上层空气温度

介绍 RSS声音产品 不确定性 最近的更新 参考文献

介绍

“高层空气”一词是指大气层中远高于地球表面的部分。该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认为是由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。

高层空气温度测量方法

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)。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
      • 温度直接测量
      • 高垂直分辨率
    • 缺点
      • 有限的空间采样
      • 更换仪器和方法时的校正问题
  • 微波声纳。这些是卫星上的仪器,可以测量地球在微波频率下的辐射,这使得科学家可以推断出厚厚的大气层的温度。
    • 优势
      • 以高抽样率覆盖全球
    • 缺点
      • 粗垂直分辨率
  • 红外蜂鸣器。这些是卫星携带的仪器,可以测量地球在红外频率下的辐射,这使得科学家能够利用反演算法反演厚大气层的温度。
    • 优势
      • 高抽样率的全球覆盖率
      • 中等垂直分辨率
    • 缺点
      • 对云和其他气溶胶污染的敏感性
  • GPS无线电掩星。该方法使用卫星携带的GPS接收器来测量GPS信号在地球大气中的折射。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
      • 与卫星探测器相比,采样频率更低。

RSS高空温度产品

RSS高空气温度产品是基于万博吧manbet客户端2.0微波声纳.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manbet客户端2.0万博吧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manbet客户端2.0万博吧射。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。manbet客户端2.0万博吧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。万博吧manbet客户端2.0

所有微波测深仪器都是为天气预报的日常操作使用而开发的,因此通常没有校准到气候研究所需的精度。只有对MSU、AMSU和ATMS仪器的数据进行仔细的相互校准,才能从它们的测量数据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 科技、媒体娱乐和通信 到达目标时间 TTS TLS 10大 C11 C12 C13 这件
蒂罗斯-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. * * * * * * * *
起始年 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。

每种产品测量厚层大气的平均温度。这个亮度温度TB由卫星测量的大气温度可以描述为对地球表面以上高度Z的积分气氛由加权函数W(Z)加权,加上地球表面τεT辐射的微小贡献冲浪


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密歇根州立大学/ weighting_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所示。每个RSS产品的加权功能。垂直加权函数描述了大气中一层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看到米尔斯等人,2009年a更多细节。下图2显示了用于近最低点产品和TLT的示意图。TLT、TTT和C25是使用更复杂的方法构造的。

图2。MSU仪器的两个扫描示例。卫星从南向北移动,从西向东(大致)扫描,每次扫描进行11次离散测量。用于从顶部扫描构建接近最低点的MSU产品(TMT、TTS、TLS)的示意图显示为绿色。每个示意图中的数字是为给定扫描构造平均值时分配给示意图的权重。用于构建TLT的足迹在下部扫描中以红色和蓝色显示,红色表示负重。万博吧manbet客户端2.0

TLT(对流层下部温度)


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。万博吧manbet客户端2.0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。万博吧manbet客户端2.0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manbet客户端2.0万博吧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,请参阅米尔斯等,2009b

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是由傅和约翰逊,2005年

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。

这件


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。

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密歇根州立大学万博网址是什么和密歇根州立大学的仪器中生成了数据集。其中,只有乌阿明星目前正在更新数据集。其他以前的工作是由Prabhakara等人和Vinnikov等人完成的,但这些数据集目前没有更新,也没有延伸到现在。

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的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。(点击图进入时间序列浏览工具。)
图6。平流层下部温度(TLS)的全球平均温度异常时间序列。该图显示了过去30年中平流层下部的冷却情况。这种冷却是由臭氧消耗和温室气体增加共同造成的。在最近十年中,冷却速度大幅降低。(单击图以转到时间序列浏览工具。)
图7。平流层中部AMSU通道13的全球平均温度异常时间序列。这张图显示,平流层中部在最近15年里变冷了,而平流层下部却停止了冷却。(点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,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. 趋势图在每个通道的时间段内进行计算,每个通道包含每个数据集类型的有效数据的完整年份。

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

#年头

全球趋势

通道TLT

1979

30+

0.184K/十年

TMT频道

1979

30+

0.139 K /十年

通道到达目标时间

1979

30+

0.179K/十年

TTS频道

1987

22 +

TLS频道

1979

30+

查看每个通道亮度温度异常的月度、全球时间序列,以及时间序列的线性拟合(图7). 通过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)来计算异常。

纬向平均月异常


我们还提供文本文件,其中包含每个MSU/AMSU通道在多个纬带上平均的月异常。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将每个通道的1979年至1998年的平均数据从每个月的平均亮度温度中减去一个月的平均值。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)

纬向平均月异常以文本格式提供

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度温度或亮度温度异常组成。每张地图的比例尺位于地图底部,以供参考。缺失数据以灰色显示。由于难以合并这些地区的测量值,我们不提供向极地方向82.5度(或TLT为70年代以南)的月平均值。万博吧manbet客户端2.0

月度数据文件


每个数据产品都有3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)。我们更希望用户使用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为4.0版-所有其他产品均为3.3版。

netCDF文件

文件名格式

目录

rss_tb_地图_ch#####u v3_3.nc

月平均亮度温度(K度)。

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###u yyyymm_yyyyymm.nc3.nc

月平均亮度温度异常,单位为K度。这些文件与NCDC存档的版本相同,只是它们位于netCDF3而不是netCDF4中。这些文件还包含用于确定异常的1979-1998年(TLT、TMT、TTT、TTS和TLS)或1999-2008年(C10至C14)12个月平均图。

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 x月数4字节实数数组。的月数目前设定为420,但随着新的一年数据的开始,将增加12。前两个指数对应于经度和纬度(分辨率为2.5度),最后一个指数是月数,从1978年1月开始。前10个月不包含有效数据,但包含这些数据是为了使第一个月对应于一年中的第一个月。这些文件还填充了空数据,以填充截至今年年底的月份。截至2016年2月,TMT和TTT为4.0版-所有其他产品均为3.3版。

文件名格式

目录

channel_ # # # _tb_v03_3.dat

月平均亮温

channel_ # # # _tb_anom_v03_3.dat

k度月平均亮温异常。TLT、TTT、TMT、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

文本格式的数据。

此格式作为一项服务提供给拥有从UAH组读取文本格式数据的现有方法的用户。请不要将此格式用于新代码!

阅读程序用Fortran、C、IDL和Matlab编写,可在/msu中使用/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数据中心,它们被称为平均层温度-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。
  • 以前对MSU/AMSU数据集的大多数错误分析都集中在decadal-scale的趋势全球尺度平均数相比之下,许多应用集中在较短的时间尺度和较小的空间尺度上。
  • 这里,我们描述了RSS MSU/AMSU产品中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颗不同卫星的数据。在合并到一起之前,需要对数据进行相互校准。这是一个复杂的过程,如下面的流程图所示。

  • 首先,对局部测量时间(日调整)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”。万博吧manbet客户端2.0
  • 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,很难用简单的统计方法计算和描述。相反,我们使用蒙特卡罗技术产生大量可能的误差实现,这些误差与我们所研究的误差源一致。

中给出了用于生成不确定度集合的方法的详细说明,以及结果摘要米尔斯等人,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。(尚未对仅AMSU平流层通道进行不确定性分析。)这些不确定性实现是可用的在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/AMSU数据,通过使用不确定度集合的每个成员重新运行分析,然后评估所获得结果分布中的分布,从而评估万博网址是什么任何结果中的不确定度。

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。

以前的版本(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
  • 对于陆地和海洋场景,现在分别计算卫星间偏移量。这可以防止在陆地上可能出现的误差,因为在陆地上,测量时间变化的调整量很大,从而对海洋上的测量产生不利影响,因为海洋上的昼夜周期接近于零。万博吧manbet客户端2.0
  • 删除了几段可疑数据(有关更多详细信息,请参阅本文)。
  • 两颗新卫星,NOAA-19和METOP-B现在已列入处理范围。这有助于减少采样误差和在记录的最后一部分中由于每日调整而产生的任何剩余误差。

RSS版本4.0频道TMT和TTT产品于2016年3月2日发布。

从3.3更改为4.0:

这个变化代表了一次重大的升级。在构建新产品的方法上有4个重要的变化。

  • 根据漂移卫星测量时间进行调整的方法,改变了“日间调整”。在新方法中,对用于这些调整的基于模型的日循环气候学进行了优化,以便更准确地消除由于局部测量时间漂移而产生的卫星间差异。这是最重要的变化,并导致1999-2005年期间,当NOAA-15卫星快速漂移时,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域。之前的版本使用了MSU的中央5个(总共11个)视场,AMSU的中央12个(总共30个)视场。这个新版本使用中央9个MSU视场,中央24个AMSU视场。这减少了卫星条带之间的差距,并有助于减少月平均地图中的空间噪声。
  • 两颗新卫星,NOAA-19(数据开始于2009年)和METOP-B(数据开始于2012年)已添加到数据集中。

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网上

有关早期版本更改的更多详细信息,请参阅RSS\ MSU\ AMSU\版本\注释

参考文献

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米尔斯,C.A.和F.J.温茨(2016年)卫星导出的对流层温度趋势对日周期调整的敏感性,气候杂志,29(10),3629-3646,内政部:内政部:10.1175/JCLI-D-15-0744.1。

米尔斯,C.A.,F.J.温茨和P.W.索恩(2012年)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《地球物理学。Res., 117(D19), D19103, doi:10.1029/2012JD017710。

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米尔斯,C. A.和F. J.温兹,(2009)MSU和AMSU微波测深仪低层对流层RSS V3.2数据集的构建中国海洋大学学报(自然科学版)

米尔斯,C. A.和F. J.温兹,(2009)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,大气和海洋技术杂志,261040-1056。

米尔斯,C. A.和温兹,(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。

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确认

MSU/AMSU数据由遥感系统提供。万博体育app网页注册多年来,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:

台湾海陆运输公司:

到达目标时间:

  • 米尔斯,C.A.和F.J.温茨(2016年)卫星导出的对流层温度趋势对日周期调整的敏感性,气候杂志,29(10),3629-3646,内政部:内政部: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通讯万博网址是什么,32,L10703,2005。

TTS和TLS:

不确定性估计:

无线电探空仪的比较: