高空温度

介绍 RSS探测产品 不确定性 最近更新 参考文献

介绍

术语“上部空气”指的是大气的部分远高于地球表面。在该区域中的气氛的温度是一个基本的气候变量。在大气温度变化最近已被归因于人类引起的气候变化。继续监测大气温度是推进我们的地球气候的敏感性的认识不断变化的大气成分的关键。

对于上空气温度测量方法

有可用于高空测量的几种方法。

  • 无线电探空仪(通常称为气象探测气球)。该se are small instruments lifted aloft by helium-filled balloons. Measurements made by temperature, pressure, and humidity sensors are radioed back to the surface.

    • 优点
      • 温度直接测量
      • 高垂直分辨率
    • 缺点
      • 有限的空间采样
      • 仪器和方法改变时的校准问题
  • 微波发声。这些是测量地球的微波频率下的辐射,这使得科学家推导厚大气层的温度星载仪器。
    • 优点
      • 在高samplng率全球覆盖
    • 缺点
      • 粗垂直分辨率
  • 红外发声。这些是测量地球的在红外频率的辐射,这使得科学家检索使用反演算法厚大气层的温度星载仪器。
    • 优点
      • 在高采样率实现全球覆盖
      • 中度垂直分辨率
    • 缺点
      • 敏感性污染云层和气溶胶等
  • GPS无线电掩星。该方法使用星载GPS接收器来测量地球大气对GPS信号的折射。这样就可以恢复垂直温度和湿度剖面。
    • 优点
      • 绝对校准
      • 高垂直分辨率
      • 全球覆盖
    • 缺点
      • 只有大约10年的数据
      • 较少见的采样相比,星载探测器。

RSS高空温度产品

RSS上气温的产品是基于通过进行测量乐动体育官方2.0乐动苹果手机微波探测器。微波探测器能够通过测量在不同的频率从氧分子的热发射检索大气的垂直温度分布的。这些测量是在乐动苹果手机乐动体育官方2.0精确的系统的长期监测大气温度,特别是在有大量无线电探空仪测量的区域发展的关键因素。RSS气温产品由由的测量组装乐动体育官方2.0乐动苹果手机MSUAMSU极地轨道卫星的仪器。我们正在朝着使用的测量从最近的微波探测仪,自动取款机的工作。乐动体育官方2.0乐动苹果手机

MSU该微波探测单元(MSU)的NOAA极地轨道平台上操作是卫星的温度曲线,从1978年底到2000点年初的主要来源。那些MSU是跨轨道的扫描仪,在四个信道范围从50.3至57.95千兆赫上的氧吸收带的下肩部乐动苹果手机乐动体育官方2.0由微波辐射的测量值。这四个通道测量四个厚层中的大气温度通过下平流层跨越表面。最后MSU仪器,NOAA-14,在2005年停止了可靠的操作。

AMSU一系列的后续仪器,高级微波探测单元(AMSUs),开始于1998年。AMSU仪器操作类似于那些MSU,但使用的信道的更大数目进行测量,从而在采样更多层的气氛中,和乐动体育官方2.0乐动苹果手机与较小的测量足迹,因此增加了空间分辨率。通过使用AMSU渠道最密切匹配在MSU仪器的渠道,我们可以扩展基于MSU-数据集到现在。此外,我们已经完成了信道AMSU 10-14,其测量从到平流层上层的较低温度下的初步分析,比最高MSU信道的高得多。这些AMSU-只有数据集始于1998年中旬,在NOAA-15卫星发射第一AMSU的。在AMSU-唯一的数据集,今年14年之久,也开始受到足够长,以便调查在中和平流层上层的长期变化。

ATMS在未来,AMSU仪器将被逐步淘汰,并与先进技术微波探测仪(ATMS)所取代。第一ATMS已于10月28日推出的,由作出ATMS 2011年的测量尚未在我们的数据集中使用。乐动体育官方2.0乐动苹果手机我们正在努力交叉校准与AMSU ATMS使ATMS测量可以包括在未来。乐动体育官方2.0乐动苹果手机

所有微波探空仪器都是为天气预报的日常业务使用而研制的,因此通常没有按气候研究所需的精度进行校准。只有通过对MSU、AMSU和ATMS仪器的数据进行仔细的相互校准,才能从它们的测量中提取出气候质量数据集。乐动体育官方2.0乐动苹果手机

从RSS微波探测数据产品

我们产生了3个单通道的MSU/AMSU数据集(TMT、TTS和TLS),这些数据集可以追溯到1978年底,还有5个单通道的AMSU数据集(C10、C11、C12、C13和C14),这些数据集始于1998年中期。TLT是一个更为复杂的数据集,它是通过计算不同地球入射角下的测量值的加权差来推算大气中MSU通道2和AMSU通道5的测量值而构建的。乐动体育官方2.0乐动苹果手机此外,还有两个多通道数据集TTT和C25,这两个多通道数据集是由单通道数据集加权组合而成的。每个RSS数据产品中使用的卫星和频道,以及每个产品的加权函数如下所示。仅基于amsu的数据集(C10-C14, C25)处于相对早期的开发过程中,应该被认为是初步的,或者对于C13和C14来说,是实验性的。

用于RSS大气温度产品的频道和卫星:

TLT TMT 到达目标时间 TTS TLS 10大 C11 C12 C13 这件
泰罗斯-N 2 2 2,4 - 4 - - - - - -
NOAA-06 2 2 2,4 - 4 - - - - - -
NOAA-07 2 2 2,4 - 4 - - - - - -
NOAA-08 2 2 2,4 - 4 - - - - - -
NOAA-09 2 2 2,4 - 4 - - - - - -
NOAA-10 2 2 2,4 3 4 - - - - - -
NOAA-11 2 2 2,4 3 4 - - - - - -
NOAA-12 2 2 2,4 3 4 - - - - - -
NOAA-14 2 2 2,4 3 4 - - - - - -
NOAA-15 5,9 7 9 10 11 12 13 14 10-13
NOAA-16 - - - - - 10 11 12 13 14 10-13
NOAA-17 - - - - - - - - - -
NOAA-18 5,9 7 9 10 11 12 13 14 10-13
METOP-A 5,9 7 9 10 11 12 13 14 10-13
AQUA 5,9 7 9 10 11 12 13 14 10-13
NOAA-19 * * * * * * * *
METOP-B * * * * * * * *
开始年份 1978年 1978年 1978年 1987年 1978年 1998年 1998年 1998年 1998年 1998年 1998年
结束一年 当下 当下 当下 当下 当下 当下 当下 当下 当下 当下 当下
到期 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 预赛。 预赛。 预赛。 EXPER。 EXPER。

预赛。

每个产品测量气氛在厚层中的平均温度。此亮度温度T由卫星测量的大气温度可以描述为大气温度T在地球表面以上高度Z上的积分大气层由加权函数W(Z),加上由地球表面一个小的贡献由于发射加权τεT冲浪


加权函数的确切形式取决于温度,湿度和大气柱的液体的水含量进行测量。然而,基于对大气的平均状态代表加权函数是有时是有用的。我们会根据在我们的FTP站点的美国标准大气权重函数密歇根州立大学/ weighting_functions每个MSU / AMSU产品。这些加权函数也绘制图1在下面。

图1所示。加权函数为每个RSS产品。垂直加权函数描述了大气中某一层所发射的微波辐射对卫星在大气上方所测得的总强度的相对贡献。


单通道数据集(TMT,TTS,TLS,C10,C11,C12,C13,C14)

单通道数据集大多是由平均近天底视图(MSU中央5次,用于AMSU中央12次)计算构成。的例外是来自AMSU,它使用了一组最低偏离视图来更紧密地匹配从MSU信道4中的测量TLS。乐动体育官方2.0乐动苹果手机看到米尔斯等人,2009a的更多细节。的地图表示用于近天底产品和TLT在下面的图2中所示的足迹。TLT,TTT,和C25正在使用更复杂的方法来构建。

图2.该MSU仪器的两个示例的扫描。该卫星在南往北方向行驶,并扫描(大致)西向东,使得每次扫描11次离散测量。乐动体育官方2.0乐动苹果手机用于构造从顶部扫描近天底MSU产品(TMT,TTS,TLS)脚印以绿色显示。在每个脚印的数字是给定的扫描构建时平均分配给排放权。用于构建TLT脚印以红色显示,并在较低的扫描蓝色,红色表示负权重。

TLT(温度低对流层)


TLT是通过计算从取自接近最低点的相同途径邻近肢体的观点和测量MSU2(或AMSU5)测量值之间的加权差构成,如在图2中可以看到用于MSU的情况下。乐动体育官方2.0乐动苹果手机这具有外推MSU2(或AMSU5)测量降低在对流层中,并除去大部分的平流层影响的效果。乐动体育官方2.0乐动苹果手机由于差的涉及在不同位置处进行测量,而且由于所使用的权重的绝对值大的值,乐动苹果手机乐动体育官方2.0附加的噪声是由该过程中加入,增加了最终结果的不确定性。欲了解更多详情,请参见米尔斯等,2009b

TTT(对流层温度)


TTT是通过计算TMT和TLS的线性组合而得到的多通道组合产品。TTT = 1.1*TMT - 0.1*TLS。这种组合具有减小平流层低层影响的作用,如图3所示。在较简单的TMT产品中,大约10%的重量来自较低的平流层。由于平流层低层在大多数地方是冷却的,这导致TMT的年代际趋势小于对流层中上层的趋势。TTT是由富和约翰森,2005年

图3.左侧面板显示的TMT和TLS加权函数加权的版本。右图显示了用于TTT = 1.1 * TMT加权函数 - 0.1 * TLS为蓝色,以黑色表示的未改性的TMT加权函数。

这件


如图4所示,C25使用AMSU通道10,11,12,和13的线性组合构成的。

C25 = 0.258*C10 + 0.215*C11 + 0.409*C12 + 0.122*C13

该通道的权重函数与平流层测深单元(SSU) 25通道(有时称为通道1)的权重函数紧密匹配,该产品拟用于现有SSU 25通道的扩展。

图4.左侧面板显示了C10的通过C13加权函数加权的版本。右图显示了用于在C25黑色的加权函数,用在蓝色SSU通道25(有时被称为信道SSU 1)的加权函数。

微波探测数据产品从其他研究小组乐动帐号注册


许多其他研究小组已经从MSU和AMS乐动帐号注册U仪器产生了数据集。其中,只有UAH数据集目前正在更新。Prabhakara等人和Vinnikov等人完成了之前的其他工作,但这些数据集目前没有更新,也没有扩展到现在。

全球和区域的时间序列


时间序列全局和区域平均时间序列温度异常每个数据集的曲线的可使用被看作时间序列浏览工具。可用的情节的几个实例示于以下。
图5.全球平均温度异常时间序列的温度低对流层(TLT)。图中显示过它已被归因于人类造成全球变暖在过去三个十年OT对流层变暖。(点击图中去的时间序列浏览工具。)
图6.全球平均温度异常时间序列的温度低平流层(TLS)。该图显示了在过去30年的平流层下部的冷却。这种冷却是通过臭氧消耗的组合和温室气体的增加所致。在最近的十年中,冷却速率具有显着降低。(点击图中去的时间序列浏览工具。)
图7。AMSU 13通道的全球平均温度异常时间序列,在平流层中部。这张图显示,即使较低的平流层停止冷却,中层平流层在最近15年里仍然冷却。(点击图中去的时间序列浏览工具。)

年代际趋势


长期趋势是检测全球气候变化,以及与气候模型的输出比较这些测量结果是有用的。

我们为所有MSU/AMSU数据集制作了2.5度比例尺的全球趋势地图,可以使用a浏览工具。趋势图被计算在为包含完整的年每个数据集类型的有效数据的每个信道的时间段。

全球平均上计算纬度从82.5S至82.5N(70S至82.5N用于信道TLT)的趋势示于下表,并且通过2013年3月,包括数据:

开始时间

停止时间

#年

全球趋势

通道TLT

1979年

30+

0.184 K /十年

TMT频道

1979年

30+

0.139 K /十年

通道TTT

1979年

30+

0.179 K /十年

通道TTS

1987年

22 +

TLS频道

1979年

30+

看到每个通道的每月,全球时间序列亮度温度异常的,以及线性拟合到时间序列(图7)。异常是通过减去平均亮度温度每个月的月平均值(通过从1998年1979年平均为每信道)来计算。

纬向平均月异常


我们还提供了文本文件,其中包含每个MSU/AMSU信道在多个分区波段上的平均每月异常情况。此外,这些平均值是在陆地、海洋和陆地+海洋空间子集上执行的。异常值的计算方法是,从每个月的平均亮度温度减去由每个通道1979年至1998年的平均数据所确定的每月平均值。1979年到1998年的12个月平均值包含在ftp服务器上可用的netCDF文件中(ftp.remss.com/msu)

纬向平均的月距平都可以在这里以文本格式

每月浏览图片


MSU / AMSU亮度的温度和亮度的温度异常每个数据集的每月地图可使用浏览浏览工具或下载,从我们的FTP服务器(ftp.remss.com/msu)。每个月地图是亮度温度的144 X 72(2.5度分辨率)网格数据集。亮度温度调整到对应于使用我们每月昼夜周期气候午夜本地时间。亮温异常是每月的亮度温度,该月的月平均值之间的差异。引用一段因产品由于可用的不同数据集的长度变化。

每个月图像由平均亮度温度或亮度温度的异常。对于每个地图标尺位于地图以供参考的底部。丢失的数据以灰色显示。我们不提供偏北82.5度(或南方70S为TLT的),由于困难合并在这些地区每月测量手段。乐动体育官方2.0乐动苹果手机

月度数据文件


每个数据产品在3种格式的netCDF,二进制和文本可用。(见左上本页面来访问数据链接)。我们更希望用户使用的netCDF版本,但将继续暂时提供早期格式。由于2016年2月的,TMT和TTT是4.0版 - 所有其它产品都是3.3版本。

的netCDF文件

文件名格式

内容

rss_tb_maps_ch _ ### _ v3_3.nc

月平均亮度温度(K度)

rss_tb_anom_maps_ch_ # # # _v3_3.nc

以k度为单位的平均月明温异常。1978-1998年TLT、TMT、TTT、TTS和TLS的参考周期。参考期为1999-2008年,仅适用于AMSU频道C10到C14。参考周期数据在netCDF文件中提供。

uat4_tb_V03r03_avrg_ch ### _ yyyymm_yyyymm.nc3.nc

月平均亮度温度k度。这些文件与NCDC存档的版本完全相同,只是在netCDF3中,而不是netCDF4中。

uat4_tb_V03r03_anom_ch ### _ yyyymm_yyyymm.nc3.nc

每月平均亮度温度距平度K.这些文件是相同的,在NCDC归档的版本,不同的是他们在netCDF3而不是netCDF4。这些文件还包含了12个月的1979-1998(TLT,TMT,TTT,TTS和TLS)或1999-2008(C10直通​​C14)平均地图来确定异常。

二进制文件

位于我们的MSU的FTP站点的每个二进制数据文件包含一个144 X 72 X的NUMBER_OF_MONTHS阵列的4字节的实数。该NUMBER_OF_MONTHS当前设置为420,但由12增长数据的每个新的一年开始了。前两个指数对应于经度和纬度(在2.5度分辨率),最后指数月数,1978年一月起,前10个月不包含有效数据,但包括在内,以便正月对应于正月的一年。该文件也用空数据填充通过电流年底填充在几个月。由于2016年2月的,TMT和TTT是4.0版 - 所有其它产品都是3.3版本。

文件名格式

内容

channel_ # # # _tb_v03_3.dat

每月平均亮度温度

信道_ ### _ tb_anom_v03_3.dat

以k度为单位的平均月明温异常。1978-1998年TLT、TTT、TMT、TTS和TLS的参考周期。参考期为1999-2008年,仅适用于AMSU频道C10到C14

文本格式的数据。

这种格式作为一种服务提供给谁拥有现有的方法从UAH组的文本格式的数据读取用户。请不要使用这种格式的新代码!

读程序Fortran语言编写的,C,IDL和Matlab是可用/ MSU /支持目录(ftp.remss.com/msu/support)。

这些数据也netCDF4格式可从兼容CF-元国家气候数据中心,在那里他们被称为层平均温度 - RSS。

不确定性在我们的MSU / AMSU气温数据集

(注:以下仅直接的讨论适用于RSS数据集的版本V3.3我们还没有完成V4.0数据集的不确定性分析)

为什么要研究的不确定性?

  • 没有现实的不确定性估计,我们就不是在做科学!
  • 在过去,许多结论已经从MSU / AMSU数据绘制很少考虑到数据的长期不确定性。
  • 对于MSU / AMSU数据集的大多数以前的错误的分析主要集中在decadal-scale在趋势全球规模的手段,而相比之下,许多应用程序都集中在较短的时间尺度和更小的空间尺度。
  • 在这里,我们描述了RSS MSU / AMSU产品的不确定性的综合分析。结果可用于评估所有相关时间和空间尺度估计的不确定性。

问题

我们的MSU / AMSU产品使用来自14颗不同卫星的数据。这些数据需要被intercalibrated被合并在一起之前。这是一个复杂的过程,如下面的流程图中

  • 首先,调整为在本地的测量时间(日调整)和地球入射角的变化作出。
  • 然后,相互校准通过从共轨道卫星的测量进行比较,产生一组“合并参数”来执行。乐动体育官方2.0乐动苹果手机
  • 不确定性产生在过程的早期(例如,从本地测量时间的调整)可以引起合并参数的不确定性,这增加了在最终结果的不确定性。

因为错误的复杂性,他们是很难计算和使用简单的统计方法形容。相反,我们使用蒙特卡罗技术来产生大量能与误差的来源,我们已经研究了一致误差的可能实现的。

的用于生成不确定性的合奏方法的详细描述,并且将结果的摘要中给出米尔斯等人,2011


可用的不确定信息和建议

我们已经构建了每个我们生产的MSU / AMSU产品的100实现的不确定性合奏。(没有不确定性分析尚未对AMSU只平流层的通道进行。)这些不确定性的实现可在的netCDF,具有完全相同的形式作为基准的温度数据。我们建议,研究人员在evalutat乐动帐号注册e他们获得通过重新运行它们的分析使用的不确定性集合的每个成员,然后评估中获得的结果的分布传播使用我们的MSU / AMSU数据的任何结果的不确定性。

最近更新

RSS 4.0版通道TLT产品发布的6月28日,2016年TTS和TLS产品保持3.3版本。

上一版本(3.3版)与新版本(4.0版)最重要的区别是:

  • 改变了卫星漂移测量时间的调整方法。在新的方法中,用于这些调整的基于日变化周期气候学的模型得到了优化,以便更准确地消除卫星在一天中不同时间进行测量的差异。乐动体育官方2.0乐动苹果手机
  • 对于陆地和海洋场景,卫星间的偏移量现在是分开计算的。这可以防止土地可能出现的错误,在这里改变测量时间的调整是大,从在海洋,这里的昼夜周期接近零的测量产生不利影响。乐动体育官方2.0乐动苹果手机
  • 可疑数据的几个时期被拆除(详见本文)。
  • 两颗新卫星,NOAA-19和METOP-B现在也在处理中。这有助于减少采样误差和在记录的最后一部分由于日变化调整而造成的任何剩余误差。

RSS 4.0版通道TMT和TTT产品3月2日发布,2016年

从3.3到4.0改变:

这一变化代表着一个重大的升级。构建新产品的方法有4个重要变化。

  • 用于制造从漂流卫星测量时间调整的方法中,“日调整”被改变。在新的方法中,用于这些调整基于模型的昼夜循环气候进行优化,使得其更准确地消除由于漂移本地测量时间星间的差异。这是最重要的变化,并导致多得多期间,当NOAA-15卫星迅速漂流1999-2005年期间升温。
  • 对于陆地和海洋场景,卫星间的偏移量现在是分开计算的。这可防止较大的陆地测量时间调整中的误差对海洋测量产生不利影响,因为海洋测量时间的调整要小得多。乐动体育官方2.0乐动苹果手机
  • 更多的视野现在包括在数据集中。上一个版本使用了MSU的中央5个视场(总共11个),AMSU的中央12个视场(总共30个)。这个新版本使用了中央的9个MSU视场和中央的24个AMSU视场。这减少了卫星之间的差距大小,并有助于减少每月平均地图的空间噪声。
  • 两个新的卫星,NOAA-19(数据在2009年开始)和METOP-B(数据在2012年开始),已添加到数据集。

有关新版本的详细信息,请参阅描述在气候杂志这次升级日前接受纸。本文的早期网络版是可在线

欲了解更多详细内容及早期版本更改的信息,请参阅我们的RSS_MSU_AMSU_Version_Notes

参考文献

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米尔斯,C.A。和F. J.华斯,(2009)MSU和AMSU微波探测器V3.2大气温乐动体育下载度记录的遥感系统建设,大气与海洋科技,26岁,1040年至1056年的。

米尔斯,C.A。和F. J.华斯,(2005)沙僧测量时间对卫星获得的对流层低层温度的影响《科学》,309,1548-1551。

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确认

MSU / AMSU数据由遥感系统产生的。乐动体育下载多年来,我们已经收到了该数据集从许多来源,包括全球项目的NOAA办公室,NOAA气候计划办公室,并NOAA气候数据记录程序的开发支持。当前数据集(3.3版)的制作在NOAA气候数据记录计划的支持,同时改进了用于生产数据集的方法是目前由美国航空航天局的地球科学部,这是科学任务理事会的部分支持

如何引用这些数据

TLT:

TMT:

TTT:

TTS和TLS:

不确定性估算:

无线电探空仪的比较: