Published October 31, 2012 | Version v1
Publication Open

Depolarization ratio of Polar Stratospheric Clouds in coastal Antarctica: profiling comparison analysis between a ground-based Micro Pulse Lidar and the space-borne CALIOP

Creators

  • 1. Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial
  • 2. Universidad de Granada
  • 3. Argentine Antarctic Institute

Description

Abstract. Polar Stratospheric Clouds (PSCs) play an important role in polar ozone depletion. In particular ice clouds, type PSC-II, with respect to the type PSC-I (nitric acid clouds) produce the most significant effects. Therefore PSC characterization, mainly focused on PSC-II discrimination is needed. The backscattering (R) and volume linear depolarization (δV) ratios are the parameters usually used in lidar measurements for PSC detection and identification. In this work, an improved version of the standard NASA/Micro Pulse Lidar (MPL-4), which includes a built-in depolarization detection module, has been used for PSC observations above the coastal Antarctic Belgrano II station (Argentina, 77.9° S 34.6° W, 256 m a.s.l.) since 2009. Examination of the MPL-4 δV feature as a suitable index for PSC-type discrimination is based on the analysis of the two-channel data, i.e. the parallel (p-) and perpendicular (s-) polarized MPL signals. This study focuses on the comparison of simultaneous δV-profiles as obtained from ground-based MPL-4 measurements during three Antarctic winters with those reported from the space-borne lidar CALIOP aboard the CALIPSO satellite in the same period (48 simultaneous cases are analysed for 2009–2011 austral winter times). Two different variables are considered for the comparison analysis between both lidar datasets in order to test the degree of agreement: the correlation coefficient (CC) and the percentage difference (BIAS). Results indicate a relatively good correlation between the δV-profiles once MPL-4 depolarization calibration parameters are applied. This correlation is based on the linear fitted height-range of the layered structure, obtaining CC values higher than 0.5 for 54% (26 cases) out of all the analysed cases (48 in total). However, less satisfactory results are found when the BIAS test is used in the comparison procedure to test the degree of agreement between the lidar datasets. A predominance of negative BIAS values are observed showing that the MPL-4 δV values are underestimated with respect to CALIOP data; however, differences between the MPL-4 datasets are no greater than an 11% (absolute value) with respect to CALIOP values. Moreover, the agreement appears to be unexpectedly independent of the CALIPSO ground-track overpass distance from the Belgrano II station. Consequently, differences between the δV datasets are not dominated by spatial inhomogeneity of the PSC field.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

ملخص: تلعب غيوم الستراتوسفير القطبية (PSCs) دورًا مهمًا في استنفاد الأوزون القطبي. على وجه الخصوص، تنتج الغيوم الجليدية من النوع PSC - II، فيما يتعلق بالنوع PSC - I (غيوم حمض النيتريك) التأثيرات الأكثر أهمية. لذلك هناك حاجة إلى توصيف PSC، الذي يركز بشكل أساسي على تمييز PSC - II. نسب التشتت العكسي (R) وإزالة الاستقطاب الخطي للحجم (δV) هي المعلمات المستخدمة عادة في قياسات الليدار للكشف عن PSC وتحديده. في هذا العمل، تم استخدام نسخة محسنة من معيار NASA/Micro Pulse Lidar (MPL -4)، والذي يتضمن وحدة كشف مدمجة لإزالة الاستقطاب، لملاحظات PSC فوق محطة Belgrano II الساحلية في أنتاركتيكا (الأرجنتين، 77.9° S 34.6° W، 256 m a.s.l.) منذ عام 2009. يعتمد فحص ميزة MPL -4 δV كمؤشر مناسب للتمييز من نوع PSC على تحليل البيانات ثنائية القناة، أي إشارات MPL المتوازية (p -) والعمودية (s -) المستقطبة. تركز هذه الدراسة على مقارنة ملفات تعريف δV المتزامنة كما تم الحصول عليها من قياسات MPL -4 الأرضية خلال ثلاثة فصول شتاء في القطب الجنوبي مع تلك المبلغ عنها من LIDAR CALIOP المحمولة في الفضاء على متن القمر الصناعي CALIPSO في نفس الفترة (يتم تحليل 48 حالة متزامنة لأوقات الشتاء الأسترالية 2009–2011). يتم النظر في متغيرين مختلفين لتحليل المقارنة بين مجموعتي بيانات ليدار من أجل اختبار درجة الاتفاق: معامل الارتباط (CC) وفرق النسبة المئوية (التحيز). تشير النتائج إلى وجود علاقة جيدة نسبيًا بين ملفات تعريف δV بمجرد تطبيق معلمات معايرة إزالة الاستقطاب MPL -4. يعتمد هذا الارتباط على نطاق الارتفاع المركب الخطي للهيكل الطبقي، والحصول على قيم CC أعلى من 0.5 لـ 54 ٪ (26 حالة) من جميع الحالات التي تم تحليلها (48 حالة في المجموع). ومع ذلك، يتم العثور على نتائج أقل إرضاءً عند استخدام اختبار التحيز في إجراء المقارنة لاختبار درجة الاتفاق بين مجموعات بيانات LIDAR. لوحظت هيمنة قيم التحيز السلبي التي تبين أن قيم MPL -4 δV يتم التقليل من شأنها فيما يتعلق ببيانات CALIOP ؛ ومع ذلك، فإن الاختلافات بين مجموعات بيانات MPL -4 لا تزيد عن 11 ٪ (القيمة المطلقة) فيما يتعلق بقيم CALIOP. علاوة على ذلك، يبدو أن الاتفاقية مستقلة بشكل غير متوقع عن مسافة عبور المسار الأرضي لكاليبسو من محطة بيلغرانو الثانية. وبالتالي، فإن الاختلافات بين مجموعات بيانات δV لا تهيمن عليها عدم التجانس المكاني لمجال PSC.

Translated Description (French)

Résumé. Les nuages stratosphériques polaires (CSP) jouent un rôle important dans l'appauvrissement de l'ozone polaire. En particulier, les nuages de glace, de type PSC-II, par rapport au type PSC-I (nuages d'acide nitrique) produisent les effets les plus significatifs. Par conséquent, une caractérisation PSC, principalement axée sur la discrimination PSC-II, est nécessaire. Les rapports de rétrodiffusion (R) et de dépolarisation linéaire en volume (δV) sont les paramètres habituellement utilisés dans les mesures lidar pour la détection et l'identification PSC. Dans ce travail, une version améliorée de la norme NASA/Micro Pulse Lidar (MPL-4), qui comprend un module de détection de dépolarisation intégré, a été utilisée pour les observations PSC au-dessus de la station côtière Antarctique Belgrano II (Argentine, 77,9° S 34,6° W, 256 m ASL) depuis 2009. L'examen de la fonction MPL-4 δV en tant qu'indice approprié pour la discrimination de type PSC est basé sur l'analyse des données à deux canaux, c'est-à-dire les signaux MPL polarisés en parallèle (p-) et perpendiculaire (s-). Cette étude se concentre sur la comparaison des profils δV simultanés obtenus à partir de mesures MPL-4 au sol pendant trois hivers antarctiques avec ceux rapportés par le lidar spatial CALIOP à bord du satellite CALIPSO au cours de la même période (48 cas simultanés sont analysés pour les périodes hivernales australiennes 2009–2011). Deux variables différentes sont prises en compte pour l'analyse comparative entre les deux ensembles de données lidar afin de tester le degré de concordance : le coefficient de corrélation (CC) et la différence en pourcentage (BIAIS). Les résultats indiquent une corrélation relativement bonne entre les profils δV une fois que les paramètres d'étalonnage de dépolarisation MPL-4 sont appliqués. Cette corrélation est basée sur la plage de hauteur ajustée linéaire de la structure stratifiée, obtenant des valeurs de CC supérieures à 0,5 pour 54% (26 cas) de tous les cas analysés (48 au total). Cependant, des résultats moins satisfaisants sont trouvés lorsque le test de BIAIS est utilisé dans la procédure de comparaison pour tester le degré de concordance entre les ensembles de données lidar. Une prédominance de valeurs de BIAIS négatives est observée montrant que les valeurs MPL-4 δV sont sous-estimées par rapport aux données CALIOP ; cependant, les différences entre les ensembles de données MPL-4 ne sont pas supérieures à 11% (valeur absolue) par rapport aux valeurs CALIOP. De plus, l'accord semble être étonnamment indépendant de la distance de dépassement de la voie terrestre de CALIPSO par rapport à la station Belgrano II. Par conséquent, les différences entre les ensembles de données δV ne sont pas dominées par l'inhomogénéité spatiale du champ PSC.

Translated Description (Spanish)

Resumen. Las nubes estratosféricas polares (PSC) desempeñan un papel importante en el agotamiento del ozono polar. En particular, las nubes de hielo, tipo PSC-II, con respecto al tipo PSC-I (nubes de ácido nítrico) producen los efectos más significativos. Por lo tanto, se necesita la caracterización de PSC, centrada principalmente en la discriminación de PSC-II. Las relaciones de retrodispersión (R) y despolarización lineal de volumen (δV) son los parámetros utilizados generalmente en las mediciones lidar para la detección e identificación de PSC. En este trabajo, se ha utilizado una versión mejorada del estándar NASA/Micro Pulse Lidar (MPL-4), que incluye un módulo de detección de despolarización incorporado, para observar el PSC sobre la estación costera antártica Belgrano II (Argentina, 77.9° S 34.6° O, 256 m s.n.m.) desde 2009. El examen de la característica MPL-4 δV como un índice adecuado para la discriminación de tipo PSC se basa en el análisis de los datos de dos canales, es decir, las señales MPL polarizadas paralelas (p-) y perpendiculares (s-). Este estudio se centra en la comparación de perfiles δV simultáneos obtenidos a partir de mediciones terrestres de MPL-4 durante tres inviernos antárticos con los informados desde el lidar espacial CALIOP a bordo del satélite CALIPSO en el mismo período (se analizan 48 casos simultáneos para el invierno austral 2009–2011). Se consideran dos variables diferentes para el análisis comparativo entre ambos conjuntos de datos lidar con el fin de probar el grado de concordancia: el coeficiente de correlación (CC) y la diferencia porcentual (SESGO). Los resultados indican una correlación relativamente buena entre los perfiles δV una vez que se aplican los parámetros de calibración de despolarización de MPL-4. Esta correlación se basa en el rango de altura de ajuste lineal de la estructura en capas, obteniendo valores de CC superiores a 0,5 para el 54% (26 casos) de todos los casos analizados (48 en total). Sin embargo, se encuentran resultados menos satisfactorios cuando se utiliza la prueba de SESGO en el procedimiento de comparación para probar el grado de acuerdo entre los conjuntos de datos lidar. Se observa un predominio de valores de SESGO negativo que muestra que los valores de MPL-4 δV están subestimados con respecto a los datos de CALIOP; sin embargo, las diferencias entre los conjuntos de datos de MPL-4 no son mayores que un 11% (valor absoluto) con respecto a los valores de CALIOP. Además, el acuerdo parece ser inesperadamente independiente de la distancia de paso elevado de la pista de tierra de CALIPSO desde la estación Belgrano II. En consecuencia, las diferencias entre los conjuntos de datos δV no están dominadas por la falta de homogeneidad espacial del campo PSC.

Files

amt-6-703-2013.pdf.pdf

Files (4.9 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:48d3b15d6bee0f893ddaa52b23a0a442
4.9 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نسبة إزالة الاستقطاب من الغيوم الستراتوسفيرية القطبية في القارة القطبية الجنوبية الساحلية: تحليل مقارنة التوصيف بين ليدار النبض الدقيق الأرضي و CALIOP المحمول في الفضاء
Translated title (French)
Rapport de dépolarisation des nuages stratosphériques polaires en Antarctique côtier : analyse comparative de profilage entre un lidar à micro-impulsions au sol et le CALIOP spatial
Translated title (Spanish)
Relación de despolarización de las nubes estratosféricas polares en la Antártida costera: análisis de comparación de perfiles entre un Micro Pulse Lidar terrestre y el CALIOP espacial

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2321158044
DOI
10.5194/amtd-5-8051-2012

Is supplement to
https://openalex.org/W4388636848 (Other)
https://openalex.org/W3102930834 (Other)
https://openalex.org/W3017317562 (Other)
https://openalex.org/W3013665783 (Other)
https://openalex.org/W2797785747 (Other)
https://openalex.org/W2080702410 (Other)
https://openalex.org/W2074065773 (Other)
https://openalex.org/W1987088121 (Other)
https://openalex.org/W1980227357 (Other)
https://openalex.org/W1947519331 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W2000780733
  • https://openalex.org/W2002083249
  • https://openalex.org/W2005192947
  • https://openalex.org/W2017795014
  • https://openalex.org/W2019347432
  • https://openalex.org/W2026673973
  • https://openalex.org/W2029491907
  • https://openalex.org/W2059581637
  • https://openalex.org/W2063980464
  • https://openalex.org/W2076785672
  • https://openalex.org/W2077751410
  • https://openalex.org/W2087199341
  • https://openalex.org/W2092792319
  • https://openalex.org/W2093808168
  • https://openalex.org/W2094554400
  • https://openalex.org/W2101972656
  • https://openalex.org/W2102476491
  • https://openalex.org/W2112446429
  • https://openalex.org/W2127024102
  • https://openalex.org/W2147935135
  • https://openalex.org/W2148883638
  • https://openalex.org/W2176825343
  • https://openalex.org/W4242931674
  • https://openalex.org/W4245715510