Characterization, Calibration and Verification of Upper-Atmosphere Weather Instruments
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2024-01-22
Department
Major/Subject
Electrical Power and Energy Engineering
Mcode
ELEC3024
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
en
Pages
62
Series
Abstract
Upper atmosphere weather instrumentation measurements have a pivotal role in advancing the understanding of atmospheric dynamics and refining weather prediction methodologies. However, there exists various conditions which introduce errors to the values measured by the instruments. These conditions range from solar radiation heating to extreme cold and low pressure. This thesis examines one such instrument in its late development phase, Skyfora StreamSonde radiosonde, for improvements regarding calibration, characterization, and verification processes. While Skyfora StreamSonde is capable of measuring a plethora of measurands, the focus of the thesis is on Pressure, Temperature and Humidity (PTU) measurements. The Global Climate Observing System (GCOS) Reference Upper-Air Network (GRUAN) is an international collaborative initiative that provides a robust framework and guides the research towards innovative solutions and optimization strategies for measurement procedures. Skyfora StreamSonde seeks to reach GRUAN sounding standards and thus, the procedures described in this aim to elevate the measurements of Skyfora StreamSonde to reach GRUAN standards. The PTU instruments of Skyfora StreamSonde are analysed based on test soundings and laboratory tests for areas of improvements. Based on the analysis, a procedure that enhances the capabilities of the instrument is introduced and implemented for each measurand. These procedures are: Time-lag correction, temperature calibration, and GNSS based pressure calculation. The results are empirically validated whenever applicable.Yläilmakehän sääinstrumenttien mittauksilla on keskeinen rooli ilmakehän dynamiikan ymmärtämiseen ja sääennustemenetelmien parantamisessa. On kuitenkin olemassa useita olosuhteita, jotka tuottavat virheitä mitattuihin arvoihin. Nämä olosuhteet vaihtelevat auringon säteilyn lämmityksestä äärimmäiseen kylmyyteen ja hyvin matalaan paineeseen. Tämä diplomityö tarkastelee erästä myöhäisen kehitysvaiheen mittausinstrumenttia, Skyfora StreamSonde radiosondia, tehdäkseen parannuksia kalibrointiin, karakterisointiin ja varmennusprosesseihin. Skyfora StreamSonde pystyy mittaamaan lukuisia suureita, mutta diplomityö keskittyy paineen, lämpötilan ja kosteuden (PTU) mittauksiin. Global Climate Observing System (GCOS) Reference Upper-Air Network (GRUAN) on kansainvälinen yhteistyöaloite, joka tarjoaa vankan kehyksen ja ohjaa tutkimusta kohti innovatiivisia ratkaisuja ja mittausmenetelmien optimointistrategioita. Skyfora StreamSonde pyrkii saavuttamaan GRUAN:n luotaus standardit. Tässä diplomityössä kuvatut menettelyt pyrkivät parantamaan Skyfora StreamSonden mittaukset GRUAN-standardeihin. Skyfora StreamSonden PTU-instrumentteja analysoidaan testiluotauksien ja laboratoriotestien perusteella parannusalueiden tunnistamiseksi. Analyysin perusteella jokaiselle mitattavalle suureelle esitellään ja toteutetaan menettely, joka parantaa instrumentin mittaustarkkuutta. Nämä menettelyt ovat: aikaviivekorjaus, lämpötilakalibrointi ja GNSS:sään perustuva painelaskenta. Tulokset validoidaan empiirisesti silloin kuin mahdollista.Description
Supervisor
Pouresmaeil, EdrisThesis advisor
Kaisti, KimTurtiainen, Heikki
Keywords
atmostpheric measurement, radiosonde, PTU, sounding,, Skyfora StreamSonde