上层空气温度

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介绍

术语“高空”指的是地球表面以上的那部分大气。这个地区的大气温度是一个基本的气候变量。最近大气温度的变化被归因于人类引起的气候变化。持续监测大气温度对于促进我们了解地球气候对变化的大气成分的敏感性至关重要。

高空温度的测量方法

测量高空空气有几种可用的方法。

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

    • 好处
      • 直接测量温度
      • 高垂直分辨率
    • 缺点
      • 有限的空间抽样
      • 改变仪器和方法的校准问题
  • 微波发声器。这些卫星携带的仪器以微波频率测量地球的辐射,这使科学家能够推断出厚厚的大气层的温度。
    • 好处
      • 全球覆盖率以高的Samplng率
    • 缺点
      • 粗垂直分辨率
  • 红外蜂鸣器。这些卫星携带的仪器以红外频率测量地球的辐射,使科学家能够使用反演算法检索厚大气层的温度。
    • 好处
      • 以高采样率覆盖全球
      • 温和的垂直分辨率
    • 缺点
      • 对云和其他气溶胶污染的敏感性
  • GPS无线电掩星。该方法使用卫星GPS接收器来测量地球大气层的GPS信号的折射。这允许检索垂直温度和水分型材。
    • 好处
      • 绝对校准
      • 高垂直分辨率
      • 覆盖全球
    • 缺点
      • 只有大约10年的数据
      • 与卫星传输相比,比较频繁的抽样。

RSS上部气温产品

RSS高空温度产品是基于测量乐动体育官方2.0乐动苹果手机微波声纳.微波探测器能够通过测量不同频率的氧分子的热发射来检索大气的垂直温度曲线。这些测量是开乐动苹果手机乐动体育官方2.0发用于大气温度的长期监测的准确系统的关键因素,特别是在具有大量无线电电池测量的区域中。RSS空气温度产品由由此产生的测量组装乐动体育官方2.0乐动苹果手机MSUAmsu.极地轨道卫星上的仪器。我们正在努力使用最新的微波测深仪,atm。乐动体育官方2.0乐动苹果手机

MSU在NOAA极性轨道平台上运行的微波探测单元(MSU)是1978年底到2000年初的卫星温度型材的主要来源。MSU是交叉轨道扫描仪,其在氧吸收带的下肩部的四个通道中测量微波辐射。乐动体育官方2.0乐动苹果手机这四个通道测量了通过较低平流层跨越表面的四层厚层的大气温度。最后一个MSU仪器,NOAA-14,2005年停止可靠的操作。

Amsu.一系列的后续仪器,先进微波测深装置(AMSUs),于1998年开始运作。AMSU仪器与msu类似,但使用更多的通道进行测量,从而在更多的层中对大气进行采样,测量足迹更小,从而提高了空乐动苹果手机乐动体育官方2.0间分辨率。通过使用与MSU仪器中信道最匹配的AMSU信道,我们可以将基于MSU的数据集扩展到目前的水平。此外,我们还完成了AMSU通道10-14的初步分析,该通道测量的温度从平流层低层到高层,远远高于最高的MSU通道。这些仅AMSU的数据集始于1998年中期,当时第一颗AMSU在NOAA-15卫星上发射。amsu唯一的数据集,现在长达14年,已经足够用来调查平流层中上层的长期变化了。

自动取款机将来,AMSU仪器将逐步淘汰,并用先进的技术微波发声器(ATM)替换。第一个ATM于2011年10月28日推出。ATMS所做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使用AMSU交叉ATM,以便将来可以包括ATMS测量。乐动体育官方2.0乐动苹果手机

所有微波探测仪表都在天气预报中为日常运行使用,因此通常不会校准气候研究所需的精确度。可以通过仔细地互连来自MSU,AMSU和ATMS仪器的数据,从测量中提取气候质量数据集。乐动体育官方2.0乐动苹果手机

来自RSS的微波探测数据产品

我们生产3个单通道MSU/AMSU数据集(TMT、TTS和TLS),追溯到1978年底,5个单通道AMSU数据集(C10、C11、C12、C13和C14)始于1998年中期。TLT是一个更复杂的数据集,通过计算不同地球入射角测量值之间的加权差来外推大气中MSU通道2和AMSU通道5的测量值。乐动体育官方2.0乐动苹果手机此外,还有2个多通道数据集TTT和C25,它们是由单通道数据集的加权组合构成的。每个RSS数据产品中使用的卫星和频道,以及每个产品的权重函数如下所示。仅amsu的数据集(C10-C14, C25)处于相对早期的开发过程中,应该被视为初步的,或者在C13和C14的情况下,被视为实验性的。

RSS大气温度产品中使用的频道和卫星:

TLT 台湾海陆运输公司 TTT. TTS. TLS C10 C11. C12. C13 C14 C25
TIROS-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 5 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 5 5、9 7 9 10 11 12 13 14 10 - 13
METOP-A 5 5 5、9 7 9 10 11 12 13 14 10 - 13
阿卡 5 5 5、9 7 9 10 11 12 13 14 10 - 13
NOAA-19. 5 5 5
METOP-B 5 5 5
开始的一年 1978 1978 1978 1987 1978 1998年 1998年 1998年 1998年 1998年 1998年
年末 现在 现在 现在 现在 现在 现在 现在 现在 现在 现在 现在
成熟 稳定的 稳定的 稳定的 稳定的 稳定的 预备考试。 预备考试。 预备考试。 擅长。 擅长。

预备考试。

每个产品测量厚层大气的平均温度。这个亮度温度TB由卫星测量的可以将其描述为大气温度T的地球表面Z上方的高度的积分大气由加权函数W(Z)加权,加上地球表面τεT辐射的微小贡献冲浪


加权功能的确切形式取决于测量的大气柱的温度,湿度和液体含水量。然而,基于大气的平均状态的代表性加权函数有时是有用的。我们根据美国FTP站点的美国标准气氛提供加权功能/ msu / preceing_functions每个MSU/AMSU产品。这些权重函数也绘制在下面的图1中。

图1.每个RSS产品的加权功能。垂直加权功能描述了由大气中的层发射的微波辐射的相对贡献使得卫星在大气中测量的总强度。


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

单通道数据集主要是通过计算近最低点视图(MSU中心5视图,AMSU中心12视图)的平均值来构建的。例外的是来自AMSU的TLS,它使用一组离底视图来更紧密地匹配来自MSU channel 4的测量。乐动体育官方2.0乐动苹果手机看到米尔斯等,2009a为更多的细节。下面的图2显示了近最低点产品和TLT使用的足迹。TLT、TTT和C25是用更复杂的方法构造的。

图2。MSU仪器的两个示例扫描。这颗卫星正沿着南向北的方向移动,并大致从西向东扫描,每次扫描进行11次离散测量。乐动体育官方2.0乐动苹果手机用于从顶部扫描构建近最低点MSU产品(TMT, TTS, TLS)的足迹显示为绿色。每个内存占用空间中的数字是在为给定扫描构造平均值时分配给内存占用空间的权重。用于构建TLT的足迹在下面的扫描中显示为红色和蓝色,红色表示负权值。

对流层低层温度


通过计算来自近肢视图之间的MSU2(或AMSU5)测量的加权差异来构建TLT,并且来自靠近Nadir的相同信道的测量值,如MSU的情况下可以在图2中看到。乐动体育官方2.0乐动苹果手机这具有推断在对流层中降低的MSU2(或AMSU5)测量的效果,并消除了大部分的平流层影响。乐动体育官方2.0乐动苹果手机由于差异涉及在不同位置进行的测量,并且由于所使用的重量的绝对值,因此通乐动苹果手机乐动体育官方2.0过该过程添加了额外的噪声,增加了最终结果中的不确定性。有关详细信息,请参阅mears等人。,2009b

TTT(温度全对流层)


TTT是通过计算TMT和TLS的线性组合而得到的多通道组合乘积。TTT = 1.1* tmt - 0.1* tls。如图3所示,这种组合具有降低平流层低层影响的效果。在更简单的TMT产品中,大约10%的重量来自低层平流层。由于平流层低层的大部分位置在变冷,这使得TMT的年代际变化趋势小于对流层中高层的年代际变化趋势。TTT是由Fu和Johanson, 2005

图3。左边面板显示了TMT和TLS加权函数的加权版本。右边面板蓝色显示TTT = 1.1*TMT - 0.1*TLS的加权函数,黑色显示未修改的TMT加权函数。

C25


如图4所示,C25是使用AMSU通道10、11、12和13的线性组合构造的。

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

该频道的权重函数与平流层测深单元(SSU) 25频道(有时称为1频道)的权重函数非常匹配,本产品旨在对现有的SSU 25频道进行扩展。

图4.左侧面板显示C10通过C13加权函数的加权版本。右图显示了黑色中C25的加权函数,具有蓝色SSU通道25(有时称为SSU通道1)的加权函数。

其他研究小组的微波探测数据产品乐动帐号注册


许多其他研究组从MSU和AMSU仪器乐动帐号注册中产生了数据集。其中,只有UAH明星目前正在更新数据集。其他先前的工作是由Prabhakara,等人进行的。和vinnikov等人,但目前没有更新这些数据集,并且不会延伸到现在。

全球和区域时间序列


每个数据集的全球和区域平均温度异常时间序列图可以使用时间序列浏览工具.下面显示了可用的几个图示例。
图5.全局平均温度异常时间序列,用于温度降低对流层(TLT)。在过去的3个十年中,该地块显示了对流层的变暖,这归因于人为造成的全球变暖。(点击图进入时间序列浏览工具。)
图6。平流层低层温度(TLS)全球平均温度异常时间序列。这张图显示了过去30年平流层低层的冷却情况。这种降温是由臭氧消耗和温室气体增加共同造成的。在最近的十年里,冷却的速度大大降低了。(点击图进入时间序列浏览工具。)
图7. AMSU通道13的全球平均温度异常时间序列,中间平流层。该地块表明,在最近15年内冷却的中间平流层,即使是较低的平流层停止冷却。(点击图进入时间序列浏览工具。)

额外趋势


长期趋势对于检测全球气候变化是有用的,以及将这些测量结果与气候模型的产出进行比较。

我们制作了所有MSU/AMSU数据集的2.5度全球趋势图,可以使用a浏览工具.趋势图是在每个通道的时间段内计算的,每个通道包含每个数据集类型的完整年份的有效数据。

全球82.5S - 82.5N(航道TLT为70S - 82.5N)纬度平均趋势计算如下表,包含2013年3月的数据:

开始时间

停止时间

#年

全球趋势

频道TLT

1979

30+

0.184 K /十年

频道TMT.

1979

30+

0.139 K /十年

通道到达目标时间

1979

30+

0.179 K /十年

TTS频道

1987

22 +

通道TLS.

1979

30+

见各通道亮温异常的月、全球时间序列,并与时间序列进行线性拟合(图7).异常的计算方法是从每个月的平均亮度温度中减去月平均值(每个通道从1979年到1998年的平均值)。

纬向平均月异常


我们还提供包含每个MSU / AMSU通道的每月异常的文本文件,每个频带都平均。此外,这些平均值在陆地,海洋和土地+海洋空间子集上进行。通过减去通过每月的平均亮度温度的平均为1998年通过1998年通过1998年的1998年来确定的平均月度值来计算异常。1979年至1998年的12个月意味着包含在FTP服务器上可用的NetCDF文件中(ftp.remss.com/msu)

纬向月平均异常在这里以文本格式提供

每月浏览图片


每个数据集的MSU/AMSU亮度温度和亮度温度异常的月地图可用浏览工具,或从我们的FTP服务器下载(ftp.remss.com/msu).每个月的地图是一个144 x 72(2.5度分辨率)网格化的亮度温度数据集。亮度温度会根据当地的午夜时间根据我们的月日循环气候学进行调整。亮温异常是指当月亮温与当月平均值的差值。由于可用的数据集长度不同,参考周期因产品而异。

每个月的图像由平均亮温或亮温异常组成。每张地图的比例尺位于地图的底部,以供参考。丢失的数据用灰色表示。由于在这些地区合并测量数据有困难,我们不提供朝极地82.5度(或70度以南的TLT)的月平均值。乐动体育官方2.0乐动苹果手机

每月数据文件


每种数据产品有三种格式:netCDF、二进制和文本。(请参阅本页左上方的链接来访问数据)。我们希望用户使用netCDF版本,但目前将继续提供较早的格式。截至2016年2月,TMT和TTT是4.0版本-所有其他产品是3.3版本。

netCDF文件

文件名格式

内容

rss_tb_maps_ch_ # # # _v3_3.nc

平均每月亮度温度为K.

RSS_TB_ANOM_MAPS_CH _ ### _ v3_3.nc

k度月平均亮温异常。TLT、TMT、TTT、TTS和TLS的参考周期为1978-1998年。AMSU的C10至C14通道的参考周期是1999-2008。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)。这些文件与在NCDC存档的版本相同,除了它们在netCDF3而不是netCDF4。

uat4_tb_V03r03_anom_ch # # # _yyyymm_yyyymm.nc3.nc

月平均亮度温度异常(k度)。这些文件与在NCDC存档的版本相同,除了它们在netCDF3而不是netCDF4。这些文件还包含12个月的1979-1998年(TLT,TMT, TTT, TTS和TLS)或1999-2008年(C10到C14)平均地图,用于确定异常。

二进制文件

位于我们的MSU FTP网站上的每个二进制数据文件包括一个144 x 72 xnumber_of_months数组为4字节实数。这number_of_months目前设定为420,但随着新年数据的开始,将增加12。前两个指数对应经度和纬度(分辨率为2.5度),最后一个指数是从1978年1月开始的月份数字。前10个月不包含有效数据,但包含的目的是使第一个月对应一年的第一个月。这些文件还会被填充空数据,以填充到今年年底的月份。截至2016年2月,TMT和TTT是4.0版本-所有其他产品是3.3版本。

文件名格式

内容

channel_ # # # _tb_v03_3.dat

月平均亮温

channel_ # # # _tb_anom_v03_3.dat

平均每月亮度温度异常,以k。TLT,TTT,TMT,TTS和TLS的参考期1978-1998。参考期为1999 - 2008年,仅适用于AMSU频道C10 THRU C14

文本格式的数据。

这种格式作为一种服务提供给那些拥有从UAH组读取文本格式数据的现有方法的用户。请不要使用这种格式的新代码!

读例程用Fortran, C, IDL和Matlab编写的,可在/msu/支持目录(ftp.remss.com/msu/support)。

这些数据也以netCDF4格式提供,其中包含与cf兼容的元数据国家气候资料中心,它们被称为平均层温- RSS。

MSU/AMSU大气温度数据集的不确定性

(注意:下面的讨论只直接适用于RSS数据集的V3.3版本。我们还没有完成V4.0数据集的不确定性分析)

为什么要研究不确定性?

  • 没有现实的不确定性估计,我们没有科学!
  • 过去,人们从MSU/AMSU的数据中得出了许多结论,很少考虑到数据中的长期不确定性。
  • 大多数以前的错误分析MSU/AMSU数据集集中十二年规模的趋势全球范围内的意思,而相比之下,许多应用程序专注于更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上的估计不确定性。

问题

我们的MSU/AMSU产品使用来自14个不同卫星的数据。这些数据在合并在一起之前需要相互校准。这是一个复杂的过程,如下面的流程图所示。

  • 首先,对当地测量时间(日平差)和地球入射角的变化进行调整。
  • 然后,通过比较来自共轨卫星的测量来执行界距,从而产生一组“合并参数”。乐动体育官方2.0乐动苹果手机
  • 在过程中出现的不确定性(例如,从局部测量时间的调整)可能导致合并参数中的不确定性,这增加了最终结果中的不确定性。

由于误差的复杂性,很难用简单的统计方法进行计算和描述。相反,我们使用蒙特卡罗技术来产生大量可能的误差实现,这些误差与我们研究过的误差源一致。

文中详细描述了产生不确定集的方法,并对结果进行了总结米尔斯等人,2011年


可用的不确定性信息和建议

我们已经为我们生产的每个MSU/AMSU产品构建了100个实现不确定性集合。(目前还没有对AMSU-only平流层通道进行不确定性分析。)这些不确定性实现是可行的在netCDF中,其形式与基线温度数据完全相同。我们建议研究人员评估使用我们的MSU乐动帐号注册/AMSU数据所获得的任何结果中的不确定性,方法是使用不确定性集合中的每个成员重新运行他们的分析,然后评估所获得结果分布中的传播。

最近的更新

RSS 4.0频道TLT产品于2016年6月28日发布。TTS和TLS产品仍然是3.3版本。

先前版本(版本3.3)和新版本(版本4.0)之间最重要的差异是:

  • 改变了对漂移卫星测量时间进行调整的方法。在新方法中,用于这些调整的基于日循环气候学的模型得到了优化,从而更准确地消除了在一天中不同时间进行测量的卫星之间的差异。乐动体育官方2.0乐动苹果手机
  • 现在分别计算陆地和海洋场景的卫星间偏移量。这就防止了陆地上可能出现的误差,因为陆地上对变化的测量时间的调整很大,而对海洋上的测量产生不利影响,因为海洋上的日周期接近于零。乐动体育官方2.0乐动苹果手机
  • 有几个时期的可疑数据被删除了(详见论文)。
  • 现在包括两个新卫星,NOAA-19和MetoP-B。这有助于降低采样误差和由于记录的最后一部分时的日落调整而导致的任何剩余错误。

RSS 4.0频道TMT和TTT产品于2016年3月2日发布。

从3.3到4.0的更改:

此更改代表了一个重大升级。用于构建新产品的方法有4个重要的变化。

  • 利用漂移卫星测量时间进行调整的方法,改变了“日平差”。在新方法中,对用于这些调整的基于模式的日循环气候学进行了优化,从而更准确地消除了由于漂移的局部测量时间造成的卫星间差异。这是最重要的变化,在1999-2005年NOAA-15卫星快速漂移期间,气候变暖明显加剧。
  • 现在分别计算陆地和海洋场景的卫星间偏移量。这可以防止陆地测量时间调整中的误差对海洋测量产生不利影响,因为海洋测量的测量时间调整要小得多。乐动体育官方2.0乐动苹果手机
  • 更多的视图现已包含在数据集中。以前的版本使用了MSU的中央5(共11个)的视图,中央12(分为30)的AMSU视图。这个新版本使用Central 9 MSU视图字段,以及中央24 AMSU视野。这降低了卫星条子间隙之间的差距,并用于减少月平均图中的空间噪声。
  • 数据集增加了两颗新卫星,NOAA-19(数据开始于2009年)和METOP-B(数据开始于2012年)。

有关新版本的更多详细信息,请参阅最近接受的纸张,描述气候杂志。本文早期在线版本是网上

有关早期版本更改的更多细节和信息,请参阅我们的RSS_MSU_AMSU_Version_Notes

参考文献

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确认

MSU / AMSU数据由遥感系统生产。乐动体育下载多年来,我们已经支持从多个来源开发这一数据集,包括Noaa全球计划办公室,Noaa气候计划办公室和Noaa气候数据记录计划。NOAA的气候数据记录计划支持当前数据集(版本3.3)的生产,而美国宇航局的地球科学部门目前支持用于生产数据集的方法的改进,这是科学任务局的一部分。

如何引用这些数据

TLT:

台湾海陆运输公司:

到达目标时间:

TTS和TLS:

估计不确定性:

无线电探空仪的比较: