Recent Progress in Acoustic Travel-Time Tomography of the Atmospheric Surface Layer

Authors

Vladimir E. Ostashev, Department of Physics, New Mexico State University, Las Cruces, NM, USA
Sergey N. Vecherin, Department of Physics, New Mexico State University, Las Cruces, NM, USA
D. Keith Wilson, U.S. Army Engineer Research and Development Center, Hanover, NH, USA
Astrid Ziemann, University of Leipzig, Institute for Meteorology, Leipzig, Germany
George H. Goedecke, Department of Physics, New Mexico State University, Las Cruces, NM, USA

Document Type

Article

Date of this Version

4-2009

Comments

Published in Meteorologische Zeitschrift, Vol. 18, No. 2, 125-133 (April 2009).

Abstract

Acoustic tomography of the atmospheric surface layer (ASL) is based on measurements of the travel times of sound propagation between sources and receivers which constitute a tomography array. Then, the temperature and wind velocity fields inside the tomographic volume or area are reconstructed using different inverse algorithms. Improved knowledge of these fields is important in many practical applications. Tomography has certain advantages in comparison with currently used instrumentation for measurement of the temperature and wind velocity. In this paper, a short historical overview of acoustic tomography of the atmosphere is presented. The main emphasis is on recent progress in acoustic tomography of the ASL. The tomography arrays that have been used so far are discussed. Inverse algorithms for reconstruction of the temperature and wind velocity fields from the travel times are reviewed. Some results in numerical simulations of acoustic tomography of the ASL and reconstruction of the turbulence fields in tomography experiments are presented and discussed.
Zusammenfassung
Die akustische Tomographie der atmosph¨arischen Bodenschicht basiert auf Messungen der Laufzeit von Schallwellen zwischen Sendern und Empf¨angern, welche ein tomographisches Messfeld bilden. Anschließend werden dann die Temperatur- und Windgeschwindigkeitsfelder innerhalb eines tomographischen Volumens oder einer Fl¨ache rekonstruiert, wobei verschiedene inverse Algorithmen angewendet werden k¨onnen. Eine verbesserte Kenntnis dieser meteorologischen Felder ist f ¨ur viele praktische Anwendungen bedeutsam. Tomographische Verfahren haben bestimmte Vorteile gegen¨uber den momentan genutzten Messverfahren f ¨ur die Temperatur und Windgeschwindigkeit. In dieser Ver ¨offentlichung wird ein kurzer ¨Uberblick zur Entwicklung der akustischen Tomographie der Atmosph¨are pr¨asentiert. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Darstellung des aktuellen Fortschritts in der akustischen Tomographie der atmosph¨arischen Bodenschicht. Die bisher genutzten tomographischen Messfelder werden vorgestellt. Inverse Algorithmen f ¨ur die Rekonstruktion von Temperatur- und Windgeschwindigkeitsfeldern aus akustischen Laufzeiten werden bewertet. Einige Resultate der numerischen Simulation der akustischen Tomographie der Bodenschicht und der Rekonstruktion von turbulenten Feldern meteorologischer Gr ¨oßen in tomographischen Experimenten werden dargestellt und diskutiert.