مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران فیزیک زمین و فضا 2538-371X 49 2 2023 08 30 A statistical study of atmospheric boundary layer evolution using backscatter lidar data for the city of Zanjan بررسی آماری تحول لایه مرزی جوی شهر زنجان با استفاده از داده‌های لیدار پس‌پراکنش کشسان 423 430 92067 10.22059/jesphys.2023.341541.1007419 FA میلاد عسکری گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران. 0009-0000-6653-4185 سعیده بیات گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران. امیر معصومی گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران. روح‌اله مراد حاصلی گروه فیزیک، دانشکده علوم، واحد زنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، زنجان، ایران. Journal Article 2022 04 16 The boundary layer is the lowest part of the Earth's atmosphere and is directly affected by the Earth's surface. Humans live within the boundary layer, and the height of this layer affects air quality and their physical and mental health. It also affects commercial activities such as air and sea transport. Therefore, measuring the height of the boundary layer and knowing how it evolves is very important.<br />The height of the atmospheric boundary layer is measured in two general ways: in-situ measurements and remote sensing methods. The main disadvantages of in-situ measurements are their cost and the impossibility of continuous measurement. On the other hand, remote sensing methods use the concept of the interaction of sound or electromagnetic waves with the components of the atmosphere. It uses instruments such as Sodar, Radar, and Lidar to continuously study the boundary layer's height at a lower cost.<br />In this study, the data obtained from the elastic backscatter Lidar measurements have been used to extract the boundary layer's height for the city of Zanjan. The Lidar is located at the Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS), and its 532 nm wavelength channel is used in this study. Also, the method used in this study is the Wavelet Covariance Transform (WCT) method. The attenuated backscatter coefficient or the range-corrected signal is expected to decrease for ground-based Lidars as the height increases. As it exits the boundary layer, the concentration of atmospheric particles decreases sharply, and therefore the backscattered signal is expected to drop significantly. The WCT method uses this sharp reduction of the signal to detect the height of the boundary layer. The wavelet covariance transform function, in simple terms, calculates the difference between the Lidar range-corrected signal for a given height interval and the Lidar range-corrected signal for a higher altitude interval. As a result, the peak height equivalent of this function Corresponds to the height of the boundary layer.<br />In this study, only the period 2011-2012 was studied because of the significant number of measurements. In total, we had 105 days of data during the mentioned period, the first of which is related to April 13, 2011, and the last of which is related to October 15, 2012. All measurements are taken for days with no active synoptic conditions. In winter, we have the lowest daily average value of the boundary layer height (0.975±0.556 km), and in summer, we have its maximum value (2.597±0.714 km). In the two seasons of spring and autumn, the extracted values of the height of the boundary layer are very close to each other and are about 1.9 km above ground level (AGL). Therefore, there is a direct correlation between air temperature and the height of the boundary layer. Finally, the daily-averaged value of the boundary layer height for the whole 105 days of data was 2,067 km AGL. Also, the hourly-averaged height of the atmospheric boundary layer has been extracted and plotted for all four seasons. For these data, a good relationship is observed between air temperature and the height of the boundary layer, especially in winter, which is expected to improve accuracy if further measurements are made. ارتفاع لایه مرزی جوی بر اساس داده‌های حاصل از لیدار پس‌پراکنش کشسان مستقر در دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان برای شهر زنجان استخراج شد. بر اساس کاهش محسوس نمایه ارتفاعی ضریب پس‌پراکنش خاموش‌شده لیدار در گذر از لایه مرزی جوی به جو آزاد و با روش تبدیل کوواریانس موجک، ارتفاع لایه مرزی برای 105 روز داده‌برداری لیدار از جو زنجان و در بازه زمانی 1390-1391 (2011-2012) محاسبه شد. تحول زمانی تغییرات ارتفاع لایه مرزی در طول شبانه‌روز به تفکیک فصلی و نیز برای کل داده‌ها انجام گرفت. با طلوع (غروب) آفتاب و افزایش (کاهش) دمای هوا، افزایش (کاهش) ضخامت لایه مرزی در توافق با مطالعات گذشته مشاهده شد. همچنین مقدار میانگین روزانه ارتفاع لایه مرزی در طول سال مطالعه شد. بیشترین مقدار این کمیت در فصل تابستان و با مقدار میانگین 597/2 کیلومتر بالاتر از سطح زمین و با انحراف معیار 714/0 کیلومتر ثبت شد. کمترین مقدار آن نیز در فصل زمستان (با مقدار میانگین 975/0 کیلومتر بالاتر از سطح زمین و با انحراف معیار 556/0 کیلومتر) مشاهده شد. مقدار میانگین کل ارتفاع لایه مرزی نیز 067/2 کیلومتر به دست آمد. همچنین ارتباط معنادار و مستقیمی بین دمای سطح زمین و ارتفاع لایه مرزی به ویژه در فصل زمستان مشاهده شد. https://jesphys.ut.ac.ir/article_92067_ab62102505b255724747364131afcfde.pdf