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Volcanic SO2 plume height retrieval from UV sensors using a full-physics inverse learning machine algorithm

Efremenko, Dmitry und Loyola, Diego und Hedelt, Pascal und Spurr, Robert (2017) Volcanic SO2 plume height retrieval from UV sensors using a full-physics inverse learning machine algorithm. International Journal of Remote Sensing, 38 (50), Seiten 1-27. Taylor & Francis. doi: 10.1080/01431161.2017.1348644. ISSN 0143-1161.

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Offizielle URL: http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/01431161.2017.1348644

Kurzfassung

Precise knowledge of the location and height of the volcanic sulphur dioxide (SO2) plume is essential for accurate determination of SO2 emitted by volcanic eruptions. Current SO2 plume height retrieval algorithms based on ultraviolet (UV) satellite measurements are very time-consuming and therefore not suitable for near-real-time applications. In this work we present a novel method called the full-physics inverse learning machine (FP-ILM) algorithm for extremely fast and accurate retrieval of the SO2 plume height. FP-ILM creates a mapping between the spectral radiance and the geophysical parameters of interest using supervised learning methods. The FP-ILM combines smart sampling methods, dimensionality reduction techniques, and various linear and non-linear regression analysis schemes based on principal component analysis and neural networks. The computationally expensive operations in FP-ILM are the radiative transfer model computations of a training dataset and the determination of the inversion operator - these operations are performed off-line. The application of the resulting inversion operator to real measurements is extremely fast since it is based on calculations of simple regression functions. Retrieval of the SO2 plume height is demonstrated for the volcanic eruptions of Mt. Kasatochi (in 2008) and Eyjafjallajökull (in 2010), measured by the GOME-2 (Global Ozone Monitoring Instrument - 2) UV instrument on-board MetOp-A.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/113789/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Volcanic SO2 plume height retrieval from UV sensors using a full-physics inverse learning machine algorithm
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Efremenko, DmitryDmitry.Efremenko (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Loyola, Diegodiego.loyola (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8547-9350NICHT SPEZIFIZIERT
Hedelt, Pascalpascal.hedelt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1752-0040NICHT SPEZIFIZIERT
Spurr, Robertrt solutionsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:22 August 2017
Erschienen in:International Journal of Remote Sensing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:38
DOI:10.1080/01431161.2017.1348644
Seitenbereich:Seiten 1-27
Verlag:Taylor & Francis
ISSN:0143-1161
Status:veröffentlicht
Stichwörter:plume height retrieval; machine learning; regularization; dimensionality reduction
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Atmosphären- und Klimaforschung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren
Hinterlegt von: Efremenko, Dr Dmitry
Hinterlegt am:25 Aug 2017 11:32
Letzte Änderung:02 Nov 2023 13:24

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