Spatiotemporal analysis of methane, aerosol and cloud satellite data with emphasis on day of week - DoW variability

Abstract

This thesis focuses on the spatiotemporal analysis of satellite remote sensing data for the detection and interpretation of various phenomena, natural or anthropogenic, which affect the atmospheric environment. In the first chapter, the objectives and motivations of the thesis are presented together with a historical review of satellite remote sensing of the atmosphere. In the second chapter, the satellite-based datasets and the methodology followed for their analysis is presented. The functionality of the AMFIC web satellite data base, which emerged from the analysis done within this thesis, is also presented. In chapter 3, the use of SCIAMACHY satellite methane measurements for regional studies is established. The spatiotemporal variability of methane over the greater Eastern Mediterranean area is presented along with a search for mud volcanic eruptions in Azerbaijan and Romania. Chapter 4 includes a comprehensive study of the spatiotemporal variability of the weekly cycle of aerosols over Europe. 1ox1o resolution data from MODIS TERRA and AQUA were used for the purposes of this chapter. In chapter 5, a focused study on the aerosol weekly cycle over Central Europe is presented using high resolution 10x10 km2 at nadir data from MODIS TERRA. Chapter 6 includes the investigation of the total cloud cover weekly variability over Europe (1ox1o resolution) along with an attempt to interpret the cloud cover weekly patterns through the aerosol-cloud interactions. A review of the main scientific results of this thesis is given in chapter 7.

Το αντικείμενο αυτής της διατριβής είναι η χωρική και χρονική ανάλυση δορυφορικών δεδομένων με σκοπό τον εντοπισμό και ερμηνεία διαφόρων φαινομένων, φυσικών και ανθρωπογενών, που επηρεάζουν το ατμοσφαιρικό περιβάλλον της γης. Στο πρώτο μέρος παρουσιάζονται οι στόχοι και τα βασικά ερωτήματα στα οποία έρχεται να δώσει απαντήσεις η παρούσα διατριβή καθώς και μία αναδρομή από τα πρώτα δορυφορικά όργανα μέχρι τα πιο σύγχρονα όργανα της σημερινής εποχής που είναι εξειδικευμένα στην τηλεπισκόπιση της ατμόσφαιρας, όπως το SCIAMACHY και το MODIS. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάζονται οι τύποι των δεδομένων που αναλύθηκαν για τους σκοπούς της παρούσας διατριβής, οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν, καθώς και η λειτουργικότητα της βάσης δορυφορικών δεδομένων που προέκυψε στα πλαίσια της. Στο τρίτο μέρος επικεντρώνουμε στα επίπεδα μεθανίου στην ατμόσφαιρα όπως αυτά μετρήθηκαν από το δορυφορικό όργανο SCIAMACHY πάνω από την ευρύτερη περιοχή της Ανατολικής Μεσογείου, αναζητώντας παράλληλα για εκρήξεις ηφαιστείων λάσπης σε δύο περιοχές με μεγάλο γεωφυσικό ενδιαφέρον (Ρουμανία, Αζερμπαϊτζάν). Στο τέταρτο μέρος μελετάται εκτενώς η χωρική και χρονική μεταβολή του εβδομαδιαίου κύκλου των αιωρούμενων σωματιδίων πάνω από την Ευρώπη σε ανάλυση 1οx1o όπως αυτή καταγράφηκε από τα δορυφορικά όργανα MODIS TERRA και MODIS AQUA. Στο πέμπτο μέρος παρουσιάζεται η εστιασμένη μελέτη του εβδομαδιαίου κύκλου των αιωρούμενων σωματιδίων πάνω από την Κεντρική Ευρώπη με ανάλυση 0.1οx0.1o χρησιμοποιώντας δεδομένα υψηλής ανάλυσης από το δορυφορικό όργανο MODIS TERRA. Στο έκτο μέρος μελετάται η χωρική μεταβολή του εβδομαδιαίου κύκλου της νεφοκάλυψης πάνω από την Ευρώπη κατά την καλοκαιρινή περίοδο όπως αυτή καταγράφηκε από τα δορυφορικά όργανα MODIS TERRA και MODIS AQUA. Επιπλέον, αναλύεται η πιθανότητα της επίδρασης των αιωρούμενων σωματιδίων στον εβδομαδιαίο κύκλο των νεφών μέσω των λεγόμενων έμμεσων φαινομένων των αιωρούμενων σωματιδίων. Στο έβδομο και τελευταίο μέρος παρουσιάζονται τα κυριότερα επιστημονικά αποτελέσματα και συμπεράσματα αυτής της διατριβής