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

“高空”一词是指大气层远远高于地球表面的那部分。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增进我们对地球气候对不断变化的大气成分的敏感性的理解至关重要。

高空温度的测量方法

有几种测量高空空气的方法。

  • 无线电探空仪(通常称为气象探测气球)。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
      • 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
  • 微波声纳。这些卫星携带的仪器可以测量地球在微波频率下的辐射强度,这使得科学家能够推断出厚大气层的温度。
    • 优势
      • 全球覆盖率高,采样率高
    • 缺点
      • 粗垂直分辨率
  • 红外蜂鸣器。这些是卫星携带的仪器,可以测量地球在红外波段的辐射强度,这使得科学家能够利用反演算法获取厚大气层的温度。
    • 优势
      • 以高抽样率覆盖全球
      • 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
      • 采样频率比星载探测器低。

RSS高空温度产品

RSS高空空气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不同频率下氧分子的热发射来反演大气的垂直温度分布。这些测量是发manbet客户端2.0万博吧展长期监测大气温度的精确系统的一个关键因素,特别是在有大量无线电探空仪测量的地区。RSS空气温度产品是根据由万博吧manbet客户端2.0密歇根州立大学AMSU极地轨道卫星上的仪器。我们正致力于使用最新的微波测深仪——自动取款机的测量结果。万博吧manbet客户端2.0

密歇根州立大学1978年末至2000年初,在NOAA极地轨道平台上运行的微波探测装置(MSU)是卫星温度分布的主要来源。MSUs是交叉跟踪扫描仪,用于测量氧吸收带下肩的50.3至57.95 GHz四个通道的微波manbet客户端2.0万博吧辐射。这四个通道测量了横跨平流层低层的四个厚层的大气温度。最后一个MSU仪器,NOAA-14,在2005年停止可靠运行。

AMSU其后,一系列的先进微波测深装置(AMSUs)在一九九八年开始运作。AMSU仪器与msu仪器类似,但使用更多的通道进行测量,从而在更多的层中采样,测量足迹更小,从而提高了空间分辨manbet客户端2.0万博吧率。通过使用与MSU仪器中通道最接近的AMSU通道,我们可以扩展基于MSU的数据集到目前为止。此外,我们完成了AMSU通道10-14的初步分析,该通道从平流层低层到上层测量温度,远高于最高的MSU通道。这些仅用于AMSU的数据集始于1998年中期,当时NOAA-15卫星发射了第一颗AMSU。amu的数据集现在长达14年,对于研究平流层中上层的长期变化已经足够长了。

自动取款机在未来,AMSU仪器将被淘汰,取而代之的是先进技术的微波测深仪(atm)。第一台自动取款机于2011年10月28日推出。manbet客户端2.0万博吧这些自动柜员机的测量数据尚未用于我们的数据集。我们正努力使自动柜员机与AMSU进行交叉校准,以便将来能够包括自动柜员机的测量数据。

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。万博吧manbet客户端2.0

RSS的微波探测数据产品

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。万博吧manbet客户端2.0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 台湾海陆运输公司 到达目标时间 TTS TLS 10大 C11 C12 C13 这件
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
结束一年 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。

每一种产品都测量了大气中厚层的平均温度。亮度温度TB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上的积分大气由加权函数W(Z)加权,加上地球表面变化对排放的微小贡献冲浪


加权函数的确切形式取决于被测量的大气柱的温度、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。我们在我们的FTP站点提供基于美国标准大气压的加权功能密歇根州立大学/ weighting_functions每个MSU/AMSU产品。这些权重函数也在下面的图1中绘制出来。

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计算平均近最低点视图(中央5视图为MSU,中央12视图为AMSU)。这个例外是来自AMSU的TLS,它使用一组脱离最低点的观点来匹配来自MSU channel 4更紧密的测量。万博吧manbet客户端2.0看到米尔斯等,2009a为更多的细节。图2显示了近最低点产品和TLT使用的足迹。TLT、TTT和C25使用更复杂的方法构造。

图2。两个例子扫描的MSU仪器。卫星从南到北运行,从西到东(大致)扫描,每次扫描进行11次离散测量。万博吧manbet客户端2.0用于构建接近最低点的MSU产品(TMT, TTS, TLS)的足迹从顶部扫描显示为绿色。每个内存占用中的数字是为给定扫描构造平均值时分配给内存占用的权重。下部扫描中,用于构建TLT的足迹以红色和蓝色表示,红色表示负权值。

TLT(对流层温度较低)


TLT是通过计算MSU2(或AMSU5)在近肢视图上的测量值与在接近最低点的相同通道上的测量值之间的加权差来构建的,如图2中MSU的情况所示。万博吧manbet客户端2.0这可以外推在对流层较低位置的MSU2(或AMSU5)测量值,消除平流层的大部分影响。万博吧manbet客户端2.0由于这种差异涉及在不同地点进行的测量,并且由于所使用的权值的绝对值较大manbet客户端2.0万博吧,这一过程会增加额外的噪音,增加最终结果的不确定性。有关详细信息,请参阅米尔斯等,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Fu和Johanson, 2005

图3。左边的面板显示了TMT和TLS加权函数的加权版本。右面板用蓝色显示TTT = 1.1*TMT - 0.1*TLS的权重函数,黑色显示未修改的TMT权重函数。

这件


如图4所示,利用AMSU通道10、11、12、13的线性组合构造C25。

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。左边的面板显示了C10到C13加权函数的加权版本。右边的面板用黑色显示C25的权重函数,蓝色显示SSU通道25(有时称为SSU通道1)的权重函数。

来自其他研究小组的微波探测数据产品万博网址是什么


许多其他研究小组已经从MSU和AMS万博网址是什么U仪器产生了数据集。其中,只有UAH明星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。

全球和区域时间序列


每个数据集的全球和区域平均温度时间序列图可以使用a查看时间序列浏览工具。下面显示了几个可用的图形示例。
图5。对流层低层温度(TLT)全球平均温度异常时间序列。这张图显示了过去30年对流层的变暖,这被认为是人为造成的全球变暖。(单击图进入时间序列浏览工具。)
图6。平流层低温度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。这种冷却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,冷却的速度已经大大降低。(单击图进入时间序列浏览工具。)
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。(单击图进入时间序列浏览工具。)

十年的趋势


长期趋势有助于探测全球气候变化,也有助于将这些测量结果与气候模型的输出进行比较。

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。趋势图是为每个通道在一段时间内计算的,该通道包含针对每种数据集类型的完整年的有效数据。

从82.5S到82.5N (TLT频道从70到82.5N)的全球平均趋势计算如下表所示,包括截至2013年3月的数据:

开始时间

停止时间

#年

全球趋势

通道TLT

1979

30 +

0.184 K /十年

TMT频道

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 +

TLS频道

1979

30 +

每个通道的亮度温度异常的月、全球时间序列,以及与时间序列的线性拟合(图7)。异常值的计算方法是用每个月的平均亮度温度减去每月的平均月值(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)

纬向平均每月异常可在这里的文本格式

每月浏览图片


每个数据集的每月MSU/AMSU亮度温度和亮度温度异常的地图,可使用a浏览浏览工具,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)的亮度温度网格数据集。亮度温度是根据每个月的气候日周期调整到对应于当地午夜的时间。明温异常是指月明温与该月平均值之间的差值。由于可用的数据集长度不同,不同产品的引用周期也不同。

每个月的图像由平均亮度温度或亮度温度异常组成。每张地图的比例尺都位于地图的底部,以供参考。缺失的数据以灰色显示。由于在合并这些地区的测量数据时遇到困难,我们不提供每月82.5度(或南纬70度)的平均值。万博吧manbet客户端2.0

月度数据文件


每个数据产品有三种格式,netCDF、二进制和文本。(请参阅本页左上角的链接以访问数据)。我们希望用户使用netCDF版本,但目前将继续提供早期的格式。截至2016年2月,TMT和TTT是4.0版本,其他所有产品都是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(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

月平均亮温异常k度。这些文件与NCDC存档的版本相同,只是在netCDF3中,而不是netCDF4中。这些文件还包括用于确定异常的12个月的1979-1998年(TLT、TMT、TTT、TTS和TLS)或1999-2008年(C10到C14)平均地图。

二进制文件

MSU FTP站点上的每个二进制数据文件由144 x 72 x组成number_of_months4字节的实数数组。的number_of_months目前是420,但随着每一年数据的开始都会增加12。前两个指数对应经度和纬度(分辨率为2.5度),最后一个指数是月号,从1978年1月开始。前10个月不包含有效数据,但包含其中的第一个月与当年的第一个月相对应。文件中还填充了空数据,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,其他所有产品都是3.3版本。

文件名格式

内容

channel_ # # # _tb_v03_3.dat

月平均亮度温度

channel_ # # # _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。请不要使用此格式的新代码!

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

这些数据也可以使用netCDF4格式,以及来自国家气候数据中心他们的名字平均层温(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,我们就不是在做科学!
  • 过去,人们从MSU/AMSU数据中得出了许多结论,但很少涉及数据的长期不确定性。
  • 大多数以前的MSU/AMSU数据集的错误分析都集中在decadal-scale的趋势全球范围内的意思相比之下,许多应用程序侧重于更短的时间尺度和更小的空间尺度。
  • 在这里,我们描述了对RSS MSU/AMSU产品的不确定度的全面分析。其结果可用于评价各相关时空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。数据在合并之前需要相互校准。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(日变化平差)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数据来实现互校准,从而产生一组“合并参数”。万博吧manbet客户端2.0
  • 在过程中较早出现的不确定度(例如,本地测量时间的调整)会导致合并参数的不确定度,从而增加最终结果的不确定度。

由于误差的复杂性,很难用简单的统计方法计算和描述它们。相反,我们使用蒙特卡罗技术来产生与我们所研究的误差源一致的大量可能的误差实现。

文中详细描述了用于产生不确定系综的方法,并对结果进行了总结米尔斯等人,2011年


可用的不确定信息和建议

我们为我们生产的每一种MSU/AMSU产品构建了一个100的实现不确定性集合。(仅对amsu平流层通道还没有进行不确定性分析。)这些不确定性的实现是可行的在netCDF中,与基准温度数据的形式完全相同。我们建议研究人员使用我们的MSU/A万博网址是什么MSU数据通过使用不确定性集合的每个成员重新运行他们的分析来评估任何结果中的不确定性,然后评估所获得结果的分布。

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。

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。万博吧manbet客户端2.0
  • 对于陆地和海洋场景,卫星间的偏移量现在是分开计算的。这可以防止在陆地上可能出现的误差,因为在陆地上,测量时间的变化需要很大的调整,而在海洋上,由于日变化周期接近于零,可能会对测量产生不利影响。万博吧manbet客户端2.0
  • 几个时期的可疑数据被删除(更多细节见论文)。
  • 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。

2016年3月2日发布RSS 4.0频道TMT和TTT产品。

从3.3到4.0的变化:

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。

  • 根据卫星测量时间漂移进行调整的方法,改变了“日平差”。在新方法中,用于这些调整的基于模型的日变化周期气候学得到了优化,从而更准确地消除了由于当地测量时间漂移造成的卫星间差异。这是最重要的变化,导致了1999年至2005年期间NOAA-15卫星快速漂移期间的大幅变暖。
  • 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。万博吧manbet客户端2.0
  • 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。
  • 两颗新卫星,NOAA-19(数据开始于2009年)和METOP-B(数据开始于2012年)已经被添加到数据集中。

有关新版本的更多细节,请参考最近在《气候杂志》上发表的描述这次升级的论文。该报纸的早期网络版是网上

有关早期版本更改的详细信息,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,(出版中)利用对日变化效应进行优化调整的卫星导出的低对流层大气温度数据集, j .气候。

米尔斯,C. A.和F. J.温茨,(2016)卫星导出的对流层温度趋势对日变化周期调整的敏感性,气候杂志29(10)3629-3646。

米尔斯,c.a, f.j.温茨和P. W.索恩,(2012)评估微波测深单元-无线电探空仪比较在确定对流层温度气候数据记录中的误差的价值《地球物理学。Res., 117(D19), D19103, doi:10.1029/2012JD017710。

米尔斯,c.a, f.j.温茨,P.索恩和D.伯尼,(2011)利用蒙特卡罗估计技术评估MSU和AMSU对大气温度变化估计的不确定性《地球物理学。Res. 116, D08112, doi:10.1029/2010JD014954。

米尔斯,C. A.和F. J.温茨,(2009)MSU和AMSU微波探测仪对流层下部RSS V3.2数据集的构建《大气与海洋技术杂志》,26,1493 -1509。

米尔斯,C. A.和F. J.温茨,(2009)MSU和AMSU微波探测器V3.2大气温万博体育app网页注册度记录的遥感系统建设《大气与海洋技术杂志》,26,1040 -1056。

米尔斯,C. A.和F. J.温茨,(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。

米尔斯,C. A., M. C.沙贝尔和F. J.温茨,(2003)MSU通道2对流层温度记录的再分析,气候杂志,16(22),3650-3664。

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

温尼可夫,K. Y., N. C.格罗迪,A.罗伯克,R. J.斯托弗,P. D.琼斯和M. D.戈德堡。“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, R. Iaacovazzi, J. M. Yoo, 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2000年,27,3517 -3520。

Fu, Q.和c.m. Johanson。“卫星导出的对流层温度趋势的垂直依赖关系”《地球物理研究快报万博网址是什么, 32, L10703, 2005。

J. R.克里斯蒂,R. W.斯宾塞,W. D.布拉斯韦尔。“MSU对流层温度:数据集的构建和无线电探空仪的比较”大气和海洋技术杂志,第17卷,第1153-1170页,2000年。

确认

MSU/AMSU数据由遥感系统产生。万博体育app网页注册多年来,我们得到了许多来源的支持,包括NOAA的全球项目办公室、NOAA的气候项目办公室和NOAA的气候数据记录项目。当前数据集(3.3版)的制作由NOAA的气候数据记录项目提供支持,而制作数据集方法的改进目前由NASA的地球科学部门提供支持,该部门是科学任务理事会的一部分

如何引用这些数据

TLT:

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: