of different aerosol types on lightning activity. The results indicated that the lightning activity is enhanced during days characterized by higher AOD values, compared to days with no lightning. Correlation coefficients of R = 0.73, between CALIPSO AOD values and the number of lightning strikes detected by ZEUS, and of R = 0.93 between European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) Convective Available Potential Energy (CAPE) and lightning activity were obtained. The analysis of extinction coefficient values at 532 nm indicated that an altitudinal range exists, between 1.1 km and 2.9 km, where the extinction coefficients of lightning-active and non-lightning-active cases are statistically significantly different. Finally based on the CALIPSO aerosol subtype classification, is was shown that polluted dust aerosols are more frequently observed during non-lightning-active days, while dust and smoke aerosols are more abundant in the atmosphere during lightning-active days.The second part of this thesis focused on dust aerosols. The complexity of the effect of dust on lightning activity modulation provoked the need to decouple the pure dust component from the total aerosol load. In addition, the need to focus on dust aerosols originated from the dominance of these particles over the complex broader Mediterranean Sea region, the domain that was initially selected to study the relationship between aerosols and lightning activity. In terms of understanding the effect of dust aerosols, advanced remote sensing methods, established under the European Aerosol Research Lidar Network (EARLINET), were implemented. These methodologies were applied towards the decoupling of the pure-dust component in any diverge layer, external mixture of different aerosol components. The pure-dust methodology was applied and validated against the AErosol RObotic NETwork (AERONET) and accordingly applied over South and East Asia. This region was selected due to its intensive anthropogenic aerosol emissions along with the presence of desert dust particles. Using this domain, we managed to distinguish desert dust from the total aerosol load and the anthropogenic component, avoiding at the same time the marine component that is ubiquitous present in the Mediterranean Sea. Sea salt particles are large enough to be distinguished from the dust particles and South and East Asia served as a first step for the final discrimination of dust over the Mediterranean.The results provided the horizontal and vertical distribution of dust aerosols over South and East Asia along with the seasonal transition of dust transport pathways. Persistent high DAOD (Dust Aerosol Optical Depth) values, of the order of 0.6, were observed over the arid and semi-arid desert regions of Taklimakan and Gobi. In addition, it was shown that the dust aerosol transport (range, height and intensity) is subject to high seasonality, with the highest values during spring for northern China (Taklimakan and Gobi deserts) and during summer over the Indian subcontinent (Thar Desert). In addition, the CALIPSO AOD was decomposed into dust and non-dust aerosol components. This revealed the non-dust AOD over the highly industrialized and densely populated regions of South and East Asia, where the non-dust aerosols yield AOD values of the order of 0.5. Towards depicting the role of aerosols in atmospheric electricity, satellite-based active remote sensing observations, had to be utilized. The use of space-borne lidar sensors was imperative in order to examine the full 3D structure of aerosols during both fair weather and lightning-active atmosphere. To fulfil our objectives we utilized the validated CALIPSO dataset which is representative for specific case studies but also capable of providing 3D climatological averages. For revealing the diurnal aerosol variations though we needed to utilize CATS, which does not follow a polar orbit. Unfortunately, the CATS products were not validated, thus in order to use the spaceborne lidar datasets a validation of the CATS lidar sensor had to be performed. Thus we proceeded with a thorough validation of the representativeness and quality of CATS observations, for the first time, employing the EARLINET ground-based lidar measurements, which is also the third and final part of this thesis. The results showed that the distribution of the absolute differences between CATS and EARLINET is characterized by a mean value of -1.518e-04 km-1sr-1, a median value of -9.94e-05 km-1sr-1 and a standard deviation of 6.634e-04 km-1sr-1. Overall, the study demonstrated the good performance of CATS, especially during nighttime conditions.Πρωταρχικός στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτελεί η κάλυψη των γνωστικών κενών σχετικά με το ρόλο των αερολυμάτων στον ατμοσφαιρικό ηλεκτρισμό, με επίκεντρο την επίδραση των αερολυμάτων στη διαμόρφωση της κεραυνικής δραστηριότητας. Προς αυτή την κατεύθυνση πραγματοποιήθηκε συνεργιστική χρήση δορυφορικών τεχνικών ενεργητικής και παθητικής τηλεπισκόπησης, με απώτερο στόχο τη μελέτη της πλήρους τρισδιάστατης δομής της ατμόσφαιρας σε όρους αερολυμάτων, τόσο κατά τη διάρκεια περιόδων ήπιων καιρικών συνθηκών όσο και κατά τη διάρκεια καταιγίδων. Παράλληλα, ενεργητική δορυφορική τηλεπισκόπηση χρησιμοποιήθηκε προς μελέτη τού τύπου των ατμοσφαιρικών αερολυμάτων στην διαμόρφωση κεραυνικής δραστηριότητας.Για τη διεξαγωγή αυτής της μελέτης χρησιμοποιήθηκαν παρατηρήσεις κεραυνικής δραστηριότητας από το σύστημα ZEUS, το οποίο λειτουργεί και συντηρείται από το Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών (ΕΑΑ), στην Ελλάδα. Για την οριζόντια κατανομή των αερολυμάτων χρησιμοποιήθηκαν παρατηρήσεις οπτικού βάθους από τον αισθητήρα MODIS, επί του ηλιοσύγχρονου δορυφόρου Aqua. Για την εξαγωγή της πληροφορίας της τρισδιάστατης κατανομής των αερολυμάτων πάνω από εκτεταμένες γεωγραφικές περιοχές, κρίθηκε απαραίτητη η χρήση τεχνικών ενεργητικής τηλεπισκόπησης με έμφαση στη χρήση δορυφορικών “light detection and ranging” (lidar). Κατά τη διάρκεια της διατριβής τα μόνα διαθέσιμα δορυφορικά συστήματα lidar ήταν τα: (i) Cloud Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization (CALIOP) επί του δορυφόρου Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO) και το Cloud Aerosol Transport System (CATS) επί της πλατφόρμας International Space Station (ISS).Κατά το πρώτο στάδιο της εργασίας χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικές παρατηρήσεις τόσο από παθητικούς όσο και από ενεργητικούς αισθητήρες τηλεπισκόπησης, σε συνέργεια με παρατηρήσεις κεραυνικής δραστηριότητας. Απώτερος στόχος αποτέλεσε η μελέτη της πλήρους τρισδιάστατης (3D) δομής των αερολυμάτων στην ατμόσφαιρα, τόσο κατά τη διάρκεια περιόδων ήπιων καιρικών συνθηκών όσο και κατά τη διάρκεια καταιγίδων. Προς την πραγμάτωση του στόχου αυτού έγινε χρήση παρατηρήσεων κεραυνικής δραστηριότητα από το σύστημα ZEUS, τιμές οπτικού βάθους αερολυμάτων στα 550 nm από τον αισθητήρα MODIS Aqua καθώς και κατακόρυφη δομή των αερολυμάτων από το σύστημα CALIOP CALIPSO. Γεωγραφική περιοχή μελέτης αποτέλεσε η ευρύτερη Μεσόγειος Θάλασσα, ενώ η περίοδος μελέτης εκτείνεται μεταξύ του 2005 και 2014. Τα αποτελέσματα έδειξαν το σημαντικό ρόλο των αερολυμάτων στη διαμόρφωση της κεραυνικής δραστηριότητας.Πιο συγκεκριμένα, όσον αφορά την οριζόντια κατανομή των αερολυμάτων, το μέσο οπτικό βάθος των ημερών που χαρακτηρίζεται από κεραυνική δραστηριότητα βρέθηκε υψηλότερο από το μέσο εποχιακό οπτικό βάθος στο 90% των περιπτώσεων. Επιπρόσθετα δείχθηκε ότι ο αριθμός των κεραυνών αυξάνεται με την αύξηση του οπτικού βάθους, καθώς και ότι η πιο έντονη αύξηση παρατηρείται κατά τη διάρκεια της καλοκαιρινής περιόδου και για τιμές οπτικού βάθους έως και 0,4. Παράλληλα, χρονοσειρές μεταβολών οπτικού βάθους και κεραυνικής δραστηριότητας κατέδειξαν την παρόμοια συμπεριφορά μεταξύ των εποχιακών ανωμαλιών του οπτικού βάθους και του αριθμού των ημερών με κεραυνική δραστηριότητα.Επιπροσθέτως της οριζόντιας χωρικής κατανομής των αερολυμάτων χρησιμοποιήθηκαν παρατηρήσεις του συστήματος CALIOP προκειμένου να μελετηθεί η κατακόρυφη κατανομή των αερολυμάτων, καθώς και ο τύπος τους, στη διαμόρφωση της κεραυνικής δραστηριότητας. Τα αποτελέσματα της μελέτης με χρήση CALIOP, όπως και στη περίπτωση της μελέτης με χρήση MODIS, κατέδειξαν τη σημαντικότητα των αερολυμάτων στη διαμόρφωση της κεραυνικής δραστηριότητας. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της μελέτης, η κεραυνική δραστηριότητα ενισχύεται κατά τη διάρκεια ημερών που χαρακτηρίζονται από υψηλότερες τιμές οπτικού βάθους σε σύγκριση με τις ημέρες χαμηλότερου οπτικού βάθους. Οι τιμές του οπτικού βάθους από το CALIOP και της κεραυνικής δραστηριότητας χαρακτηρίζονται από συντελεστής συσχέτισης 0.73, ενώ στην περίπτωση της σύγκρισης της κεραυνικής δραστηριότητας και του ECMWF CAPE, ο αντίστοιχος συντελεστής βρέθηκε ίσος με 0.93. Η ανάλυση των τιμών εξασθένησης στα 532 nm έδειξε ότι υπάρχει ένα υψομετρικό εύρος μεταξύ 1,1 και 2,9 km, όπου οι συντελεστές εξασθένησης των περιπτώσεων κεραυνικής δραστηριότητας και των περιπτώσεων που δε χαρακτηρίζονται από κεραυνική δραστηριότητα είναι στατιστικά σημαντικά διαφορετικοί. Τέλος, με βάση την ταξινόμηση του τύπου των αερολυμάτων όπως αυτή πραγματοποιείται από τους αλγορίθμους του CALIPSO, δείχθηκε ότι τα αερολύματα polluted dust παρατηρούνται συχνότερα κατά τις ημέρες χωρίς κεραυνική δραστηριότητα, ενώ τα αερολύματα τύπου dust και smoke παρατηρούνται πιο συχνά στην ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια ημερών με κεραυνική δραστηριότητα.Το δεύτερο στάδιο της διδακτορικής διατριβής επικεντρώνεται στα αερολύματα τύπου ερημικής σκόνης. Η πολυπλοκότητα και η σημαντικότητα της ερημικής σκόνης στη διαμόρφωση της κεραυνικής δραστηριότητας οδήγησε στην ανάγκη αποσύνδεσης της συνιστώσας της καθαρής σκόνης από το συνολικό φορτίο των αερολυμάτων. Επιπρόσθετα, η ανάγκη αυτή προήλθε από το γεγονός ότι η ερημική σκόνη αποτελεί έναν από τους επικρατέστερους τύπους αερολυμάτων στην ευρύτερη γεωγραφική περιοχή της Μεσογείου. Με στόχο την κατανόηση των αερολυμάτων ερημικής σκόνης εφαρμόστηκαν προηγμένες μέθοδοι τηλεπισκόπησης οι οποίες αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο του European Aerosol Research Lidar Network (EARLINET), με απώτερο στόχο την αποσύνδεση της συνιστώσας της καθαρής σκόνης από κάθε ετερόκλητο μείγμα διαφορετικών αερολυμάτων. Η σχετική μεθοδολογία πριν χρησιμοπoιηθεί, διακριβώθηκε έναντι του δικτύου αναφοράς AErosol RObotic NETwork (AERONET), και στη συνέχεια εφαρμόστηκε στην ευρύτερη περιοχή της Νότιας και Ανατολικής Ασίας. Η συγκεκριμένη περιοχή επιλέχθηκε λόγω των εκτεταμένων ανθρωπογενών εκπομπών με ταυτόχρονη παρουσία σωματιδίων ερημικής σκόνης. Με τη βοήθεια της περίπτωσης της Ασίας επιτεύχθηκε διαχωρισμός του τμήματος της καθαρής σκόνης από σύνολο των αερολυμάτων, αποφεύγοντας το θαλάσσιο άλας, το οποίο αποτελεί και βασικό τύπο αερολυμάτων στην περιοχή της Μεσογείου.Για την πραγμάτωση των απώτερων στόχων της διδακτορικής διατριβής χρησιμοποιήθηκαν εκτεταμένα διακριβωμένες μετρήσεις του συνόλου των παρατηρήσεων από CALIPSO, οι οποίες είναι χρήσιμες τόσο για τη μελέτη συγκεκριμένων ατμοσφαιρικών περιπτώσεων όσο και για μελέτες εκτεταμένης τρισδιάστατης κλιματολογίας. Για την μελέτη ωστόσο της ημερήσιας διακύμανσης των αερολυμάτων χρειάστηκε η αξιοποίηση παρατηρήσεων από τον μη πολικής τροχιάς αισθητήρα CATS. Ωστόσο δυστυχώς τα προϊόντα του CATS δεν ήταν διακριβωμένα. Για τις ανάγκες της παρούσας διδακτορικής διατριβής και με στόχο τη χρήση των CATS δεδομένων πραγματοποιήθηκε η διακρίβωση του CATS lidar. Η διακρίβωση της ποιότητας και αντιπροσωπευτικότητας του CATS πραγματοποιήθηκε μέσω της ενδελεχούς σύγκρισης, για πρώτη φορά, με τις παρατηρήσεις του επίγειου δικτύου lidars EARLINET. Η μελέτη αυτή αποτελεί το τρίτο και τελευταίο μέρος της παρούσας εργασίας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η κατανομή των απόλυτων διαφορών μεταξύ CATS και EARLINET χαρακτηρίζεται από μέση τιμή -1,518e-04 km-1sr-1, γεωμετρικό μέσο -9,94e-05 km-1sr-1 και τυπική απόκλιση 6.634e-04 km-1sr-1. Συνολικά, η μελέτη κατέδειξε την υψηλής ποιότητας απόδοση του συστήματος CATS
Quantifying dust deposition over the Atlantic Ocean
No full textQuantification of atmospheric dust deposition into the Atlantic Ocean is provided. The estimates rely on the four-dimensional structure of atmospheric dust provided by the ESA-LIVAS climate data record established on the basis of CALIPSO-CALIOP observations. The data record of the atmospheric dust deposition rate is provided for the Atlantic Ocean region, between latitudes 60° S and 40° N, and is characterized by 5° (zonal) × 2° (meridional) spatial resolution and seasonal-mean temporal resolution for the period December 2006–November 2022. The estimates of dust deposition are evaluated on the basis of sediment-trap measurements of deposited lithogenic material. The evaluation intercomparison shows a good agreement between the two datasets, revealing the capacity of the satellite-based product to quantitatively provide the amount of dust deposited into the Atlantic Ocean, characterized by a correlation coefficient of 0.79 and a mean bias of 5.42 mg m-2 d -1 . Integration of the satellite-based dust deposition rate dataset into AeroVal allowed assessment comparison of the dust deposition product against dust deposition field estimates provided by the MONARCH, EMEP MSC-W, and EC-Earth3-Iron models. The comparison revealed the capacity of the satellite-based product to follow the seasonal activation of dust source regions and the four-dimensional migration of dust transport pathways. Overall, the annual-mean amount of dust deposition into the Atlantic Ocean is estimated at 274.79 ± 31.64 Tg yr-1 , of which 243.98 ± 23.89 Tg yr-1 of dust is deposited into the North Atlantic Ocean and 30.81 ± 10.49 Tg yr-1 of dust is deposited into the South Atlantic Ocean. Moreover, a negative statistically significant trend in atmospheric dust deposition over the Atlantic Ocean is revealed. The satellite-based dust deposition product is considered unique with respect to a wide range of potential applications, including compensating for geographical and temporal gaps of sediment-trap measurements, supporting evaluation assessments of model simulations, unraveling physical processes related to the atmospheric cycle of dust, and providing a deeper understanding of dust biogeochemical impacts on oceanic ecosystems, weather, and eventually climate. The atmospheric dust in terms of optical depth and dust deposition rate climate data records relevant to this paper (Proestakis et al., 2025) are available at https://doi.org/10.5281/zenodo.14608539.Carlos Pérez García-Pando, Elisa Bergas Masso, María Gonçalves Ageitos, Jeronimo Escribano, and Enza Di Tomaso were funded by the ESA-DOMOS contract and acknowledge the funding received through the AXA-Chair in Sand and Dust Storms. Emmanouil Proestakis has been supported by the AXA Research Fund (Earth Observation for Air-Quality – Dust Fine-Mode (EO4AQ-DustFM). Jan-Berend W. Stuut was funded by NWO with the TRAFFIC project 822.01.008 and the ERC with starting grant 311152: DUSTTRAFFIC. María Gonçalves Ageitos acknowledges the support of the BIOTA Spanish I+D+i Grant PID2022- 139362OB-I00 funded by MICIU/AEI/10.13039/501100011033 and by ERDF, EU. This research has been supported by the European Space Agency (grant no. 4000135024/21/I-NB) and the AXA Research Fund (grant no. EO4AQ-DustFM).Peer ReviewedPostprint (published version
Ενεργειακή Επιθεώρηση Παλαιάς και Νέας Πτέρυγας Κτιρίου Φυσικής Πολυτεχνειούπολης Ζωγράφου
No full text154 σ.Η εξοικονόμηση ενέργειας πρέπει να αποτελεί ακρογωνιαίο λίθο και πρώτη προτεραιότητα κάθε σύγχρονης ενεργειακής πολιτικής. Δεδομένου ότι ο κτιριακός τομέας καταναλώνει το 40% της απαιτούμενης ενέργειας σε Ευρωπαϊκό επίπεδο, η Ευρωπαϊκή Ένωση εξέδωσε την οδηγία 2002/91/ΕΚ για τον έλεγχο και βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων. Η συγκεκριμένη οδηγία προβλέπει την ενεργειακή μελέτη ή επιθεώρηση των κτιρίων και των ηλεκτρομηχανολογικών εγκαταστάσεών τους από ανεξάρτητους διαπιστευμένους εμπειρογνώμονες, τους Ενεργειακούς επιθεωρητές, με απώτερο σκοπό την απόδοση ενεργειακής ταυτότητας στο κτίριο. Στην παρούσα διπλωματική διατριβή γίνεται μια προσπάθεια ανάλυσης όλου του θεσμικού πλαισίου που διέπει την διαδικασία ενεργειακής επιθεώρησης. Το πλαίσιο αυτό περιλαμβάνει την Ευρωπαϊκή Οδηγία, το νόμο 3661/08 που εξέδωσε το ελληνικό κράτος προκειμένου να συμμορφωθεί με τις διατάξεις της Ε.Ε. και τον Κανονισμό Ενεργειακής Αποδοτικότητας Κτιρίων (ΦΕΚ: Αρ. Φύλλου 407/9 Απριλίου 2010). Για την διευκόλυνση της διεξαγωγής του έλεγχου των κτιρίων δημιουργήθηκαν διάφορα υπολογιστικά προγράμματα. Η εργασία αυτή παρουσιάζει ένα από αυτά τα υπολογιστικά εργαλεία που μπορεί ένας μηχανικός να χρησιμοποιήσει για να μελετήσει την ενεργειακή συμπεριφορά ενός κτιρίου. Πρόκειται για το λογισμικό EPA-NR του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών. Η Ελλάδα είναι μια από τις χώρες τις Ευρωπαϊκής Ένωσης που έχει επισήμως αποδεχτεί το παραπάνω λογισμικό για την διεξαγωγή ενεργειακής επιθεώρησης. Πιο συγκεκριμένα, εξετάζεται διεξοδικά ο τρόπος λειτουργίας και χρήσης του προγράμματος και γίνεται μια εφαρμογή στη παλαιά και νέα πτέρυγα του κτιρίου Φυσικής του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου Αθηνών, με στόχο την απόδοση ενεργειακής ταυτότητας στο κτίριο, αλλά και τη κατανόηση και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων του προγράμματος και της γενικότερης χρηστικότητάς του.Saving energy is an important matter and thus should be become part and parcel of every modern energy policy. Given that the residential and tertiary sector, the major part of which is buildings, accounts for more than 40 % of final energy consumption in the Community, EU has issued the Directive on Energy Performance of Buildings (2002/91/EC). According to the Directive, Member States shall ensure that, when buildings are constructed, sold or rented out, an energy performance certificate is made available to the owner or by the owner to the prospective buyer or tenant, as the case might be. The certification of buildings should be carried out in an independent manner by qualified and/or accredited experts, whether operating as sole traders or employed by public or private enterprise bodies. . This dissertation will thesis to analyze the legal framework of the energy inspection procedures. This framework is comprised by the Directive 2002/91/EC, the Law No 3661/08 with which Greece complies with the Directive and KENAK (Ministerial Decision D6/B/5825 "Regulation on the Energy Assessment of Buildings". New Software for calculating the energy performance of buildings has been developed, in order for the energy assessment of buildings to take place. This dissertation will present one of those programmes, namely EPA-NR, which Greece uses. More specifically, this dissertation will examine in depth the way in which this software functions and being used. There will be an application of the software on the old and new wards of the National Technical University's Physics Department, in order to assess the energy performance of the building. Finally, this dissertation will try to better understand and evaluate the outcomes of the software applications.Εμμανουήλ Σ. Προεστάκη
Predictor-feedback on-ramp metering control of traffic flow at distant bottlenecks
No full textΠερίληψη: Increasing population in cities around the world creates congestion problems. Freeways, tunels, bridges are the most common bottlenecks where traffic jam occurs since drivers choose them as a quick path to their destination. Traffic congestion can be avoided either by traffic police or by traffic lights. As far as the latter is concerned the use of an automatic control system for the coordination of the traffic controllers is necessary.
Although an automatic control system is an effective way for regulating traffic flow, a major drawback that inhibits its proper function is that of time delay (also known as dead time), this concerns the velocity in which a variable measure is received by the sensors of the control system, then to be processed, the distance to be transmitted and then to be evaluated. Several techniques have been designed for dealing with time delay in control systems such as Smith predictor, the Padé approximation, PID controller with a lead lag compensator, combinations of the aforementioned with observers or not.
Α predictor-feedback law constitutes an alternative technique for delay compensation and it is employed here. Μore precisely there is a proposal for the use of a predictor-feedback law in the place of a PI controller under delay effect, as an efficient manner for the regulation of traffic flow in a distant bottleneck in a highway.
In first place the construction, under the state variable model, of a PI controller is taking place for the traffic flow management. We then study the delay effect for various parameters of the PI controller. Last but not least the implementation of a predictor-feedback law for the compensation of delay effect is presented. Simulation results are presented for each control system plus a comparison review.Περίληψη: Η αύξηση του πληθυσμού στις πολιτείες φέρνει με την σειρά της και μία αύξηση του πλήθους μηχανοκίνητων οχημάτων σε αυτές με αποτέλεσμα να παρουσιάζεται το φαινόμενο της κυκλοφοριακής συμφόρησης. Σημεία της πόλης όπως αυτοκινητόδρομοι,τούνελ, γέφυρες προσφέρουν μία γρήγορη διέξοδο την οποία θα χρησιμοποιήσει ο οδηγός ώστε να φτάσει γρήγορα στον προορισμό του, παράλληλα όμως αποτελούν και σημεία όπου παρουσιάζεται κυκλοφοριακό μποτιλιάρισμα. Το κυκλοφοριακό μποτιλιάρισμα μπορεί να αποφευχθεί είτε με την παρουσία τροχαίας είτε με φωτεινούς σηματοδότες. Οσον αφορά το τελευταίο, η χρήση ενός συστήματος αυτομάτου ελέγχου για τον συντονισμό του κυκλοφοριακού είναι απαραίτητη.
Αν και ένα σύστημα αυτομάτου ελέγχου είναι ένας αποδοτικός τρόπος για την ρύθμιση του κυκλοφοριακού στους δρόμους ένα σημαντικό μειονέκτημα που απειλεί την αποδοτικότητά του είναι αυτό της χρονοκαθυστέρης, αυτή αφορά την ταχύτητα που χρειάζεται μία πληροφορία για να διανύσει μία απόσταση ώστε να φτάσει έγκαιρα στο σύστημα ελέγχου και να την επεξεργαστεί..
Τεχνικές όπως ο προβλεπτής Smith, η μαθηματική προσέγγιση Padé, ο PID ελεγκτής με αντισταθμιστή καθυστέρησης καθώς και συνδυασμοί των προαναφερόμενων με ή χωρίς κάποιον παρατηρητή, είναι σύνηθες εφαρμοζόμενες.
O προβλεπτής-ανατροφοδότησης είναι επίσης μία εναλλακτική τεχνική για την εξάλειψη του παράγοντα καθυστέρηση και σε αυτή τη διπλωματική παρουσιάζεται η εφαρμογή ενός τέτοιου συστήματος ελέγχου. Πιο συγκεκριμένα προτείνεται η χρήση ενός κανόνα προβλεπτή-ανατροφοδότησης στη θέση ενός PI ελεγκτή υπό την επίδραση χρονοκαθυστέρησης, ως ένας αποτελεσματικός τρόπος για τον έλεγχο του κυκλοφοριακού σε κάποιο απομακρυσμένο σημείο συμφόρησης ενός αυτοκινητόδρομου.
Σε πρώτη φάση γίνεται η κατασκευή, ακολουθώντας το μοντέλο μεταβλητών κατάστασης, ενός PI ελεγκτή για τον έλεγχο της κυκλοφοριακής ροής. Επειτα εξετάζουμε την επίδραση της χρονοκαθυστέρησης για μία σειρά παραμέτρων του PI ελεγκτή. Τέλος γίνεται η εφαρμογή ενός κανόνα προβλεπτή-ανατροφοδότησης για την αντιστάθμιση των περιπτώσεων χρονοκαθυστέρησης. Αποτελέσματα προσομοιώσεων παρουσιάζονται για το κάθε σύστημα όπως και μία συγκριτική αξιολόγηση
EARLINET evaluation of the CATS Level 2 aerosol backscatter coefficient product
No full textWe present the evaluation activity of the European Aerosol Research Lidar Network (EARLINET) for the quantitative assessment of the Level 2 aerosol backscatter coefficient product derived by the Cloud-Aerosol Transport System (CATS) aboard the International Space Station (ISS; Rodier et al., 2015). The study employs correlative CATS and EARLINET backscatter measurements within a 50km distance between the ground station and the ISS overpass and as close in time as possible, typically with the starting time or stopping time of the EARLINET performed measurement time window within 90min of the ISS overpass, for the period from February 2015 to September 2016. The results demonstrate the good agreement of the CATS Level 2 backscatter coefficient and EARLINET. Three ISS overpasses close to the EARLINET stations of Leipzig, Germany; Évora, Portugal; and Dushanbe, Tajikistan, are analyzed here to demonstrate the performance of the CATS lidar system under different conditions. The results show that under cloud-free, relative homogeneous aerosol conditions, CATS is in good agreement with EARLINET, independent of daytime and nighttime conditions. CATS low negative biases are observed, partially attributed to the deficiency of lidar systems to detect tenuous aerosol layers of backscatter signal below the minimum detection thresholds; these are biases which may lead to systematic deviations and slight underestimations of the total aerosol optical depth (AOD) in climate studies. In addition, CATS misclassification of aerosol layers as clouds, and vice versa, in cases of coexistent and/or adjacent aerosol and cloud features, occasionally leads to non-representative, unrealistic, and cloud-contaminated aerosol profiles. Regarding solar illumination conditions, low negative biases in CATS backscatter coefficient profiles, of the order of 6.1%, indicate the good nighttime performance of CATS. During daytime, a reduced signal-to-noise ratio by solar background illumination prevents retrievals of weakly scattering atmospheric layers that would otherwise be detectable during nighttime, leading to higher negative biases, of the order of 22.3%.Atmospheric Remote Sensin
An exploratory study on the aerosol height retrieval from OMI measurements of the 477 nmO<sub>2</sub> O<sub>2</sub> spectral band using a neural network approach
No full textThis paper presents an exploratory study on the aerosol layer height (ALH) retrieval from the OMI 477nm O2 O2 spectral band. We have developed algorithms based on the multilayer perceptron (MLP) neural network (NN) approach and applied them to 3-year (2005-2007) OMI cloud-free scenes over north-east Asia, collocated with MODIS Aqua aerosol product. In addition to the importance of aerosol altitude for climate and air quality objectives, our long-term motivation is to evaluate the possibility of retrieving ALH for potential future improvements of trace gas retrievals (e.g. NO2, HCHO, SO2) from UV-visible air quality satellite measurements over scenes including high aerosol concentrations. This study presents a first step of this long-term objective and evaluates, from a statistic point of view, an ensemble of OMI ALH retrievals over a long time period of 3 years covering a large industrialized continental region. This ALH retrieval relies on the analysis of the O2 O2 slant column density (SCD) and requires an accurate knowledge of the aerosol optical thickness,. Using MODIS Aqua(550nm) as a prior information, absolute seasonal differences between the LIdar climatology of vertical Aerosol Structure for space-based lidar simulation (LIVAS) and average OMI ALH, over scenes with MODIS(550nm) ≥ 1. 0, are in the range of 260-800m (assuming single scattering albedo 0 Combining double low line 0. 95) and 180-310m (assuming 0 Combining double low line 0. 9). OMI ALH retrievals depend on the assumed aerosol single scattering albedo (sensitivity up to 660 m) and the chosen surface albedo (variation less than 200 m between OMLER and MODIS black-sky albedo). Scenes with ≤ 0. 5 are expected to show too large biases due to the little impact of particles on the O2 O2 SCD changes. In addition, NN algorithms also enable aerosol optical thickness retrieval by exploring the OMI reflectance in the continuum. Comparisons with collocated MODIS Aqua show agreements between 0. 02 ± 0. 45 and 0. 18 ± g 0. 24, depending on the season. Improvements may be obtained from a better knowledge of the surface albedo and higher accuracy of the aerosol model. Following the previous work over ocean of Park et al.(2016), our study shows the first encouraging aerosol layer height retrieval results over land from satellite observations of the 477 nm O2 gO2 absorption spectral band.</p
Fully Dynamic High–Resolution Model for Dispersion of Icelandic Airborne Mineral Dust
No full textIcelandic topsoil sediments, as confirmed by numerous scientific studies, represent the largest and the most important European source of mineral dust. Strong winds, connected with the intensive cyclonic circulation in the North Atlantic, induce intense emissions of mineral dust from local sources all year and carry away these fine aerosol particles for thousands of kilometers. Various impacts of airborne mineral dust particles on local air quality, human health, transportation, climate and marine ecosystems motivated us to design a fully dynamic coupled atmosphere–dust numerical modelling system in order to simulate, predict and quantify the Icelandic mineral dust process including: local measurements and source specification over Iceland. In this study, we used the Dust Regional Atmospheric Model (DREAM) with improved Icelandic high resolution dust source specification and implemented spatially variable particle size distribution, variable snow cover and soil wetness. Three case studies of intense short- and long-range transport were selected to evaluate the model performance. Results demonstrated the model’s capability to forecast major transport features, such as timing, and horizontal and vertical distribution of the processes. This modelling system can be used as an operational forecasting system, but also as a reliable tool for assessing climate and environmental Icelandic dust impacts
“9-year spatial and temporal evolution of desert dust aerosols over South-East Asia as revealed by CALIOP” by Emmanouil Proestakis et al.
No full text- …
