Published June 8, 2016 | Version v1
Publication Open

Ground-based assessment of the bias and long-term stability of 14 limb and occultation ozone profile data records

Creators

  • 1. Royal Belgian Institute for Space Aeronomy
  • 2. Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand
  • 3. Centre National de la Recherche Scientifique
  • 4. Observatoire des Sciences de l'Univers de la Réunion
  • 5. University of Saskatchewan
  • 6. Nello Carrara Institute of Applied Physics
  • 7. Jet Propulsion Laboratory
  • 8. Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales
  • 9. United States Naval Research Laboratory
  • 10. NOAA Earth System Research Laboratory
  • 11. Finnish Meteorological Institute
  • 12. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR)
  • 13. York University
  • 14. Chalmers University of Technology
  • 15. Kochi University of Technology
  • 16. National Institute for Environmental Studies
  • 17. National Institute of Water and Atmospheric Research
  • 18. Hampton University
  • 19. Instituto Franco-Argentino sobre Estudios de Clima y sus Impactos
  • 20. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 21. Norwegian Institute for Air Research
  • 22. German Meteorological Service
  • 23. Environment and Climate Change Canada
  • 24. National Institute for Public Health and the Environment
  • 25. Universities Space Research Association
  • 26. Goddard Space Flight Center
  • 27. Royal Netherlands Meteorological Institute
  • 28. Royal Meteorological Institute of Belgium
  • 29. Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung
  • 30. University of Waterloo
  • 31. University of Toronto
  • 32. Langley Research Center

Description

Abstract. The ozone profile records of a large number of limb and occultation satellite instruments are widely used to address several key questions in ozone research. Further progress in some domains depends on a more detailed understanding of these data sets, especially of their long-term stability and their mutual consistency. To this end, we made a systematic assessment of 14 limb and occultation sounders that, together, provide more than three decades of global ozone profile measurements. In particular, we considered the latest operational Level-2 records by SAGE II, SAGE III, HALOE, UARS MLS, Aura MLS, POAM II, POAM III, OSIRIS, SMR, GOMOS, MIPAS, SCIAMACHY, ACE-FTS and MAESTRO. Central to our work is a consistent and robust analysis of the comparisons against the ground-based ozonesonde and stratospheric ozone lidar networks. It allowed us to investigate, from the troposphere up to the stratopause, the following main aspects of satellite data quality: long-term stability, overall bias and short-term variability, together with their dependence on geophysical parameters and profile representation. In addition, it permitted us to quantify the overall consistency between the ozone profilers. Generally, we found that between 20 and 40 km the satellite ozone measurement biases are smaller than ±5 %, the short-term variabilities are less than 5–12 % and the drifts are at most ±5 % decade−1 (or even ±3 % decade−1 for a few records). The agreement with ground-based data degrades somewhat towards the stratopause and especially towards the tropopause where natural variability and low ozone abundances impede a more precise analysis. In part of the stratosphere a few records deviate from the preceding general conclusions; we identified biases of 10 % and more (POAM II and SCIAMACHY), markedly higher single-profile variability (SMR and SCIAMACHY) and significant long-term drifts (SCIAMACHY, OSIRIS, HALOE and possibly GOMOS and SMR as well). Furthermore, we reflected on the repercussions of our findings for the construction, analysis and interpretation of merged data records. Most notably, the discrepancies between several recent ozone profile trend assessments can be mostly explained by instrumental drift. This clearly demonstrates the need for systematic comprehensive multi-instrument comparison analyses.

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

Translated Description (Arabic)

الملخص. تُستخدم سجلات ملف تعريف الأوزون لعدد كبير من أدوات الأقمار الصناعية الخاصة بالأطراف والاحتجاب على نطاق واسع لمعالجة العديد من الأسئلة الرئيسية في أبحاث الأوزون. ويعتمد إحراز المزيد من التقدم في بعض المجالات على فهم أكثر تفصيلاً لمجموعات البيانات هذه، لا سيما استقرارها على المدى الطويل واتساقها المتبادل. ولتحقيق هذه الغاية، أجرينا تقييمًا منهجيًا لـ 14 جهازًا لسبر الأطراف والاحتجاب، والتي توفر معًا أكثر من ثلاثة عقود من القياسات العالمية لملف الأوزون. على وجه الخصوص، نظرنا في أحدث سجلات المستوى التشغيلي 2 من قبل SAGE II و SAGE III و HALOE و UARS MLS و AURA MLS و POAM II و POAM III و OSIRIS و SMR و GOMOS و MIPAS و SCIAMACHY و ACE - FTS و MAESTRO. ويتمثل محور عملنا في تحليل متسق وقوي للمقارنات ضد شبكات ليدار الأوزون الأرضية وشبكات ليدار الأوزون الستراتوسفيرية. سمح لنا بالتحقيق، من التروبوسفير حتى الإيقاف الطبقي، في الجوانب الرئيسية التالية لجودة بيانات الأقمار الصناعية: الاستقرار على المدى الطويل، والتحيز العام والتباين على المدى القصير، إلى جانب اعتمادها على المعلمات الجيوفيزيائية وتمثيل الملف الشخصي. بالإضافة إلى ذلك، سمح لنا بتحديد الاتساق العام بين محللي الأوزون. بشكل عام، وجدنا أنه بين 20 و 40 كم تكون تحيزات قياس الأوزون عبر الأقمار الصناعية أصغر من ±5 ٪، وأن المتغيرات قصيرة الأجل أقل من 5–12 ٪ وأن الانحرافات على الأكثر ±5 ٪ عقد-1 (أو حتى ±3 ٪ عقد-1 لبضعة سجلات). يتدهور الاتفاق مع البيانات الأرضية إلى حد ما نحو الإياس الطبقي وخاصة نحو الإياس الطبقي حيث يعوق التباين الطبيعي ووفرة الأوزون المنخفضة إجراء تحليل أكثر دقة. في جزء من طبقة الستراتوسفير، تنحرف بعض السجلات عن الاستنتاجات العامة السابقة ؛ لقد حددنا تحيزات بنسبة 10 ٪ وأكثر (POAM II و SCIAMACHY)، وتقلبات أحادية الجانب أعلى بشكل ملحوظ (SMR و SCIAMACHY) وانحرافات كبيرة طويلة الأجل (SCIAMACHY و OZIRIS و HALOE وربما GOMOS و SMR أيضًا). علاوة على ذلك، فكرنا في تداعيات النتائج التي توصلنا إليها على بناء وتحليل وتفسير سجلات البيانات المدمجة. والأهم من ذلك، يمكن تفسير التناقضات بين العديد من تقييمات اتجاهات ملف الأوزون الحديثة في الغالب من خلال الانجراف في الأدوات. وهذا يدل بوضوح على الحاجة إلى إجراء تحليلات منهجية شاملة للمقارنة بين الأدوات المتعددة.

Translated Description (French)

Résumé. Les enregistrements de profils d'ozone d'un grand nombre d'instruments satellites de limbe et d'occultation sont largement utilisés pour répondre à plusieurs questions clés dans la recherche sur l'ozone. La poursuite des progrès dans certains domaines dépend d'une compréhension plus détaillée de ces ensembles de données, en particulier de leur stabilité à long terme et de leur cohérence mutuelle. À cette fin, nous avons procédé à une évaluation systématique de 14 sondes de limbe et d'occultation qui, ensemble, fournissent plus de trois décennies de mesures du profil mondial de l'ozone. En particulier, nous avons examiné les derniers enregistrements opérationnels de niveau 2 de SAGE II, SAGE III, HALOE, UARS MLS, Aura MLS, POAM II, POAM III, OSIRIS, SMR, GOMOS, MIPAS, SCIAMACHY, ACE-FTS et MAESTRO. Au cœur de notre travail se trouve une analyse cohérente et robuste des comparaisons avec les réseaux ozonesonde au sol et lidar d'ozone stratosphérique. Cela nous a permis d'étudier, de la troposphère à la stratopause, les principaux aspects suivants de la qualité des données satellitaires : la stabilité à long terme, le biais global et la variabilité à court terme, ainsi que leur dépendance aux paramètres géophysiques et à la représentation des profils. De plus, cela nous a permis de quantifier la cohérence globale entre les profileurs d'ozone. En général, nous avons constaté qu'entre 20 et 40 km, les biais de mesure de l'ozone par satellite sont inférieurs à ±5 %, les variabilités à court terme sont inférieures à 5–12 % et les dérives sont d'au plus ±5 % décennie−1 (ou même ±3 % décennie−1 pour quelques enregistrements). L'accord avec les données au sol se dégrade quelque peu vers la stratopause et surtout vers la tropopause où la variabilité naturelle et les faibles abondances en ozone empêchent une analyse plus précise. Dans une partie de la stratosphère, quelques enregistrements s'écartent des conclusions générales précédentes ; nous avons identifié des biais de 10 % et plus (POAM II et SCIAMACHY), une variabilité à profil unique nettement plus élevée (SMR et SCIAMACHY) et des dérives significatives à long terme (SCIAMACHY, OSIRIS, HALOE et éventuellement GOMOS et SMR également). En outre, nous avons réfléchi aux répercussions de nos résultats sur la construction, l'analyse et l'interprétation des enregistrements de données fusionnés. Plus particulièrement, les divergences entre plusieurs évaluations récentes des tendances des profils d'ozone peuvent être principalement expliquées par la dérive instrumentale. Cela démontre clairement la nécessité d'analyses systématiques et complètes de comparaison multi-instruments.

Translated Description (Spanish)

Resumen. Los registros del perfil de ozono de un gran número de instrumentos satelitales de ocultación y de extremidades se utilizan ampliamente para abordar varias cuestiones clave en la investigación sobre el ozono. El progreso adicional en algunos dominios depende de una comprensión más detallada de estos conjuntos de datos, especialmente de su estabilidad a largo plazo y su consistencia mutua. Con este fin, realizamos una evaluación sistemática de 14 sondas de ocultación y de extremidades que, en conjunto, proporcionan más de tres décadas de mediciones del perfil de ozono global. En particular, consideramos los últimos registros operacionales de Nivel 2 de SAGE II, SAGE III, HALOE, UARS MLS, Aura MLS, POAM II, POAM III, OSIRIS, SMR, GOMOS, MIPAS, SCIAMACHY, ACE-FTS y MAESTRO. Un aspecto central de nuestro trabajo es un análisis consistente y sólido de las comparaciones con las redes de ozono terrestre y ozono estratosférico lidar. Nos permitió investigar, desde la troposfera hasta la estratopausia, los siguientes aspectos principales de la calidad de los datos satelitales: estabilidad a largo plazo, sesgo general y variabilidad a corto plazo, junto con su dependencia de los parámetros geofísicos y la representación del perfil. Además, nos permitió cuantificar la consistencia general entre los perfiladores de ozono. En general, encontramos que entre 20 y 40 km los sesgos de medición del ozono satelital son menores que ±5 %, las variabilidades a corto plazo son menores que 5–12 % y las derivas son como máximo ±5 % década−1 (o incluso ±3 % década−1 para algunos registros). El acuerdo con los datos basados en tierra se degrada un poco hacia la estratopausia y especialmente hacia la tropopausa, donde la variabilidad natural y la baja abundancia de ozono impiden un análisis más preciso. En parte de la estratosfera, algunos registros se desvían de las conclusiones generales anteriores; identificamos sesgos del 10 % o más (POAM II y SCIAMACHY), una variabilidad de perfil único notablemente mayor (SMR y SCIAMACHY) y derivas significativas a largo plazo (SCIAMACHY, OSIRIS, HALOE y posiblemente también GOMOS y SMR). Además, reflexionamos sobre las repercusiones de nuestros hallazgos para la construcción, el análisis y la interpretación de los registros de datos combinados. En particular, las discrepancias entre varias evaluaciones recientes de las tendencias del perfil del ozono pueden explicarse principalmente por la deriva instrumental. Esto demuestra claramente la necesidad de análisis sistemáticos integrales de comparación de múltiples instrumentos.

Files

amt-9-2497-2016.pdf.pdf

Files (2.8 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:e2dfa842ffcdb7f660f8b0ef4a5e8a5b
2.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التقييم الأرضي للتحيز والاستقرار على المدى الطويل لسجلات بيانات ملف تعريف الأوزون للطرف 14 والاحتجاب
Translated title (French)
Évaluation au sol du biais et de la stabilité à long terme de 14 enregistrements de données de profils d'ozone de limbe et d'occultation
Translated title (Spanish)
Evaluación terrestre del sesgo y la estabilidad a largo plazo de 14 registros de datos de perfiles de ozono de ocultación y extremidades

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2104441266
DOI
10.5194/amt-9-2497-2016

Is supplement to
https://openalex.org/W6455002 (Other)
https://openalex.org/W4253029847 (Other)
https://openalex.org/W4251892356 (Other)
https://openalex.org/W3035392811 (Other)
https://openalex.org/W2187231453 (Other)
https://openalex.org/W2167572735 (Other)
https://openalex.org/W2032275569 (Other)
https://openalex.org/W2026842300 (Other)
https://openalex.org/W1999059103 (Other)
https://openalex.org/W1990984023 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1485771516
  • https://openalex.org/W1537749201
  • https://openalex.org/W1543063466
  • https://openalex.org/W1623908870
  • https://openalex.org/W170760127
  • https://openalex.org/W1819581142
  • https://openalex.org/W1965026832
  • https://openalex.org/W1971396724
  • https://openalex.org/W1971908813
  • https://openalex.org/W1974572928
  • https://openalex.org/W1975579327
  • https://openalex.org/W1979834770
  • https://openalex.org/W1981649392
  • https://openalex.org/W1986805720
  • https://openalex.org/W1995621474
  • https://openalex.org/W1995798918
  • https://openalex.org/W1996352389
  • https://openalex.org/W1999309544
  • https://openalex.org/W2001497559
  • https://openalex.org/W2004679903
  • https://openalex.org/W2011972860
  • https://openalex.org/W2015490790
  • https://openalex.org/W2018868680
  • https://openalex.org/W2021027293
  • https://openalex.org/W2027180671
  • https://openalex.org/W2030143511
  • https://openalex.org/W2033807456
  • https://openalex.org/W2046538505
  • https://openalex.org/W2048016673
  • https://openalex.org/W2048316212
  • https://openalex.org/W2055630198
  • https://openalex.org/W2055726461
  • https://openalex.org/W2056172606
  • https://openalex.org/W2073160883
  • https://openalex.org/W2073588224
  • https://openalex.org/W2075525049
  • https://openalex.org/W2082695176
  • https://openalex.org/W2091382763
  • https://openalex.org/W2098294073
  • https://openalex.org/W2098845254
  • https://openalex.org/W2099273882
  • https://openalex.org/W2101041917
  • https://openalex.org/W2103381339
  • https://openalex.org/W2106307578
  • https://openalex.org/W2106574118
  • https://openalex.org/W2107130499
  • https://openalex.org/W2107286629
  • https://openalex.org/W2109840624
  • https://openalex.org/W2110146739
  • https://openalex.org/W2110404251
  • https://openalex.org/W2112472142
  • https://openalex.org/W2112688502
  • https://openalex.org/W2114430817
  • https://openalex.org/W2120605407
  • https://openalex.org/W2120702519
  • https://openalex.org/W2121714009
  • https://openalex.org/W2121745948
  • https://openalex.org/W2122577441
  • https://openalex.org/W2122629187
  • https://openalex.org/W2123315637
  • https://openalex.org/W2123693021
  • https://openalex.org/W2123945063
  • https://openalex.org/W2124076514
  • https://openalex.org/W2124594100
  • https://openalex.org/W2128496172
  • https://openalex.org/W2129913217
  • https://openalex.org/W2131319897
  • https://openalex.org/W2134464340
  • https://openalex.org/W2136821142
  • https://openalex.org/W2137094699
  • https://openalex.org/W2139317818
  • https://openalex.org/W2139797055
  • https://openalex.org/W2140199609
  • https://openalex.org/W2140696309
  • https://openalex.org/W2146397616
  • https://openalex.org/W2148449797
  • https://openalex.org/W2148717919
  • https://openalex.org/W2149737549
  • https://openalex.org/W2150437128
  • https://openalex.org/W2152306939
  • https://openalex.org/W2152831301
  • https://openalex.org/W2152938521
  • https://openalex.org/W2167390165
  • https://openalex.org/W2167754262
  • https://openalex.org/W2168025336
  • https://openalex.org/W2168485623
  • https://openalex.org/W2171411781
  • https://openalex.org/W3014262399
  • https://openalex.org/W4242881699
  • https://openalex.org/W4255771276