高温温度

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介绍

术语“上空气”是指大气层的良好地在地球表面上方。该区域的气氛温度是基本的气候变量。最近的大气温度变化归因于人类诱发的气候变化。继续监测大气温度至关重要,这对于推进我们对变化大气组成的敏感性的理解至关重要。

上空气温度的测量方法

有几种可用于测量上空气的方法。

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

    • 优势
      • 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
  • 微波声纳。这些是卫星传播的仪器,可测量在微波频率下的地球发光,这使得科学家们推测厚大气层的温度。
    • 优势
      • 以高抽样率覆盖全球
    • 缺点
      • 粗垂直分辨率
  • 红外发声器。这些是卫星传播的仪器,可测量在红外频率下的地球发光,这使得科学家使用反转算法检索厚大气层的温度。
    • 优势
      • 全球覆盖率以高采样率
      • 适度的垂直分辨率
    • 缺点
      • 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。
    • 优势
      • 绝对校准
      • 高垂直分辨率
      • 全球覆盖范围
    • 缺点
      • 只有大约10年的数据
      • 与卫星探测器相比,采样频率更低。

RSS高空温度产品

RSS上空气温度产品基于通过的测量乐动体育官方2.0乐动苹果手机微波调位器.微波探测器能够通过测量不同频率下氧分子的热辐射来反演大气的垂直温度分布。这些测量是发乐动苹果手机乐动体育官方2.0展长期监测大气温度的精确系统的关键因素,特别是在有大量无线电探空仪测量的地区。RSS空气温度产品是由测量乐动体育官方2.0乐动苹果手机密歇根州立大学AMSU.极地轨道卫星的仪器。我们正致力于使用最新的微波发声器,ATM的测量。乐动体育官方2.0乐动苹果手机

密歇根州立大学在美国国家海洋和大气管理局(NOAA)极轨平台上运行的微波探测单元(MSU)是1978年底至2000年初卫星温度廓线的主要来源。MSUs是跨轨扫描仪,在氧吸收带的下肩测量从50.3到57.95 GHz的四个通道的微波辐乐动苹果手机乐动体育官方2.0射。这四个通道测量了从表层到平流层下层的四层大气温度。最后一个MSU仪器,NOAA-14,在2005年停止可靠运行。

AMSU.一系列后续仪器,先进的微波探测单元(AMSUS)开始于1998年开始运营。AMSU仪器类似于MSU,但使用更多频道进行测量,从而在更多层中取样气氛,乐动体育官方2.0乐动苹果手机具有较小的测量占地面积,从而增加了空间分辨率。通过使用最接近MSU仪器中的频道的AMSU通道,我们可以将基于MSU的数据集扩展到现在。此外,我们已经完成了对AMSU通道10-14的初步分析,其测量从下部到上层流层的温度远高于最高MSU通道。这些AMSU的数据集开始于1998年中期,并在NOAA-15卫星上发布了第一件AMSU。只有14年的AMSU的数据集开始长期足够长,以调查中型和上层之间的长期变化。

ATM在未来,AMSU仪器将逐步淘汰,取而代之的是先进技术微波测深仪(ATMS)。第一台自动取款机于2011年10月28日推出。乐动苹果手机乐动体育官方2.0在我们的数据集中还没有使用自动取款机的测量值。我们正在努力将自动取款机与AMSU进行交叉校准,以便将来可以将自动取款机的测量数据纳入其中。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。只有通过仔细地互连来自MSU,AMSU和ATMS仪器的数据,可以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

从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. TMT. 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
梅普-A 5. 5. 5,9. 7. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 10-13
aqu 5. 5. 5,9. 7. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 10-13
NOAA-19 5. 5. 5. * * * * * * * *
梅普-B 5. 5. 5. * * * * * * * *
开始年份 1978年 1978年 1978年 1987年 1978年 1998 1998 1998 1998 1998 1998
年末 当下 当下 当下 当下 当下 当下 当下 当下 当下 当下 当下
到期 稳定的 稳定的 稳定的 稳定的 稳定的 prelim。 prelim。 prelim。 经验。 经验。

prelim。

每个产品测量厚层中大气的平均温度。这种亮度温度tB.通过卫星测量可以描述为大气温度T的地球表面Z上方的高度的整体。大气层由加权函数w(z)加权,加上地球表面τε的发射导致的小贡献冲浪


称重函数的确切形式取决于被测大气柱的温度、湿度和液态水含量。然而,基于大气平均状态的代表性加权函数有时是有用的。我们在FTP网站上提供基于美国标准大气的加权功能/ msu / preceing_functions对于每个MSU / AMSU产品。这些加权功能也在图2中绘制。下面的1。

图1.每个RSS产品的加权功能。垂直加权函数描述了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)

单个通道数据集主要由计算近Nadir视图的平均值(MSU的中心5个视图,为AMSU的中央12视图)进行构建。对AMSU的TLS除外,它使用一组违法的视图来更密切地匹配MSU通道4的测量值。乐动体育官方2.0乐动苹果手机看Mears等,2009a更多细节。显示用于近Nadir产品和TLT的占地面积的地图如下图2所示。TLT,TTT和C25采用更复杂的方法构建。

图2. MSU仪器的两个示例扫描。卫星在南方往北方向行驶,并扫描(大致)向东扫描,每次扫描都会制作11个离散测量。乐动体育官方2.0乐动苹果手机用于构造来自顶部扫描的近Nadir MSU产品(TMT,TTS,TLS)的脚印以绿色显示。每个占用量码中的数字是在构建给定扫描的平均值时分配给占用的权重。用于构建TLT的足迹在较低扫描中以红色和蓝色显示,具有红色表示负重。

TLT(温度降低对流层)


TLT是通过计算MSU2(或AMSU5)近缘视图测量值与同一通道近最低点测量值之间的加权差构建的,如图2中MSU的情况所示。乐动体育官方2.0乐动苹果手机这可以将MSU2(或AMSU5)在对流层的测量值外推,并消除大部分平流层的影响。乐动体育官方2.0乐动苹果手机由于在不同位置进行的测量存在差异,而且所使用的权重的绝对值很大,因此这乐动苹果手机乐动体育官方2.0个过程会增加额外的噪声,增加最终结果的不确定性。有关更多详情,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是由傅和约翰逊,2005年

图3.左侧面板显示TMT和TLS加权函数的加权版本。右图显示TTT = 1.1 * TMT - 0.1 * TLS的加权功能,其中未修改的TMT加权函数以黑色显示。

C25


如图4所示,使用AMSU通道10,11,12和13的线性组合构建C25。

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。左边是C10到C13的加权功能。右边面板黑色显示C25的权重函数,蓝色显示SSU 25频道(有时称为SSU 1频道)的权重函数。

来自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.星星数据集目前正在更新。其他以前的工作是由Prabhakara,等人进行的。和vinnikov等人,但这些数据集目前没有更新,并且不会延伸到现在。

全球和区域时间序列


可以使用a查看全局和区域平均时间序列的时间序列的曲线图可以使用a查看每个数据集的温度异常序列时间序列浏览工具.下面的图表的几个例子如下所示。
图5。对流层低层温度(TLT)全球平均温度异常时间序列。这幅图显示了过去30年对流层的变暖,这被归因于人类造成的全球变暖。(单击图形以转到时间序列浏览工具。)
图6.全球平均温度异常时间序列,用于温度下划线(TLS)。该地块在过去的3年中显示了较低平流层的冷却。这种冷却是由臭氧耗竭和温室气体增加的组合引起的。在最近的十年中,冷却率大幅下降。(单击图形以转到时间序列浏览工具。)
图7. AMSU通道13的全球平均温度异常时间序列,中间平流层。该地块显示了在最近15年内冷却的中间平流层,即使是较低的平流层停止冷却。(单击图形以转到时间序列浏览工具。)

十年的趋势


长期趋势有助于探测全球气候变化,并将这些测量结果与气候模式的输出进行比较。

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.趋势地图在每个通道的时间段计算每个数据集类型的每个通道的时间段计算。

通过82.5秒计算的全球平均趋势从82.5秒(通道TLT为82.5n)显示在下表中,并包括2013年3月的数据:

开始时间

停止时间

# 年

全球趋势

通道TLT

1979年

30 +

0.184 k /十年

频道TMT.

1979年

30 +

0.139 K /十年

通道TTT

1979年

30 +

0.179 k /十年

频道TTS.

1987年

22 +

通道TLS.

1979年

30 +

每月,全局时间序列是每个通道的亮度温度异常,以及线性适合时间序列(图7).通过从平均亮度温度减去平均月值(每条通道的1979年至1998年的平均)来计算异常从平均亮度温度计算。

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,每个频道都平均。此外,这些平均值在陆地,海洋和土地+海洋空间子集上进行。通过减去通过平均1979至1998年通过每个月的平均亮度温度的1998年通过1998年来确定的平均月值来计算异常。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)

处于自由平均的月度异常以文本格式可用

每月浏览图像


MSU / AMSU亮度温度和每个数据集的亮度温度异常的每月地图可用于使用a浏览浏览工具或者从我们的FTP服务器下载(ftp.remss.com/msu).每月地图都是144 x 72(2.5度分辨率)网格数据集的亮度温度。使用我们每月昼夜循环气候学,调整亮度温度以对应于午夜的当地时间。亮度温度异常是每月亮度温度和该月平均值之间的差异。由于可用的不同数据集长度,引用周期因产品而异。

每月图像都包括平均亮度温度或亮度温度异常。每个地图的比例位于地图的底部以供参考。缺少数据以灰色显示。由于在这些地区的测量中合并,我们不提供每月82.5度(或70s以南部)的极端。乐动体育官方2.0乐动苹果手机

月度数据文件


每个数据产品有3种格式,netcdf,二进制和文本。(请参阅此页面左上角的链接以访问数据)。我们更倾向于使用NetCDF版本,但将继续为较早的格式提供。截至2016年2月,TMT和TTT是版本4.0 - 所有其他产品都是版本3.3。

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_YYYYYMMM.nc3.nc

平均每月亮度温度异常值为K.这些文件与在NCDC上存档的版本相同,除了它们在NetCDF3而不是NetCDF4中。这些文件还包含1279-1998(TLT,TMT,TTT,TTT和TTS和TLS)或1999-2008(C10 THRU C14)的平均图用于确定异常。

二进制文件

每个二进制数据文件位于我们的MSU FTP站点由144 x 72 xnumber_of_month.4字节实数数组。的number_of_month.目前设置为420,但是每年都会增长12次。前两个指数对应于经度和纬度(在2.5度分辨率时),最后一个索引是月号,从1978年1月开始。前10个月没有任何有效的数据,但是包括在内的第一个月对应于一年中的第一个月。这些文件还包含空数据以填充到当年结束时的数月。截至2016年2月,TMT和TTT是版本4.0 - 所有其他产品都是版本3.3。

文件名格式

内容

channel_ # # # _tb_v03_3.dat

平均每月亮度温度

通道_ ### _ tb_anom_v03_3.dat

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

文本格式的数据。

此格式作为服务提供给具有从UAH组中的文本格式数据中读取的现有方法的用户服务。请不要为新代码使用此格式!

阅读例程在/ MSU / MATLAB中提供用Fortran,C,IDL和MATLAB编写支持目录(ftp.remss.com/msu/support)。

这些数据也以NetCDF4格式提供,来自符合CF的元数据国家气候数据中心,他们被称为平均层温度 - RSS。

我们的MSU / AMSU大气温度数据集的不确定性

(注意:以下讨论仅直接适用于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!
  • 在过去,已经从MSU / AMSU数据中汲取了许多结论,几乎没有考虑到数据中的长期不确定性。
  • MSU / AMSU数据集的最先前错误分析集中在一起十二年规模趋势全球范围意味着虽然相比之下,许多应用程序都集中在较短的时间尺度和较小的空间尺度上。
  • 在这里,我们描述了对RSS MSU / AMSU产品的不确定性的全面分析。结果可用于评估所有相关时间和空间尺度的估计不确定性。

问题

我们的MSU / AMSU产品使用14个不同卫星的数据。在合并在一起之前需要互际数据。这是一个复杂的过程,如下面的流程图所示。

  • 首先,对局部测量时间(昼夜调节)和地球入射角的变化进行调整。
  • 然后,通过比较同轨卫星的测量值进行相互校准,得到一组“合并参数”。乐动体育官方2.0乐动苹果手机
  • 在过程早期出现的不确定性(例如,从局部测量时间的调整)可能导致合并参数的不确定性,这增加了最终结果的不确定性。

由于误差的复杂性,因此难以使用简单的统计方法计算和描述。相反,我们使用Monte Carlo技术来产生与我们研究过的错误源一致的错误的大量可能的误差。

用于生成不确定性集合的方法的详细描述以及结果的摘要Mears等,2011年


可用的不确定性信息和建议

我们为我们生产的每个MSU / AMSU产品构建了100个实现不确定性集合。(尚未在AMSU的平流层渠道上进行不确定性分析。)这些提供不确定性的实现在NetCDF中,表单与基线温度数据完全相同。我们建议,研究人员通过使用不确定性集乐动帐号注册合的每个成员重新运行他们的分析,从而使用我们的MSU / AMSU数据获得的任何结果中的不确定性,然后在获得的结果分布中评估扩散。

最近更新

RSS版本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。

以前版本(3.3版)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。这可以防止在陆地上的可能误差,其中改变测量时间的调整大,从不利地影响海洋的测量,那里昼夜循环接近零。乐动体育官方2.0乐动苹果手机
  • 删除了几个嫌疑数据(有关详细信息,请参阅论文)。
  • 现在包括两个新卫星,NOAA-19和METOP-B。这有助于减少采样误差和由于记录的最后一部分时的昼夜调整而存在任何剩余错误。

RSS版本4.0频道TMT和TTT产品发布于2016年3月2日发布。

从3.3到4.0的变化:

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。

  • 用于对漂移卫星测量时间进行调整的方法,“昼夜调整”改变。在新方法中,优化了用于这些调整的基于模型的昼夜周期气候学,使其更准确地消除由于漂移的局部测量时间而导致的差距差异。这是最重要的变化,在1999 - 2005年期间,当NOAA-15卫星迅速漂流时,在1999 - 2005年期间导致更加变暖。
  • 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(总计)视图和中央12(30个)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。这降低了卫星条子之间的间隙的大小,并用于减少月平均图中的空间噪声。
  • 添加到DataSet中,两个新的卫星NoaA-19(2009年的数据开始)和MetoP-B(2012年的数据开始)。

有关新版本的更多细节,请参阅《气候杂志》(Journal of Climate)上最近接受的描述这一升级的论文。这篇论文的早期在线版本在线提供

有关早期版本更改的更多详细信息和信息,请参阅我们的rss_msu_amsu_version_notes.

参考文献

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Mears,C. A.和F. J.Ventz,(2016)卫星衍生的对流层温度趋势对日循环调整的敏感性,气候杂志,29(10),3629-3646,DOI:DOI:10.1175 / JCLI-D-15-0744.1。

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米尔斯,c.a., F. J.温茨,P.索恩和D.伯尼,(2011)使用Monte-Carlo估计技术评估来自MSU和AMSU的大气温度变化的估计不确定性,J. Geophys。Res,116,D08112,DOI:10.1029 / 2010JD014954。

米尔斯,C. A.和F. J.温兹,(2009)从MSU和AMSU微波调位施加RSS V3.2降低对流层数据集中国海洋大学学报(自然科学版)

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Mears,C. A.和F. J.Ventz,(2005)漂移测量时间对卫星导出的低对流层温度的影响,科学,309,1548-1551。

Mears,C.A.,M.C.C.C.Chabel和F. J.Ventz,(2003)MSU通道2的重新分析对流层温度记录,气候,16(22),3650-3664。

Prabhakara,C.,R. Iacovazzi Jr,J.-M。Yoo,G. Dalu。“全球变暖:卫星观察估计”地球物理研究字母乐动帐号注册, Vol. 27(21), 3517- 3520,2000。

Vinnikov,K. Y.,N.C.C.C. Grodation,A. Robock,R. J. Stouffer,P. D. Jones和M. D. Goldberg。“表面和对流层的温度趋势”地球物理研究杂志乐动帐号注册,111,D03106,2005。

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傅谦和c.m.约翰森。卫星导出的对流层温度趋势的垂直相关性地球物理研究字母乐动帐号注册,32,l10703,2005。

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承认

MSU/AMSU数据由遥感系统提供。乐动体育下载多年来,我们得到了包括NOAA全球项目办公室、NOAA气候项目办公室和NOAA气候数据记录项目在内的多个来源对这一数据集开发的支持。当前数据集(3.3版)的生产由NOAA的气候数据记录项目支持,而用于生产数据集的方法的改进目前由NASA的地球科学部门支持,该部门是科学任务理事会的一部分。

如何引用这些数据

TLT:

TMT:

TTT:

  • Mears,C. A.和F. J.Ventz,(2016)卫星衍生的对流层温度趋势对日循环调整的敏感性,气候杂志,29(10),3629-3646,DOI:DOI:10.1175 / JCLI-D-15-0744.1。
  • 傅谦和c.m.约翰森。卫星导出的对流层温度趋势的垂直相关性地球物理研究字母乐动帐号注册,32,l10703,2005。

TTS和TLS:

不确定性估计:

无线电探空仪的比较: