合并微波气候数据记录(CDR)

海气基本气候变量(AS-ECV)

动机:气候趋势分析

对于这个数据集,飞行超过33年的14个卫星微波辐射计经过仔细的相互校准和合并,以检测和分析地球气候系统的根本变化。


AS-ECV话单描述

AS-ECV CDR是五个海气(AS)变量的多年代(目前超过33年)气候数据记录(CDR),所有这些变量都被全球气候观测系统归类为基本气候变量(ECV)。AS-ECV CDR位于全球(但仅限于海洋)2.5°纬度乘以2.5°经度网格上,每个月一次。目前,时间段为1987年7月至2021年2月。AS-ECV CDR将随着新观测结果的出现而每年延长。数据文件格式为符合CF的NetCDF4。表1给出了AS-ECV CDR数据文件的内容。

AS-ECV CDR包括:海表温度SST(°C)、近地表海洋风速W (m/s)、海洋上空总水汽V (mm)、海洋上空云液态水L (mm)、海表雨率R (mm/hr)。除SST外,所有变量均来自图1所示的微波(MW)传感器。海温是Reynolds等[2007]的产物。MW海温反演直到1998年TMI的推出才开始,直到2002年AMSR-E的推出才成为全球范围的海温反演。为了提供整个1987年到2020年期间的海温,我们选择使用雷诺兹乘积。对于下一个版本的AS-ECV CDR,我们计划包括MW SST。雨率产品被称为rain -MW,以强调与其他依赖于各种降雨数据集的雨率产品相比,它完全来自于MW观测。

在大多数AS-ECV CDR 33年以上的时间跨度内,两个或更多的传感器在任何给定的时间内运行(图1)。在这些重叠期间,将多传感器AS-ECV的检索结果平均为一个月地图。此外,RSS将继续提供特定于传感器的AS-ECV文件,其中只包含来自一个传感器的观测结果。传感器AS-ECV文件在0.25x0.25度网格上提供,按日、3天、每周和每月的时间步。


表1。AS-ECV气候数据记录文件的内容

参数

单位

➢纬度

➢经度

东度

➢时间

部分年

➢Time_years

历年

➢Time_months

月的一年

变量

单位

ii .海洋表面温度(SST)

摄氏度

(三)近地表风速

米/秒

(三)柱状水蒸气

(三)柱状云液态水

ii .申请海水表面降雨率(Rain- mw)

毫米/小时

图1。用于构建AS-ECV CDR的微波辐射计(及其任务时间表)。虚线表示我们计划纳入CDR的未来传感器。蓝线表示极地轨道上的传感器,红线表示倾斜轨道上的传感器。


科学基础:正向模型和检索算法

AS-ECV算法使用亮度温度测量(T万博吧manbet客户端2.0B)从MW辐射计估算地球表面网格单元的AS ECV。该算法基于精确的海洋辐射传输模型(ORTM),用于海洋表面和干涉大气。以下论文和报告描述了ORTM的发展:Wentz[1997]、Wentz和Meissner[2000]、Meissner和Wentz[2002]以及Meissner和Wentz[2004]。Meissner和Wentz[2012]、Meissner等人[2014]和Wentz和Meissner[2016]给出了ORTM的现状。所有传感器使用相同的检索算法。检索算法可以看作是ORTM的反函数。它可以找到与观察到的亮度温度非常匹配的AS ECV集:

TB= ORTM (AS-ECV)

该算法使用两阶段回归方法来实现这一目标,Wentz and Meissner[2000]和Wentz and Meissner[2007]对此进行了描述。两阶段回归算法得到海温、W、V和l。给定这些检索值,rain算法得到降雨率r。rain算法由Wentz和Spencer[1998]和Hilburn和Wentz[2007]描述。两阶段回归和降雨算法的结合称为统一微波海洋反演算法(UMORA)。


变量的描述

海洋表面温度

海表温度(SST)是对海水上层(°C)温度的测量,是驱动海洋-大气耦合系统并与之相互作用的基本量。海温测量主要有三种类型。万博吧manbet客户端2.0首先是体积海温,它测量的是米量级深度的温度。第二种是皮下海温,它测量的深度以毫米为单位。第三种是皮肤SST,它测量的深度为微米量级。目前,我们使用的是海温的雷诺兹值,因此测量跨越了33年以上的时间周期[Reynolds等人,2007]。万博吧manbet客户端2.0雷诺估计是一个整体海温,合并了红外和微波卫星(AVHRR和AMSR)和原位平台(船舶和浮标)的观测结果。在未来版本的数据文件中,我们将包括微波辐射计的sst,它使用ortm训练的回归来测量皮下深度。这些微波衍生的海温对低频微波测量的温度敏感万博吧manbet客户端2.0B(4-11 GHz),从1997年至今。海温测量manbet客户端2.0万博吧被用来观察全球气候系统的变化,并帮助预测年代际气候模式,如El Niño南方涛动。此外,海温占合并全球陆海表面温度数据产品的71%的地表面积输入,这些数据产品用于预测飓风轨迹等海洋事件[NCAR, 2014]。最近,sst被用来训练气候模式,使其输出与观测值相匹配[Kosaka和Xie, 2013]。除了气候模型和季节性监测/预测外,海温观测在预测珊瑚白化、跟踪污染以及管理旅游业和商业渔业方面也很有用。

近地表风速

风速(m/s)测量由于不同的加热和行星的旋转而导致的高压和低压系统之间的差异引起的空气运动。在该数据集中,我们使用ORTM回归提供海面以上10m处的风速,并观测到TB它测量海洋表面粗糙度。我们最新的风算法现在通过雨计算风速,这个风过雨产品将包括在数据集的未来版本。风速是监测天气和气候的一个重要变量。在自然灾害的背景下,风速的测量尤其重要,因为更高的风速会导致更强烈的飓风和野火。在更长的时间尺度和更大的区域,风直接控制气团的输送,影响季节(季风)和年际(ENSO,印度洋偶极子,北大西洋振荡)气候变率。此外,气候模型受益于风速测量,因为风不仅会导致气候振荡,而且风,特别是西风带,驱动洋流将温暖的亚热带水带manbet客户端2.0万博吧到极地地区。最后,风速的变化会影响生态系统。例如,风将富含营养的沙尘从非洲的撒哈拉沙漠带到美洲,这对亚马逊的初级生产力有积极的影响,而对佛罗里达的珊瑚礁有消极的影响[Garrison等人,2003;Shinn等人,2000年;Bristow et al., 2010; Yu et al., 2015].

柱状水蒸气

水蒸气是水在大气中的气态透明状态。我们测量了海洋上方的柱状水汽,单位为mm,它表示大气水汽的总高度,如果它被冷凝并均匀分布在2.5x2.5度网格单元上。在这个数据集中,我们使用ORTM回归和观察到的TB在海洋表面提供柱状水蒸气。大气中水蒸气的数量对天气现象和气候研究都有影响。在天气条件下,水蒸气是将太阳热能转化为机械能的对流介质。在这个过程中,水蒸气从海洋表面蒸发并上升到上层大气,取代了较冷的空气。随后,充满水的空气凝结形成云并释放潜热,这两者都导致热带气旋和雷暴。此外,高水汽含量对闪电的发展是必不可少的。最后,水蒸气是最强烈的温室气体。增加的水蒸气有助于大气温度的上升,而这反过来又会增加蒸发和大气能容纳的水蒸气的数量。

柱状云液态水

云液态水代表大气中水的液态、不透明状态,即云。它不测量水的固体形式,如云中的雪和冰。与水蒸气类似,云的液态水含量以毫米为单位,因为液态云水的高度均匀地分布在2.5x2.5度的网格单元上。在这种情况下,液态水的含量很容易与海洋和水蒸气区分开来,因为它的极性很小。我们使用ORTM回归与观察TB以估计海洋表面上的柱状云液态水。准确测量云液态水对于测量Rain-MW降水至关重要。此外,微波衍生云罩通常用于红外和可见光卫星测量,这些卫星无法透过云层观测。万博吧manbet客户端2.0在气候方面,云也有相互竞争的作用,一些云通过反射可见光使地球降温,而另一些云通过吸收红外辐射使地球变暖。

海面雨率(Rain- mw)

海面雨率测量的是海洋液态水的平均降水量,单位为毫米/小时。UMORA降雨算法的基本观测值是总柱状液态水L (mm)。我们使用L作为雨率(R)解析解的输入,当L为> 0.18 kg/m2时,R与L分离。大气河流和季风降雨对向世界人口中心供应淡水至关重要[Arabzadeh et al., 2020;Guan et al., 2010;Dettinger等人,2011;NCAR, 2021;志升等,2014]。此外,精确的降雨测量使我们能够更好地描述干旱manbet客户端2.0万博吧、滑坡、洪水和严重风暴等对社会产生巨大影响的因素。在气候变化的背景下,能够理解全球海洋降水的年际变化、长期趋势和不确定性是至关重要的。 Observations indicate the narrowing and strengthening of precipitation in the ITCZ over recent decades in both the Atlantic and Pacific basins, with little change in its location [Byrne et al., 2018]. In addition, evidence suggests that increased atmospheric moisture will enhance the intensity of atmospheric river precipitation, with substantially longer and wider atmospheric rivers than the ones we observe today [Payne et al., 2020; Espinoza et al., 2018].


参考文献

Arabzadeh A., M.R. Ehsani, B. Guan, S. Heflin, and A. Behrangi, 2020:遥感和再分析产品中大气河流降水的全球对比。地球物理学报,35(4):457 - 461。万博网址是什么https://doi.org/10.1029/2020JD033021

布里斯托、c.s.、K.A.哈德逊-爱德华兹和a.c Chappell, 2010:用西非沙尘肥沃亚马逊河和赤道大西洋。地球物理学报,37(14万博网址是什么)。https://doi.org/10.1029/2010GL043486

Byrne m.p., A.G. Pendergrass, A.D. Rapp, & K.R. Wodzicki, 2018:热带辐合带对气候变化的响应:位置、宽度和强度。《当前气候变化报告》,4,第355-370页。https://doi.org/10.1007/s40641-018-0110-5

德丁格,m.d., F.M. Ralph, T. Das, P.J. Neiman, D.R. Cayan, 2011:加州大气河流、洪水和水资源。水,3(2),pp. 445-478。https://doi.org/10.3390/w3020445

Espinoza,V.,D.E.Waliser,B.Guan,D.A.Lavers和F.M.Ralph,2018:气候变化预测对大气河流影响的全球分析。《地球物理研究快报》,45(9),第4299-4308页。万博网址是什么https://doi.org/10.1029/2017GL076968

加里森,v.h., E.A. Shinn, W.T. Foreman, D.W. Griffin, C.W. Holmes, C.A. Kellogg, M.S. Majewski, L.L. Richardson, K.B. Ritchie, & G.W. Smith, 2003:非洲和亚洲沙尘:从沙漠土壤到珊瑚礁。生物科学,53(5),469-480页。https://doi.org/10.1641/0006 - 3568 (2003) 053 (0469: AAADFD) 2.0.CO; 2

关,B., N.P. Molotch, D.E. Waliser, E.J. Fetzer, & P.J. Neiman, 2010:通过卫星测量与大气河流和地表气温有关的极端降雪事件。万博吧manbet客户端2.0地球物理研究通讯,37,万博网址是什么L20401。https://doi.org/10.1029/2010GL044696

王志强,王志强,2007:基于统一微波海洋反演算法(UMORA)的无源微波雨产品。应用气象学和气候学杂志,47,第778-794页。https://doi.org/10.1175/2007JAMC1635.1

谢淑君,2013:“近期全球变暖停滞与赤道太平洋表面冷却有关”。自然的信。501。https://doi.org/10.1038/nature12534

麦斯纳和温兹,2002:被动微波亮度温度下海洋表面风向信号的更新分析。遥感学报,40(6),pp. 1230-1240。

Meissner,T.和F.J.Wentz,2004:微波卫星观测的纯净水和海水的复介电常数。IEEE地球科学和遥感学报,第42卷(9),第1836-1849页。https://doi.org/10.1109/TGRS.2004.831888

Meissner,T.和F.J.Wentz,2012:在风速和地球入射角的大范围内,海洋表面在6-90 GHz之间的发射率。IEEE地球科学和遥感学报,50(8),第3004-3026页。https://doi.org/10.1109/TGRS.2011.2179662

Meissner, T., F.J. Wentz,和L. Ricciardulli, 2014:来自粗糙海洋表面的l波段微波辐射的发射和散射和水瓶座传感器的风速测量。万博吧manbet客户端2.0地球物理研究杂志:海洋,119,6499-65万博网址是什么22页。https://doi.org/10.1002/2014JC009837

国家大气研究中心(NCAR), 2014:气候数据指南:SST数万博网址是什么据集:概述和比较表。https://climatedataguide.ucar.edu/climate-data/sst-data-sets-overview-comparison-table

国家大气研究中心(NCAR),2021年:季风。大学大气研究公司万博网址是什么(UCAR)科学教育中心。https://scied.ucar.edu/learning-zone/storms/monsoons

Payne, a.e., M. Demory, L.R. Leung, A.M.拉莫斯,C.A. Shields, J.J. Rutz, N. Siler, G. Villarini, A. Hall, & F.M. Ralph, 2020:大气河流对气候变化的响应和影响。《自然评论地球与环境》,1,143-157页。https://doi.org/10.1038/s43017-020-0030-5

雷诺兹,R.W.,T.M.史密斯,C.刘,D.B.切尔顿,K.S.凯西和M.G.施拉克斯,2007:海洋表面温度的每日高分辨率混合分析。《气候杂志》,第20期,第5473-5496页。https://doi.org/10.1175/2007JCLI1824.1

希恩,E.A., G.W.史密斯,J.M. Prospero, P. Betzer, M.L. Hayes, V. Garrison, & R.T. Barber, 2000:非洲沙尘与加勒比珊瑚礁的消亡。地球物理研究通讯,27(万博网址是什么19),3029-3032页。

Wentz,F.J.,1997:用于特殊传感器微波/成像仪的校准良好的海洋算法。地球物理研究杂志,102(c4),第8703-8718页。万博网址是什么

温茨,F.J.和T.迈斯纳,2000年:AMSR海洋算法,第2版;第121599A-1号报告,66页,遥感系统,加利福尼亚州圣罗莎,可在线查阅:万博体育app网页注册http://images.remss.com/papers/rsstech/2000_121599A-1_Wentz_AMSR_Ocean_ATBD_V2.pdf

Wentz, f.j & T. Meissner, 2007: AMSR-E海洋算法;补充1。报告第051707号,6页,遥感系统,加州圣罗莎。在万博体育app网页注册线可得:http://images.remss.com/papers/rsstech/2007_051707_Wentz_AMSR_Ocean_V2_Supplement_1.pdf


如何引用这些数据

继续生产该数据集需要我们向科学界证明该数据集的价值。请在出版物中引用这些数据:manbext万博官网

Wentz,F.J.和RSS团队,2021年:海气基本气候变量气候数据记录,2.5度网格上的月度数据,版本8.1,遥感系统,加利福尼亚州圣罗莎。数据可从www.dj-hx.com获得。万博体育app网页注册