Comenius University, Bratislava
Faculty of Mathematics, Physics and Informatics
Visualising Data from CloudSat and
CALIPSO Satellites
Peter Kuma
Comenius University, Bratislava
Faculty of Mathematics, Physics and Informatics
Visualising Data from CloudSat and
CALIPSO Satellites
Bachelor’s esis
Degree Programme: Physics
Field of Study: ¥.. Physics
School: Division of Meteorology and Climatology
Department of Astronomy, Physics of the Earth and Meteorology
Mentor: Mgr. Ivan Bašták Ďurán, PhD.
Bratislava,
Peter Kuma
Univerzita Komenského v Bratislave
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Zadanie
Meno a priezvisko študenta: Peter Kuma
Študijný program: Fyzika
Študijný odbor: ¥.. Fyzika
Typ záverečnej práce: Bakalárska práca
Jazyk záverečnej práce: Anglický
Sekundárny jazyk: Slovenský
Názov: Visualising Data from CloudSat and CALIPSO Satellites
Cieľ práce: Vizuálne spracovanie údajov z meteorologických družíc Cloudsat a CALIPSO.
Vedúci: Mgr. Ivan Bašták Ďurán, PhD.
Školiteľ: Mgr. Ivan Bašták Ďurán, PhD.
Katedra: Katedra astronómie, fyziky Zeme a meteorológie
Vedúci katedry: Prof. RNDr. Peter Moczo, DrSc.
Spôsob sprístupnenia elektronickej verzie práce:
Dátum schválenia:
študent
vedúci
vedúci katedry
vedúci, resp. školiteľ
3
Vizualizácia dát zo satelitov CloudSat
a CALIPSO
Súhrn práce
CloudSat a CALIPSO sú satelity obiehajúce okolo Zeme na polárnej dráhe, slúžiace primárne
na meranie oblakov a aerosólov. Prevádzkované sú organizáciami NASA a CNES. Sú
súčasťou formácie satelitov nazývanej A-Train (Aernoon Train, čiže poobedný), lebo
prelietajú cez rovník približne o : stredného miestneho času. Vďaka svojej blízkosti (iba
asi min) a rozmanitosti meracích prístrojov poskytujú bohaté informácie o atmosfére a
povrchu Zeme na danom mieste a v danom čase.
CloudSat nesie na palube radar CPR podobný pozemným zrážkovým rádiolokátorom
využívanými meteorologickými službami, pracujúci na frekvencii ¥ GHz. Slúži na vytvára-
nie dvojrozmerných rezov atmosférou od povrchu do km, na ktorých sú identikovateľné
hlavne oblaky tvorené z kvapiek.
CALIPSO nesie lidar (laserový radar) CALIOP, pracujúci vo viditeľnom a infračervenom
spektre (presnejšie vlnová dĺžka nm, resp. ¥ nm). Jeho hlavné produky sú podobné
ako produkty CPR, čiže vertikálne rezy atmosférou. Vďaka kratšej vlnovej dĺžke je citlivý
na menšie objekty, hlavne aerosóly a oblaky tvorené z ľadových kryštálov.
Satelity CloudSat a CALIPSO, ale aj ostatné členy zostavy A-Train, sú vďaka širokej
plejáde produktov, globálnemu pokrytiu a súbežnosti meraní veľmi užitočným nástrojom
pre výskum atmosféry a klimatického systému Zeme. Sú využívané tak v meteorologickom,
ako aj klimatologickom výskume.
Keďže dostupné aplikácie na vizualizáciu dát z CPR a CALIOP buď nespĺňajú naše
požiadavky na vyextrahovanie maximálnej úrovne detailov a produkčnú kvalitu výstupu,
alebo vyžadujú veľmi nákladné platformy ako ITTVIS IDL, bolo potrebné, aby sme vyvinuli
vlastný nástroj. To sme si stanovili ako cieľ tejto práce.
Takýto nástroj sme vyvinuli a nazvali sme ho ccplot. Je to unixový program používajúci
voľne dostupné knižnice a programovací jazyk Python. Umožnuje vizualizáciu niekoľkých
typov produktov nielen z CPR a CALIOP, ale aj spektrorádiometra MODIS na satelite Aqua
(tiež člen zostavy A-Train), a tak užívateľom poskytuje pomerne široký prehľad o študovanej
situácii. ccplot sme uverejnili prostredníctvom Internetu pod licenciou umožňujúcou
bezplatné používanie bez obmedzení, ako aj úpravu zdrojového kódu a redistribúciu.
V tejto práci sa sústredíme na predstavenie jednotlivých produktov, vysvetlenie fyzikál-
neho princípu ich merania a spracovania, na technické detaily formátu používaného na
distribúciu produktov, detailný popis implementácie a algoritmov použitých v programe
ccplot, a podanie návodu, ako používať tento program.
5