上层空气温度

介绍 RSS探测产品 不确定性 最近的更新 参考文献

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.

    • 优势
      • 直接测温
      • 高垂直分辨率
    • 缺点
      • 有限空间抽样
      • 更换仪器和方法时的校准问题
  • 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。
    • 优势
      • 高采样率的全球覆盖率
    • 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。
    • 优势
      • 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。该方法使用星载GPS接收机测量地球大气对GPS信号的折射。这允许检索垂直温度和湿度剖面。
    • 优势
      • 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
      • 与星载测深仪相比,采样频率较低。

RSS高气温产品

RSS高空温度产品是基于测量万博吧manbet客户端2.0微波声纳. 微波探测仪能够通过测量氧分子在不同频率下的热发射来反演大气的垂直温度剖面。这些测量是开发长期监测大气温度的精确系统的一个关键因素,特别是在无线电探空仪测量量大的地区。RSS空气温度产品是根据制造商的测量结果组装而成的万博吧manbet客户端2.0密歇根州立大学阿姆苏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。万博吧manbet客户端2.0

密歇根州立大学在NOAA极地轨道平台上运行的微波探测装置(MSU)是1978年末至2000年初卫星温度剖面的主要来源。MSU是一种交叉跟踪扫描仪,可在氧吸收带下肩上的四个通道中测量50.3至57.95 GHz的微波辐射。这四个通道测量了穿过平流层下部地面的四个厚层中的大气温度。最后一台MSU仪器NOAA-14于2005年停止可靠运行。万博吧manbet客户端2.0

阿姆苏一系列的后续仪器,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manbet客户端2.0万博吧间分辨率。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。

自动取款机未来,AMSU仪器将逐步淘汰,取而代之的是先进技术的微波发声器(ATM)。第一台自动取款机于2011年10月28日推出。我们的数据集中尚未使用自动取款机进行的测量。我们正在努力与AMSU交叉校准自动取款机,以便将来可以包括自动取款机测量。万博吧manbet客户端2.0

所有微波探测仪器都是为天气预报的日常操作而开发的,因此通常没有校准到气候研究所需的精度。只有对MSU、AMSU和ATM仪器的数据进行仔细的相互校准,才能从其测量结果中提取气候质量数据集。万博吧manbet客户端2.0

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。万博吧manbet客户端2.0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 语音合成 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 1998 1998 1998 1998 1998
年底 现在 现在 现在 现在 现在 现在 现在 现在 现在 现在 现在
成熟 马厩 马厩 马厩 马厩 马厩 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卫星测量的结果可以描述为大气温度T在地球表面Z以上高度上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


加权函数的精确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站点上提供基于美国标准大气的加权函数/msu/加权函数每个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产品的加权函数。垂直加权函数描述了大气层发射的微波辐射对卫星在大气上方测量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。万博吧manbet客户端2.0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。万博吧manbet客户端2.0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


TLT是通过计算来自近肢视图的MSU2(或AMSU5)测量值与来自接近最低点的相同通道的测量值之间的加权差来构建的,如图2中MSU的情况所示。这可以外推对流层较manbet客户端2.0万博吧低位置的MSU2(或AMSU5)测量值,并消除大部分平流层影响。由于差异涉及在不同位置进行的测量,并且由于使用的权重绝对值较大,因此该过程会增加额外的噪声,从而增加最终结果的不确定性。有关更多详细信息,请参阅米尔斯等人,2009年b

TTT(对流层总温度)


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到C13加权函数的加权版本。右侧面板以黑色显示C25的加权函数,以蓝色显示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万博网址是什么


其他一些研究小组已经从MSU和AMS万博网址是什么U仪器中产生了数据集。其中,只有UAH明星目前正在更新数据集。其他先前的工作由Prabhakara等人和Vinnikov等人完成,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。对流层下部温度(TLT)的全球平均温度异常时间序列。该图显示了过去30年中对流层的变暖,这被认为是人为造成的全球变暖。(单击图以转到时间序列浏览工具。)
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信道13在中平流层中的全球平均温度异常时间序列。该图显示,在最近15年中,即使在平流层下部停止冷却的情况下,平流层中部也在冷却。(单击图以转到时间序列浏览工具。)

十年趋势


长期趋势有助于检测全球气候变化,并将这些测量结果与气候模型的结果进行比较。

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

信道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 +

信道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


我们还提供文本文件,其中包含多个纬向带上每个MSU/AMSU通道的月平均异常。此外,这些平均值在陆地、海洋和陆地+海洋空间子集上执行。通过从每个月的平均亮度温度中减去每个通道1979年至1998年平均数据确定的月平均值来计算异常。1979年至1998年的12个月平均数包含在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。万博吧manbet客户端2.0

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

月平均亮度温度,单位为K度。

rss_tb_anom_maps_ch#####u 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MSU FTP站点上的每个二进制数据文件由144 x 72 xnumber_of_months4字节实数数组。这个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

TLT、TTT、TMT、TTS和TLS的参考期1978-1998年的月平均亮度温度异常(以K度为单位)。仅AMSU通道C10至C14的参考期为1999-2008年

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?

  • 如果没有现实的不确定性估计,我们就不是在做科学!
  • 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数据集集中十年尺度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,通过比较来自同一轨道卫星的测量值来执行相互校准,产生一组“合并参数”。万博吧manbet客户端2.0
  • 过程早期出现的不确定性(例如,由于本地测量时间的调整)可能会导致合并参数的不确定性,从而增加最终结果的不确定性。

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万博网址是什么/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。

旧版本(3.3版)和新版本(4.0版)之间最重要的区别是:

  • 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。万博吧manbet客户端2.0
  • 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。万博吧manbet客户端2.0
  • 有几个时期的可疑数据被删除了(详见论文)。
  • 两颗新的卫星,NOAA-19和METOP-B,现在已包括在处理中。这有助于减少采样误差和由于记录最后一部分的日间调整而产生的任何剩余误差。

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:

此更改代表了一次重大升级。用于构建新产品的方法有4个重要变化。

  • 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。万博吧manbet客户端2.0
  • 数据集中现在包含了更多的视图字段。以前的版本使用MSU的中央5个(总共11个)视场,AMSU的中央12个(总共30个)视场。此新版本使用中央9个MSU视场和中央24个AMSU视场。这减少了卫星线束之间的间距,并有助于减少月平均地图中的空间噪声。
  • 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,请参阅最近在《气候杂志》上发表的描述此次升级的文章。这篇论文的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

米尔斯,C. A.和F. J.温茨,(2017)使用优化的日效应调整的卫星源对流层低层大气温度数据集,气候变化研究,30(19),7695-7718,doi: 10.1175/jcli-d-16-0768.1。

米尔斯,c.a.和F. J. Wentz, (2016)卫星对流层温度趋势对日周期调整的敏感性气候变化,29(10),3629-3646,doi: doi: 10.1175/JCLI-D-15-0744.1。

米尔斯,c.a., F. J. Wentz and P. W. Thorne, (2012)评估微波探测单位与探空仪比较在确定对流层温度气候数据记录误差中的价值,J.Geophys。决议,117(D19),D19103,内政部:10.1029/2012JD017710。

米尔斯,C.A.,F.J.温茨,P.索恩和D.伯尼,(2011年)利用蒙特卡罗估计技术估算密歇根州立大学和密歇根州立大学大气温度变化的不确定性《地球物理学。参考文献,116,D08112, doi:10.1029/2010JD014954。

米尔斯,C.A.和F.J.温茨(2009年)从MSU和AMSU微波探测仪构建RSS V3.2对流层低层数据集,大气和海洋技术杂志,26,1493-1509。

米尔斯,C.A.和F.J.温茨(2009年)MSU和AMSU微波探测器大气温度记录的万博体育app网页注册遥感系统V3.2的构建中国海洋大学学报(自然科学版),26,1040-1056。

米尔斯,C. A.和温兹,(2005)漂移测量时间对卫星反演对流层低层温度的影响,科学杂志,3091548-1551。

米尔斯,c.a., M. C. Schabel和F. J. Wentz, (2003)MSU频道2对流层温度记录的再分析,气候杂志,16(22),3650-3664。

Prabhakara, C., R. Iacovazzi Jr ., j - m。柳,g .大陆。全球变暖:来自卫星观测的估计《地球物理研究快报万博网址是什么, Vol. 27(21), 3517- 3520,2000。

文尼科夫,k.y, n.c.格罗迪,A. Robock, R. J. Stouffer, P. D. Jones, m.d. Goldberg。地表和对流层的温度趋势地球物理研究杂志万博网址是什么, 111, d03106, 2005。

Prabhakara, C., R. Iaacovazzi, J. M. Yoo和G. Dalu。全球变暖:来自卫星观测的证据《地球物理研究快报万博网址是什么, 27,3517 - 3520,2000。

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《地球物理研究快报万博网址是什么, 32, 10703, 2005。

J. R. Christy, R. W. Spencer, W. D. Braswell。MSU对流层温度:数据集构建和探空仪比较大气与海洋技术杂志,第17卷,第1153-1170页,2000。

确认

MSU/AMSU数据由遥感系统生成。多年来,我们从多个来源获万博体育app网页注册得了对该数据集开发的支持,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。当前数据集(3.3版)的制作得到了NOAA气候数据记录计划的支持,而用于制作数据集的方法的改进目前得到了NASA地球科学部的支持,该部是科学任务理事会的一部分。

如何引用这些数据

TLT:

台湾海陆运输公司:

到达目标时间:

  • 米尔斯,c.a.和F. J. Wentz, (2016)卫星对流层温度趋势对日周期调整的敏感性气候变化,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《地球物理研究快报万博网址是什么, 32, 10703, 2005。

TTS和TLS:

估计不确定性:

无线电探空仪的比较: