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Ice crystal characterization in cirrus clouds II: radiometric characterization of HaloCam for the quantitative analysis of halo displays

Forster, Linda und Seefeldner, Meinhard und Baumgartner, Andreas und Kölling, Tobias und Mayer, Bernhard (2020) Ice crystal characterization in cirrus clouds II: radiometric characterization of HaloCam for the quantitative analysis of halo displays. Atmospheric Measurement Techniques (AMT), 13 (7), Seiten 3977-3991. Copernicus Publications. doi: 10.5194/amt-13-3977-2020. ISSN 1867-1381.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
7MB

Offizielle URL: https://amt.copernicus.org/articles/13/3977/2020/

Kurzfassung

We present a procedure for geometric, spectral, and absolute radiometric characterization of the weather-proof RGB camera HaloCamRAW and demonstrate its application in a case study. This characterization procedure can be generalized to other RGB camera systems with similar field of view. HaloCamRAW is part of the automated halo observation system HaloCam and designed for the quantitative analysis of halo displays. The geometric calibration was performed using a chessboard pattern to estimate camera matrix and distortion coefficients. For the radiometric characterization of HaloCamRAW, the dark signal and vignetting effect were determined to correct the measured signal. Furthermore, the spectral response of the RGB sensor and the linearity of its radiometric response were characterized. The absolute radiometric response was estimated by cross calibrating HaloCamRAW against the completely characterized spectrometer of the Munich Aerosol Cloud Scanner (specMACS). For a typical measurement signal the relative (absolute) radiometric uncertainty amounts to 2.8 % (5.0 %), 2.4 % (5.8 %), and 3.3 % (11.8 %) for the red, green, and blue channel, respectively. The absolute radiometric uncertainty estimate is larger mainly due to the inhomogeneity of the scene used for cross calibration and the absolute radiometric uncertainty of specMACS. Geometric and radiometric characterization of HaloCamRAW were applied to a scene with a 22° halo observed on 21 April 2016. The observed radiance distribution and 22° halo ratio compared well with radiative transfer simulations assuming a range of ice crystal habits and surface roughness values. This application demonstrates the potential of developing a retrieval method for ice crystal properties, such as ice crystal size, shape, and surface roughness using calibrated HaloCamRAW observations together with radiative transfer simulations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/139774/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Ice crystal characterization in cirrus clouds II: radiometric characterization of HaloCam for the quantitative analysis of halo displays
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Forster, LindaLinda.Forster (at) physik.lmu.dehttps://orcid.org/0000-0002-9738-9571NICHT SPEZIFIZIERT
Seefeldner, MeinhardMeteorologisches Institut, Ludwig-Maximilians-Universität, Munich, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Baumgartner, AndreasAndreas.Baumgartner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8495-5407NICHT SPEZIFIZIERT
Kölling, TobiasMeteorologisches Institut, Ludwig-Maximilians-Universität, Munich, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mayer, BernhardMeteorologisches Institut, Ludwig-Maximilians-Universität, Munich, Germany; Institut für Physik der Atmosphäre, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Oberpfaffenhofen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:23 Juli 2020
Erschienen in:Atmospheric Measurement Techniques (AMT)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:13
DOI:10.5194/amt-13-3977-2020
Seitenbereich:Seiten 3977-3991
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1867-1381
Status:veröffentlicht
Stichwörter:camera, halo displays, sun-tracking, calibration, geometric, spectral, radiometric, linearity
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Atmosphären- und Klimaforschung, Vorhaben Spektroskopische Verfahren in der Fernerkundung (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Experimentelle Verfahren
Hinterlegt von: Baumgartner, Andreas
Hinterlegt am:17 Dez 2020 19:14
Letzte Änderung:17 Dez 2020 19:14

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