scholarly journals Retrieving vertical ozone profiles from measurements of global spectral irradiance

2017 ◽  
Vol 10 (12) ◽  
pp. 4979-4994
Author(s):  
Germar Bernhard ◽  
Irina Petropavlovskikh ◽  
Bernhard Mayer

Abstract. A new method is presented to determine vertical ozone profiles from measurements of spectral global (direct Sun plus upper hemisphere) irradiance in the ultraviolet. The method is similar to the widely used Umkehr technique, which inverts measurements of zenith sky radiance. The procedure was applied to measurements of a high-resolution spectroradiometer installed near the centre of the Greenland ice sheet. Retrieved profiles were validated with balloon-sonde observations and ozone profiles from the space-borne Microwave Limb Sounder (MLS). Depending on altitude, the bias between retrieval results presented in this paper and MLS observations ranges between −5 and +3 %. The magnitude of this bias is comparable, if not smaller, to values reported in the literature for the standard Dobson Umkehr method. Total ozone columns (TOCs) calculated from the retrieved profiles agree to within 0.7±2.0 % (±1σ) with TOCs measured by the Ozone Monitoring Instrument on board the Aura satellite. The new method is called the Global-Umkehr method.

2017 ◽  
Author(s):  
Germar Bernhard ◽  
Irina Petropavlovskikh ◽  
Bernhard Mayer

Abstract. A new method is presented to determine vertical ozone profiles from measurements of spectral global (direct Sun plus upper hemisphere) irradiance in the UV. The method is similar to the widely used Umkehr technique, which inverts measurements of zenith sky radiance. The procedure was applied to measurements of a high-resolution spectroradiometer installed near the centre of the Greenland ice sheet. Retrieved profiles were validated with balloon sonde observations and ozone profiles from the space-borne Microwave Limb Sounder (MLS). Depending on altitude, the bias between retrieval results presented in this paper and MLS observations ranges between −5 % and +3 %. The magnitude of this bias is comparable, if not smaller, to values reported in the literature for the standard Dobson Umkehr method. Total ozone columns (TOCs) calculated from the retrieved profiles agree to within 0.7 ± 2.0 % (±1σ) with TOCs measured by the Ozone Monitoring Instrument (OMI) onboard the Aura satellite. The new method is called the “Global-Umkehr” method.


2019 ◽  
Vol 34 (1) ◽  
pp. 151-163 ◽  
Author(s):  
Lucas Vaz Peres ◽  
Damaris Kirsch Pinheiro ◽  
Luiz Angelo Steffenel ◽  
David Mendes ◽  
José Valentin Bageston ◽  
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Resumo O monitoramento de longo prazo dos eventos de Influência do Buraco de Ozônio Antártico sobre o Sul do Brasil foi realizado no período de 35 anos entre 1979 e 2013 e calculada a climatologia e anomalias dos campos estratosféricos quando de sua ocorrência. Para isso, foram analisados os dados da coluna total de ozônio (CTO) obtidos através de Espectrofotômetros Brewer, instalados no Observatório Espacial do Sul - OES/CRS/INPE - MCTIC (29,4 °S; 53,8 °O; 488,7 m) e pelos instrumentos de satélite Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) e Ozone Monitoring Instrument (OMI), além de parâmetros da reanálise II do NCEP/DOE (National Centers for Environmental Prediction/ Departament of Energy) e trajetórias retroativas do modelo HYSPLIT (HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory). A metodologia empregada mostrou-se eficaz na identificação de 62 eventos com uma redução média de -9,35 ± 2,93% no conteúdo de ozônio. Além disso, foi realizada a identificação do padrão de circulação estratosférica através de campos médios e anomalias da vorticidade potencial, vento e temperatura para os dias de ocorrência do fenômeno, sendo observado um padrão de deslocamento de onda, embebida dentro de uma ampla região de circulação ciclônica, com ventos predominantemente de sul é advectado em direção ao Sul do Brasil.


2011 ◽  
Vol 4 (9) ◽  
pp. 1905-1928 ◽  
Author(s):  
K. F. Boersma ◽  
H. J. Eskes ◽  
R. J. Dirksen ◽  
R. J. van der A ◽  
J. P. Veefkind ◽  
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Abstract. We present an improved tropospheric nitrogen dioxide column retrieval algorithm (DOMINO v2.0) for OMI based on better air mass factors (AMFs) and a correction for across-track stripes resulting from calibration errors in the OMI backscattered reflectances. Since October 2004, NO2 retrievals from the Ozone Monitoring Instrument (OMI), a UV/Vis nadir spectrometer onboard NASA's EOS-Aura satellite, have been used with success in several scientific studies focusing on air quality monitoring, detection of trends, and NOx emission estimates. Dedicated evaluations of previous DOMINO tropospheric NO2 retrievals indicated their good quality, but also suggested that the tropospheric columns were susceptible to high biases (by 0–40%), probably because of errors in the air mass factor calculations. Here we update the DOMINO air mass factor approach. We calculate a new look-up table (LUT) for altitude-dependent AMFs based on more realistic atmospheric profile parameters, and include more surface albedo and surface pressure reference points than before. We improve the sampling of the TM4 model, resulting in a priori NO2 profiles that are better mixed throughout the boundary layer. We evaluate the NO2 profiles simulated with the improved TM4 sampling as used in the AMF calculations and show that they are highly consistent with in situ NO2 measurements from aircraft during the INTEX-A and INTEX-B campaigns in 2004 and 2006. Our air mass factor calculations are further updated by the implementation of a high-resolution terrain height and a high-resolution surface albedo climatology based on OMI measurements. Together with a correction for across-track stripes, the overall impact of the improved terrain height and albedo descriptions is modest (<5%) on average over large polluted areas, but still causes significant changes locally. The main changes in the DOMINO v2.0 algorithm follow from the new LUT and the improved TM4 sampling that results in more NO2 simulated aloft, where sensitivity to NO2 is higher, and amount to reductions in tropospheric NO2 columns of up to 20% in winter, and 10% in summer over extended polluted areas. We investigate the impact of aerosols on the NO2 retrieval, and based on a comparison of concurrent retrievals of clouds from OMI and aerosols from MODIS Aqua, we find empirical evidence that OMI cloud retrievals are sensitive to the presence of scattering aerosols. It follows that an implicit correction for the effects of aerosols occurs through the aerosol-induced cloud parameters in DOMINO, and we show that such an empirical correction amounts to a 20 %AMF reduction in summer and ±10% changes in winter over the eastern United States.


Solar Physics ◽  
2008 ◽  
Vol 249 (2) ◽  
pp. 281-291 ◽  
Author(s):  
Marcel Dobber ◽  
Robert Voors ◽  
Ruud Dirksen ◽  
Quintus Kleipool ◽  
Pieternel Levelt

2020 ◽  
Vol 35 (spe) ◽  
pp. 945-953
Author(s):  
Daniel Milano Costa de Lima ◽  
Mateus Dias Nunes ◽  
Glauber Lopes Mariano

Resumo Este estudo apresenta a segunda etapa da avaliação espaço-temporal das tendências a longo prazo nos valores da Coluna Total de Ozônio (CTO) sobre o Nordeste Brasileiro (NEB) durante a atuação do modo de variabilidade atmosférica El Niño - Oscilação Sul (ENOS), com foco na fase La Niña (modalidades Canônica e Modoki). O objetivo é analisar a variação anual e os efeitos desse fenômeno na região de estudo no período entre 1997 e 2018. Os dados utilizados são provenientes de sensoriamento remoto, gerados pelos sensores Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) e Ozone Monitoring Instrument (OMI), disponibilizados pela National Aeronautics and Space Administration (NASA), e analisados através de médias, valores de anomalias e diagramas hovmoller. Foi constatado que eventos La Niña provocam, predominantemente, aumento na concentração de ozônio sobre o NEB. Nos períodos de atuação desse modo de variabilidade a desaceleração da Circulação Brewer-Dobson (CBD) é causada pela intensificação dos ventos alísios gerando acúmulo de ozônio na região tropical. Entre as duas modalidades, fenômenos Modoki apresentam esse efeito mais intensificado. O maior (+6,5) e menor (-3,0) valor médio mensal de anomalia obtidos ocorreram durante sua atuação, registrados na região norte do NEB em julho e setembro, respectivamente.


2020 ◽  
Vol 35 (spe) ◽  
pp. 931-944
Author(s):  
Daniel Milano Costa de Lima ◽  
Mateus Dias Nunes ◽  
Glauber Lopes Mariano

Resumo O objetivo deste trabalho é analisar a variação anual e os efeitos do modo de variabilidade atmosférica El Niño (Canônico e Modoki) na Coluna Total de Ozônio (CTO) sobre o Nordeste Brasileiro (NEB) entre 1997 e 2018 utilizando dados dos sensores Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) e Ozone Monitoring Instrument (OMI). Foi constatada uma variação mensal média em toda área estudada com comportamento típico de domínio do ciclo anual na variabilidade sazonal, apresenta valor mínimo no mês de maio e máximo em outubro. Observou-se uma tendência de decaimento na série dos valores médios durante o período analisado. Análises de agrupamento revelaram que diferentes regiões da NEB possuem comportamentos e valores médios de CTO diferenciados. Análise de ondeletas expôs ciclos de doze meses de duração atuando na CTO em toda área estudada, ciclos de seis meses, demonstrando que o ciclo semianual domina a variabilidade sazonal em menores latitudes, e ciclos de dois-três anos, representando a importante atuação da Oscilação Quase Bienal (OQB). As médias das anomalias mostram que eventos El Niño afetam a CTO causando, predominantemente, diminuição de seus valores. Esses eventos em modalidade Modoki tem maior potencial em afetar a CTO que os Canônicos com anomalias negativas de maior intensidade.


2020 ◽  
Vol 13 (5) ◽  
pp. 2053
Author(s):  
Mateus Dias Nunes ◽  
Glauber Lopes Mariano ◽  
Marcelo Félix Alonso

O ozônio (O3) representa menos de 1% dos gases da atmosfera terrestre, entretanto, é indispensável para a vida na Terra, devido sua influência no balanço energético do planeta filtrando a Radiação Ultravioleta (RUV) do tipo UV-B, nociva à saúde. O objetivo geral deste trabalho é investigar o impacto da coluna total de ozônio sobre a variabilidade da RUV na América do Sul, utilizando dados diários de RUV e Coluna Total de Ozônio (CTO) do sensor Ozone Monitoring Instrument (OMI)  da Aura/NASA (National Aeronautics and Space Administration). Na análise mensal, o valor médio da coluna total de ozônio para o decênio de 2005 a 2014 apresentou uma maior variabilidade no trimestre SON na região da América do Sul. A Análise de Componentes Principais mostrou que nos meses JJA e SON apresenta-se uma correlação direta entre CTO e RUV. As análises dos casos estudados comprovaram que apenas os baixos níveis de ozônio não são determinantes para os altos valores de RUV. Os meses entre julho e outubro apresentam grandes áreas no da América do Sul com forte correlação inversa apresentando regiões estatisticamente significantes. Os resultados exprimem a relação entre a CTO e RUV que dependente da sazonalidade nas diferentes regiões, entre outros fatores. Spatio-temporal variability of total ozone column and ultraviolet radiation: assessment of relationship in South America A B S T R A C T Ozone (O3) represents less than 1% of the earth's atmosphere gases, however, it is indispensable for life on Earth, due to its influence on the planet's energy balance as well as filtering out harmful UV-B type UVR-B the health. The general objective of this work is to investigate the impact of the total ozone column on UVR variability in South America, using daily Aura/NASA Ozone Monitoring Instrument (OMI) sensor and Total Column Ozone (TOC) data daily. National Aeronautics and Space Administration). In the monthly analysis, the average value of the total ozone column for the decade from 2005 to 2014 showed a greater variability in the SON quarter in the South American region. The Analisys Principals Components pattern showed that in the JJA and SON months, there is a direct correlation between TOC and RUV. Analyzes of the case studies have shown that only low ozone levels are not determinant for high UVR values. The months between July and October present large areas in southern South America with strong inverse correlation showing statistically significant regions. The results express that the relationship between TOC and UVR depends on seasonality and different regions, among other factors. Keywords: Solar Radiation, OMI Sensor, Daily Erythmic Dose


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