检索月球掩星的示踪气体浓度测量与模拟战环境

L.K. Amekudzi, k . Bramstedt a . Rozanov h . Bovensmann,摩根大通(J.P.洞穴

抽象模拟战(扫描成像大气制图法吸收光谱仪)是一个UV-Vis-NIR光谱仪车载环境,用于测量大气微量气体分布在最低点,肢体和掩星的几何图形。在掩星模式中,模拟战追踪升起的太阳或月亮直接穿过大气层。大气测量除以外星引用给透射光谱,这是适合DOAS-like检索方法。在这里,我们报告的主要检索数据产品(臭氧、二氧化氮和3号)从模拟战获得月球掩星观测。我们确认我们的臭氧和二氧化氮数据产品。臭氧与其他卫星仪器进行验证(HALOE,项目圣人二世和POAM III)。与光化学地NO2结果验证了HALOE和鼠尾草II项目配置文件。验证结果表明,模拟战月球掩星臭氧和二氧化氮的偏差在±15%,标准偏差和不确定性的偏差小于20%和6%,分别。比较的结果与一维进行光化学模型表明我们的排名数据产品的精度优于30%。

1介绍

扫描成像大气制图法吸收光谱仪(模拟战)被动遥感中等分辨率UV-Vis-NIR光谱仪车载欧洲太空总署的环境卫星(特)2002年3月发射进入公转与太阳同步极轨道从库鲁,法属圭亚那。仪器观察地球的大气层在最低点,肢体,和太阳能/月掩星的几何图形,记录光谱数据在八频道;覆盖240 - 2380 nm的光谱范围与光谱

环境物理研究所和遥感(IUP /款项),不莱梅大学德国和物理系,恩克鲁玛科技大学(KNUST),库马西,加纳电子邮件:(电子邮件保护)

0.24 - -1.5纳米的分辨率。各种大气组件(微量气体的列和概要文件信息)来自模拟战相关测量臭氧化学、空气污染和气候监测问题(Bovensmann et al . 1999;raybet雷竞技最新Gottwald et al . 2006年)。

由于太阳同步轨道上的萨特和模拟战的位置仪器,观测到月球掩星事件模拟战在南半球40°、90°之间的年代,当月亮是0.6 - -0.7的阶段和结束满月后不久,收益率测量每个月大约6 - 8天。在北半球49°N至70°N,模拟战执行太阳掩星的测量(梅耶et al . 2005;Bramstedt et al . 2007年)。

模拟战月球掩星测量成功执行当月球的轨道环境能见度在阴面,因为白天半球,强信号(杂散光)光明地球大气层污染测量。有用的模拟战月球掩星的持续时间是高度测量变量(每年约4 - 8个月),见图1。模拟战月球掩星测量在月球指向模式下执行,通常17公里左右开始月球后面是切线高度100公里。月球掩星的集成时间测量是1.0年代导致垂直抽样约2.5公里。30公里水平分辨率在跟踪和延伸约400公里的轨道。详细信息模拟战月球掩星在Amekudzi(2005)和Amekudzi et al。(2005)。

模拟战月球掩星数据的科学目标是提供夜间垂直的微量气体如O3, NO2,同温层化学和3号,这是很重要的。同时测量O3、NO2和NO3至关重要的理解没有*同温层臭氧损耗预算和长期趋势。

1月/ 7月3日/ 1月03 / 04年7月/ 1月04 / 05年7月/ 1月05 06年7月/ 06年1月/ 07年7月/ 07

日期

图1纬向分布的模拟战月球掩星数据从2003年到2007年3月。大多数测量是在三月、四月和五月

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日期

图1纬向分布的模拟战月球掩星数据从2003年到2007年3月。大多数测量是在三月、四月和五月

在本文中,我们简要描述检索方法处理测量模拟战月球掩星数据。这是紧随其后的是O3、NO2和检索结果。之后的验证进行检索O3和NO2,最后,总结我们的研究结果和结论。

2检索方法

在本节中,我们简要描述模拟战月球掩星检索方案。详细描述的检索方法Amekudzi (2005)。

SCIATRAN version 2.1中辐射传输和检索代码(Rozanov et al . 2005年)用于过程校准(级别1版本6.01)模拟战月球掩星数据获得垂直的O3, NO2和排名。模拟的辐射传输模拟战月球透射光谱和计算雅可比矩阵(权重函数矩阵)是基于Lambert-Beer定律。模拟传输y(嗨,X)对于一个给定的切线高度,嗨,和波长,X,由斧头是模拟战的总宽度狭缝函数S (X, X '),£仪器的视野,和F (m)是仪器函数。t(嗨,X)是完整的光学深度沿视线穿过大气层,我代表了切线高度指数。

全球拟合方法加上微分光学深度的方法应用于适合的光谱窗口内同时NO2和O3 420 - 454和520 - 580 nm,分别。3号安装使用610680 nm的光谱窗口包含最强烈的排名吸收带在623 nm V1(1,0)和662 nm Vi (0, 0)。从其他吸收NO3检索窗口有重大贡献如O3, O2, O4,和水。因此,精确匹配和检索号资料,这些干扰气体安装。O2和H2O线吸收器,因此他们绝对横截面计算通过使用透光率的指数和配件(ESFT)方法(Buchwitz et al . 2000年)。大气的宽带吸收特性和仪器在测量光谱通过减去三阶多项式。

典型的光谱适合NO2和O3是图2所示(上)。显示在图2(底部)谱残差,模型微分光谱之间的差异和测量的贡献。这里显示的谱残差小于0.5%。

总模型错误检索在2%和10%的臭氧和二氧化氮(Amekudzi 2005)和NO3检索不到20% (Amekudzi et al . 2005年)。总模型错误包括的不确定性吸收横截面所有干扰气体,安装或检索目标气体和错误由于切线高度变化,辅助线的形状,和温度资料。

波长(nm)波长(nm)

图2光谱符合(上)和残差的例子(底部)大约25公里切线高度显示NO2(上左)的吸收特性和O3(右上角)测量在轨道上15 598,一天2005年2月22日。钻石点代表了微分建模波长光学深度和实线测量的贡献(nm)波长(nm)

图2光谱符合(上)和残差的例子(底部)大约25公里切线高度显示NO2(上左)的吸收特性和O3(右上角)测量在轨道上15 598,一天2005年2月22日。钻石点代表了建模差光学深度和实线测量的贡献

欧洲中期天气预报中心(ECMWF)温度和压力资料信息以及O3和NO2吸收横截面在5不同的温度不莱梅大学的测量(洞穴et al . 1998年)用于检索方案。在298 K号吸收截面(Sander et al . 2003年)。先天的痕量气体从模型计算大研究所,美因茨。反演技术用于检索算法类似于最优估计方法(OEM)和额外的平滑约束。虽然测量垂直分辨率~ 3 - 4公里,1公里的检索进行了垂直抽样。总检索错误,(即。、随机、平滑和系统误差)是在5%和15%之间18公里,40公里臭氧(Amekudzi 2005)。NO2的检索误差在5%和20%的海拔范围18-36公里和3号资料总共检索错误在20%和35%之间的20公里,45公里。

3检索结果

在本节中,我们目前的纬向平均浓度推断从检索到的数密度资料报道Amekudzi et al . (2007 b)。此外,每月NO2和硝酸盐。

纬向平均数量密度检索来自月球掩星O3, NO2,和垂直概要无花果所示。3、4、5分别为2003(左)和2004(右)。这些结果代表数密度的平均值

臭氧纬向平均为2003

臭氧纬向平均为2004

45 40

45 40

我35岁

图3的臭氧纬向平均2003年和2004年来自模拟战月球掩星测量平均在1°纬度。左是2003年业绩和右2004的结果

45 40

-75 -70 -65纬度(程度)

NO2纬向平均为2003

NO2纬向平均为2003

10厘米

10厘米

纬向平均排名为2003

纬向平均排名为2004

50个45

25日20

对应于图1中所示的纬向分布。之间有2 - 10概要/纬度本85 - 76°和75 - 60°之间的年代,有9-58每个纬度本概要文件。2003结果来源于测量3月到6月和2004年1月到6月的结果。

一般高的臭氧值在3.0 x1012 molec cm-3 4.5 x 1012 molec cm-3为高度范围内观察到第15 - 22公里。2004年,更高浓度的臭氧(5.2 4.5 x1012 x1012 molec cm-3)检索70 - 84°S。超过35公里非常低的值(< 0.5 x 1012 molec cm-3)之间的臭氧检索和22公里,28公里检索到的臭氧浓度在1.0 x 1012 molec cm-3和2.5 x 1012 molec cm-3。

NO2和排名结果显示在无花果。4和图5显示更高纬度之间集中值60°、65°S值越高的看到这些纬度是主要来自测量拍摄于2003年3月和2004年1月至3月为(见图7)。3月和4月贡献显著更高的测量值的NO2在纬度60 - 65°2003年代和NO2的结果在2004年,高值从2月至4月测量(见图6)。检索NO2的最大浓度的2.0 x 109 molec cm-3 4.0 x 109 molec cm-3海拔25 - 35公里,3号的1.2 x 107 molec cm-3 2.4 x 107 molec cm-3 34-42公里高度。

没有每月的意思是Profilas

没有每月的意思是Profilas

0123458123458123456

号数密度(x lo 'cm 3)

图2003年和2004年6月意味着NO2来自模拟战月球掩星测量。2003年业绩2004年灰色和黑色。误差的标准差的意思是配置文件

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号数密度(x lo 'cm 3)

图2003年和2004年6月意味着NO2来自模拟战月球掩星测量。2003年业绩2004年灰色和黑色。误差的标准差的意思是配置文件

没有每月的意思是配置文件

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0 0 0.5 1.0 1.5 2 0 2.5 3. cd。00,5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.3) .0 0.5 1.0 1.5 2.0 2,5 3.0

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日落之后,平流层没有立即由O3 NO2迅速氧化。形成的NO2,反应更慢和O3形成硝酸盐。NO2的浓度和排名从而建立后几个小时内日落。可能反应形成的NO2和NO3 N2O5碰撞的伴侣的存在形式。在相对温暖的平流层,N2O5可以转换的NO2和NO3碰撞伙伴。在相对低的温度下N2O5作为水库的夜间氮氧化物或在极地平流层云N2O5转化为硝酸(硝酸)和最终稳定复杂三水合硝酸(硝酸■3 h2o)。咕et al。(1997)表明,在相对温暖的温度(T > 255 K),排名有一生的一天的顺序和热的一生N2O5是几分钟。这意味着更多的排名是在温暖的夜晚。因此我们的观察在图7所示1符合夜间纳化学。

4验证结果

检索配置文件从遥感测量需要验证才能访问整个数据产品的信心。验证将有助于检测和消除潜在的偏见在新的检索产品和估计也将提供信息检索精度(罗杰斯和康纳2003)。主要NO2和O3验证结果报告在Amekudzi et al . (2007 a, c)。在这里,我们提出一个验证结果的总结。参考验证数据源检索结果卤素掩蔽实验(HALOE)项目,平流层气溶胶和气体实验二世(SAGE II)和极地臭氧和气溶胶测量III (POAM III)。这些仪器中描述的O3数据质量Cunnold et al。(1989);Bruhl et al。(1996);兰德尔et al。(2003)和NO2数据质量评估在Cunnold et al。(1991);Gordley et al。(1996)。HALOE被发现在2003 - 2005年项目的巧合,圣人二世在2004年和2003年POAM - 2004。

(即O3验证的统计结果。,平均相对偏差(mrd), mrd的标准差和不确定性)如表1所示。NO2的统计验证结果表2所示。由于强烈的昼夜循环NO2,光化学修正方案中描述分支et al .(2005)已被应用于规模HALOE或圣人II项目测量模拟战太阳天顶角。一般来说,得到了很好的协议。

我们相比检索NO3概要文件与光化学模型计算的有效性和内部一致性检查结果。两个光化学模型方案。第一种模式方案,称为一个完整的光化学模型是一个一维化学模型包含一个全面的化学和动力学的平流层。这个模型的细节描述Amekudzi et al .(2005)和引用。第二个模型是一个相对简单的化学模型,假定在稳定状态,夜间的浓度取决于臭氧的浓度,NO2,温度和压力。我们发现3号资料计算出完整的一维光化学模型是在良好的协议与检索排名资料在20%和35%之间的24公里,45公里(Amekudzi 2005;Amekudzi et al . 2005年)。用一个简单的化学比较

表1总结月球掩星臭氧验证结果,符合标准应用测量时差12 h和相关半径1000公里

仪器	mrd (%)	rms (%)	Uncert。(%)	高度(公里)
HALOE N = 154项目	5 + 15	做些	2 - 5	20-45
圣人的射程= 92	-15 + 15	6 20	< 2	20-45
POAM三世N = 149	8 + 2	12-20	1 - 4	24-43

rms / *约的不确定性,其中N是巧合的数量。

rms / *约的不确定性,其中N是巧合的数量。

表2总结月球掩星NO2验证结果。符合标准类似于臭氧应用验证

仪器		mrd (%)	rms (%)	Uncert。(%)	高度(公里)
HALOE N =项目	65年	-16 + 3	4-16	1 - 6	25-38
圣人2 N =	72年	9 + 7	- 17	< 2	22-39

模型计算显示良好之间的协议22公里和38公里,精度优于30%(2005年Amekudzi et al ., 2007)。

5总结和结论

检索结果的模拟战月球掩星的测量O3, NO2, 3号。相对高浓度的价值观被检索到3号1个月的气温升高造成的。这些结果是一致的夜间纳化学。

验证和执行相关卫星仪器显示模拟战月球掩星O3和NO2结果非常有前途。O3和NO2验证的偏差在±15%,标准偏差和偏差的不确定性比20%和6%,分别。比较的结果与一维进行光化学模型表明,我们的排名数据产品的准确性优于30%。加工的完整的数据集和验证活动正在进行中。比较我们的3号资料与恒星掩星NO3测量GOMOS(全球臭氧监测掩星的恒星)仪器将被认为是在未来。

确认我们感谢以下机构:欧洲太空总署(ESA)提供模拟战一级数据。HALOE和鼠尾草II项目团队在汉普顿大学和美国国家航空航天局兰利研究中心(表面),美国,为美国提供HALOE和鼠尾草II项目数据。ECMWF特别项目SPDECDIO为这项工作提供了概要文件的温度和压力。这项工作是由德国教育部资助的部分地区和研究通过授予07 ufe12/8 (BMBF),通过授予DLR-Bonn 50 ee0502,不来梅大学和不莱梅的状态。我们感谢匿名评论者对他们有益的意见和建议。

引用

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