Validation of CM SAF Cloud Fractional Cover (CFC) Data and Analysis of CM SAF CFC Data for the Eastern Anatolia Observatory (DAG) Site

Abstract

Eastern Anatolia Observatory (DAG) project was initiated in Erzurum in 2011. Turkey’s largest (4 m) and the first infrared telescope is planned to complete its installation process by taking its first light at the end of 2021 at DAG. This study was focused on the atmospheric properties of the DAG site in terms of cloudiness known to be the most vital atmospheric parameter for ground-based astronomical observatories. For ground-based astronomical observatories, cloud cover is vital atmospheric parameter. For this reason, this study focused on the cloudiness values for the DAG site. In this regard, cloud coverage values for the DAG site were analysed and the annual numbers of nights convenient for observation at the site were determined. For this purpose, data from METEOSAT, which is a meteorological satellite on a geostationary orbit with full sky coverage over Turkey, was used in the study. The CM SAF (Satellite Application Facility on Climate Monitoring) under the supervision and coordination of EUMETSAT (European Organization for the Exploitation of Meteorological Satellites) produces various data sets of the earth atmosphere for climatic studies from METEOSAT images. CFC (Cloud Fractional Cover) product, which is one of these data sets covering 1991 - 2015, was first tested for consistency for Turkey and the success of the product in representing cloud coverage was investigated. Validation results showed that the success of this product remained relatively low for some cities such as Adana, Ankara and Erzurum. In the next stage, hourly, daily, monthly, seasonal and annual cloudiness analyses were performed for the DAG site from the CFC data, and the number of nights convenient for observations at the DAG site was determined from this data.

Keywords

• Astronomy
• cloud cover
• CFC
• eastern anatolia observatory
• meteosat
• remote sensing

CM SAF Oransal Bulut Kapalılığı (CFC) Verisinin Başarımı ve Doğu Anadolu Gözlemevi (DAG) Yerleşkesi için Analizi

Abstract

Doğu Anadolu Gözlemevi (DAG) projesi 2011 yılında Erzurum’da başlatılmıştır. DAG’da 2021 yılı sonunda ilk ışığın alınmasıyla Türkiye'nin en büyük (4 m) optik ve ilk kızılötesi teleskobunun kurulum sürecini tamamlaması planlanmaktadır. Yer tabanlı astronomik gözlemevleri için bulutluluk en hayati atmosferik parametredir. Bulutluluk oranı, bulut türleri ve bulut değişimi yer tabanlı bir gözlemevinde astronomik gözlemlerin yapılmasını kısıtlayabilir veya tamamen engelleyebilir. Bu nedenle bu çalışma DAG yerleşkesinin bulutluluk değerlerine odaklanmıştır. Bu kapsamda DAG yerleşkesi için bulutluluk değerleri analiz edilerek yerleşkenin yıllık açık gün sayıları belirlenmiştir. Bu amaç için çalışmamızda sabit yörüngeli meteorolojik uydu olan ve Türkiye’yi de kapsayan METEOSAT uydu verileri kullanılmıştır. EUMETSAT’ın (European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites; Avrupa Birliği Meteorolojik Uydu İşletme Teşkilatı) denetim ve koordinasyonunda olan CM SAF (Satellite Application Facility on Climate Monitoring; İklim Yönetimi Üzerine Uydu Uygulama Birimi), METEOSAT verilerinden iklimsel çalışmalar için atmosferimize ait çeşitli veri setleri üretmektedir. Bu verilerden biri olan ve 1991 - 2015 yılları arasını kapsayan CFC (Cloud Fractional Cover; Oransal Bulut Kapalılığı) verisinin öncelikle Türkiye için tutarlılık testi yapılarak ürünün başarımı araştırılmıştır. Test sonuçları bu ürünün tutarlılığının bazı kentlerimiz (Adana, Ankara ve Erzurum) için nispeten düşük kaldığını göstermiştir. Sonraki aşamada DAG için CFC verisinden saatlik, günlük, aylık, mevsimlik ve yıllık bulutluluk analizleri yapılarak DAG yerleşkesinin açık gün sayısı belirlenmiştir.

Keywords

• Astronomi
• bulutluluk
• CFC
• doğu anadolu gözlemevi
• meteosat
• uzaktan algılama

References

1. Aksaker, N., Yerli, S. K., Erdoğan, M. A., Erdi, E., Kaba, K., Ak, T., ... & Selam, S. O. (2015). Astronomical site selection for Turkey using GIS techniques. Experimental Astronomy, 39(3), 547-566.
2. Aksaker, N., Yerli, S. K., Erdoğan, M. A., Kurt, Z., Kaba, K., Bayazit, M., & Yesilyaprak, C. (2020). Global Site Selection for Astronomy. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 493(1), 1204-1216.
3. Badescu, V., & Dumitrescu, A. (2016). CMSAF products Cloud Fraction Coverage and Cloud Type used for solar global irradiance estimation. Meteorology and Atmospheric Physics, 128(4), 525-535.
4. Bojanowski, J. S., Stöckli, R., Duguay-Tetzlaff, A., Finkensieper, S., & Hollmann, R. (2018). Performance Assessment of the COMET Cloud Fractional Cover Climatology across Meteosat Generations. Remote Sensing, 10(5), 804.
5. Calisse, P. G., Ashley, M. C., Burton, M. G., Phillips, M. A., Storey, J. W., Radford, S. J., & Peterson, J. B. (2004). Submillimeter site testing at Dome C, Antarctica. Publications of the Astronomical Society of Australia, 21(3), 256-263.
6. Chernokulsky, A., & Esau, I. (2019). Cloud cover and cloud types in the Eurasian Arctic in 1936–2012. International Journal of Climatology, 39(15), 5771-5790.
7. CM SAF (2017). Product User Manual, Meteosat Cloud Fractional Cover (Comet), Edition 1. Erişim adresi: https://www.cmsaf.eu/SharedDocs/Literatur/document/2017/saf_cm_meteoswiss_pum_met_cfc_1_pdf.pdf?__blob=publicationFile
8. Deniz, A., Toros, H., & Incecik, S. (2011). Spatial variations of climate indices in Turkey. International Journal of climatology, 31(3), 394-403.

9. Falvey, M., & Rojo, P. M. (2016). Application of a regional model to astronomical site testing in western Antarctica. Theoretical and Applied Climatology, 125(3-4), 841-862.
10. Hellemeier, J. A., Yang, R., Sarazin, M., & Hickson, P. (2019). Weather at selected astronomical sites–an overview of five atmospheric parameters. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 482(4), 4941-4950.
11. Hidayat, T., Mahasena, P., Dermawan, B., Hadi, T. W., Premadi, P. W., & Herdiwijaya, D. (2012). Clear sky fraction above Indonesia: an analysis for astronomical site selection. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 427(3), 1903-1917.
12. Sahin, S., & Cigizoglu, H. K. (2012). The sub-climate regions and the sub-precipitation regime regions in Turkey. Journal of Hydrology, 450, 180-189.
13. Iyigun, C., Türkeş, M., Batmaz, İ., Yozgatligil, C., Purutçuoğlu, V., Koç, E. K., & Öztürk, M. Z. (2013). Clustering current climate regions of Turkey by using a multivariate statistical method. Theoretical and applied climatology, 114(1-2), 95-106.
14. Kaba, K., Sarıgül, M., Avcı, M., & Kandırmaz, H. M. (2018). Estimation of daily global solar radiation using deep learning model. Energy, 162, 126-135.
15. Koc-San, D., San, B. T., Bakis, V., Helvaci, M., & Eker, Z. (2013). Multi-Criteria Decision Analysis integrated with GIS and remote sensing for astronomical observatory site selection in Antalya province, Turkey. Advances in Space Research, 52(1), 39-51.
16. Kotarba, A. Z., Chacewicz, S., & Żmudzka, E. (2019). Night sky photometry over Warsaw (Poland) evaluated simultaneously with surface-based and satellite-based cloud observations. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 235, 95-107.
17. McInnes B, Walker MF. Astronomical site testing in the Canary Islands. Publications of the Astronomical Society of the Pacific 1974; 86 (512): 529. doi: 10.1086/129641
18. Mekhaimr, S. A. (2017). Atmospheric conditions affecting seeing at St. Catherine: Estimation of operational time for NRIAG new telescope. NRIAG Journal of Astronomy and Geophysics, 6(1), 5-18.
19. MGM (2021), Meteoroloji Genel Müdürlüğü, Resmi İstatistikler, Erişim adresi: https://www.mgm.gov.tr/veridegerlendirme/il-ve-ilceler-istatistik.aspx?m=ERZURUM
20. Schöck, M., Els, S., Riddle, R., Skidmore, W., Travouillon, T., Blum, R., ... & Wang, L. (2009). Thirty Meter Telescope site testing I: overview. Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 121(878), 384.
21. Stöckli, Reto; Duguay–Tetzlaff, Anke; Bojanowski, Jedrzej; Hollmann, Rainer; Fuchs, Petra; Werscheck, Martin (2017): CM SAF ClOud Fractional Cover dataset from METeosat First and Second Generation - Edition 1 (COMET Ed. 1), Satellite Application Facility on Climate Monitoring, DOI:10.5676/EUM_SAF_CM/CFC_METEOSAT/V001, https://doi.org/10.5676/EUM_SAF_CM/CFC_METEOSAT/V001.
22. Toy, S., & Kántor, N. (2017). Evaluation of human thermal comfort ranges in urban climate of winter cities on the example of Erzurum city. Environmental Science and Pollution Research, 24(2), 1811-1820.
23. Vernin, J., Muñoz-Tuñón, C., Sarazin, M., Ramió, H. V., Varela, A. M., Trinquet, H., ... & Vrech, R. (2011). European extremely large telescope site characterization I: Overview. Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 123(909), 1334.
24. Yüzlükoğlu F. (2017). Erzurum ve çevresinin astronomi gözlemleri açısından atmosferik özellikleri (Yüksek Lisans tezi) Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum, Türkiye.