Halo photography: retrieval of ice crystal properties in Arctic cirrus clouds

• Main Author: Lundhaug, Ingrid Blindheim
• Format: Master Thesis
• Language: English
• Published: 2023
• Subjects: 22-degree halo; dark current; ice crystal surface roughness; cirrus clouds; meteorology; ice crystals; geometric calibration; linearity of the sensor; remote sensing; solar radiation; smooth plates; radiative transfer simulations; relative spectral response; Halo display; single-scattering; ice crystal shape; Andenes; optical phenomena; characterization of the camera; forward scattering; radiometric calibration; Arctic amplification; integrating sphere; HaloCam; Arctic; Arktis*
• Online Access: http://hdl.handle.net/10852/103708

Haloformasjoner er optiske fenomener som kan sees på himmelen. Disse fenomenene oppstår på grunn av sollys som skinner igjennom tynne cirrusskyer. Cirrusskyer består av iskrystaller med ujevne former, i motsetning til sfæriske vanndråper. Iskrystallene sprer og reflekterer innkommende solstråling, i tillegg til å absorbere og emittere infrarød stråling fra jordoverflaten. For å estimere effekten cirrusskyer har på strålingsbudsjettet, må egenskapene til iskrystallene karakteriseres. Iskrystaller kan variere i størrelse og form avhengig av hvordan de er formert, og de nærliggende atmosfæriske forholdene. Formen kan variere fra sekskantede plater til kolonner, med flere underkategorier. Haloformasjoner vil kunne ha forskjellige utseende på grunn av formen og orienteringen til iskrystallene. Dagens fjernmålingsmetoder av cirrusskyer har vanskeligheter for å karakterisere formen på iskrystaller. Siden formen på iskrystallene er en av faktorene som påvirker strålingsegenskapene til cirrusskyer, vil observasjoner av haloformasjoner kunne være et viktig tillegg til andre fjernmålingsmetoder. I denne oppgaven vil vi kategorisere og kalibrere et digitalt kamera for å estimere strålingsfordelingen i bilder av haloformasjoner. Denne evnen til kameraet vil demonstreres for en haloformasjon den 22. februar 2023 for et Arktisk område. I følge observasjonene og simuleringer fra strålingsmodellen, libRadtran, bestod cirrusskyen hovedsakelig av glatte iskrystallplater. Samlokaliserte observasjoner av cirrusskyen fra et forskningskfly identifiserte også hovedsakelig plater. Disse funnene viser at observasjoner av haloformasjoner kan karakterisere egenskaper til iskrystaller, selv ved lave solforhold som i Arktiske strøk. For en utfyllende statistisk studie av egenskapene til iskrystaller i Arktiske cirrusskyer, vil langtidsobservasjoner av haloformasjoner være nødvendig.