scholarly journals Evaluation of satellite retrievals of liquid clouds from the GOES-13 Imager and MODIS over the midlatitude North Atlantic during NAAMES campaign

2021 ◽  
Author(s):  
David Painemal ◽  
Douglas Spangenberg ◽  
William L. Smith Jr. ◽  
Patrick Minnis ◽  
Brian Cairns ◽  
...  

Abstract. Satellite retrievals of cloud droplet effective radius (re) and optical depth (t) from the Thirteenth Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES-13), and the MOderate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) onboard Aqua and Terra are evaluated with airborne data collected over the midlatitude boundary layer during the North Atlantic Aerosols and Marine Ecosystems Study (NAAMES). The airborne dataset comprises in-situ re from the Cloud Droplet Probe (CDP) and remotely sensed re and t from the airborne Research Scanning Polarimeter (RSP). GOES-13 and MODIS (Aqua and Terra) re values are systematically greater than those from the CDP and RSP by at least 4.8 um (GOES-13) and 1.7 um (MODIS) despite relatively high linear correlations coefficients (r = 0.52–0.68). In contrast, the satellite t underestimates its RSP counterpart by −3.0, with r = 0.76–077. Overall, MODIS yields better agreement with airborne data than GOES-13, with biases consistent with those reported for subtropical stratocumulus clouds. While the negative bias in satellite t is mostly due to the retrievals having been collected in highly heterogeneous cloud scenes, the causes for the positive bias in satellite re, especially for GOES-13, are more complex. Although the high viewing zenith angle (~65°) and coarser pixel resolution for GOES-13 could explain a re bias of at least 0.7 um, the higher GOES-13 re bias relative to that from MODIS is likely rooted in other factors. In this regard, a near monotonic increase was also observed in GOES-13 re up to 1.0 um with satellite scattering angle (ϴ) over the angular range 116°–165°, that is, re increases toward the backscattering direction. Understanding the variations of re with ϴ will require the combined use of theoretical computations along with inter-comparisons of satellite retrievals derived from sensors with dissimilar viewing geometry.

2021 ◽  
Vol 14 (10) ◽  
pp. 6633-6646
Author(s):  
David Painemal ◽  
Douglas Spangenberg ◽  
William L. Smith Jr. ◽  
Patrick Minnis ◽  
Brian Cairns ◽  
...  

Abstract. Satellite retrievals of cloud droplet effective radius (re) and optical depth (τ) from the Thirteenth Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES-13) and the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) aboard Aqua and Terra, based on the Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES) project algorithms, are evaluated with airborne data collected over the midlatitude boundary layer during the North Atlantic Aerosols and Marine Ecosystems Study (NAAMES). The airborne dataset comprises in situ re from the Cloud Droplet Probe (CDP) and remotely sensed re and τ from the airborne Research Scanning Polarimeter (RSP). GOES-13 and MODIS (Aqua and Terra) re values are systematically greater than those from the CDP and RSP by at least 4.8 (GOES-13) and 1.7 µm (MODIS) despite relatively high linear correlation coefficients (r=0.52–0.68). In contrast, the satellite τ underestimates its RSP counterpart by −3.0, with r=0.76–0.77. Overall, MODIS yields better agreement with airborne data than GOES-13, with biases consistent with those reported for subtropical stratocumulus clouds. While the negative bias in satellite τ is mostly due to the retrievals having been collected in highly heterogeneous cloud scenes, the causes for the positive bias in satellite re, especially for GOES-13, are more complex. Although the high viewing zenith angle (∼65∘) and coarser pixel resolution for GOES-13 could explain a re bias of at least 0.7 µm, the higher GOES-13 re bias relative to that from MODIS is likely rooted in other factors. In this regard, a near-monotonic increase was also observed in GOES-13 re up to 1.0 µm with the satellite scattering angle (Θ) over the angular range 116–165∘; that is, re increases toward the backscattering direction. Understanding the variations of re with Θ will require the combined use of theoretical computations along with intercomparisons of satellite retrievals derived from sensors with dissimilar viewing geometry.


2010 ◽  
Vol 67 (6) ◽  
pp. 1897-1907 ◽  
Author(s):  
Takashi Y. Nakajima ◽  
Kentaroh Suzuki ◽  
Graeme L. Stephens

Abstract Hydrometeor droplet growth processes are inferred from a combination of Aqua/Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) cloud particle size observations and CloudSat/Cloud Profiling Radar (CPR) observations of warm water clouds. This study supports the inferences of a related paper (Part I) (i) that MODIS-retrieved cloud droplet radii (CDR) from the 3.7-μm channel (R37) are influenced by the existence of small droplets at cloud top and (ii) that the CDR obtained from 1.6- (R16) and 2.1-μm (R21) channels contain information about drizzle droplets deeper into the cloud as well as cloud droplets. This interpretation is shown to be consistent with radar reflectivities when matched to CDR that were retrieved from MODIS data. This study demonstrates that the droplet growth process from cloud to rain via drizzle proceeds monotonically with the evolution of R16 or R21 from small cloud drops (on the order of 10–12 μm) to drizzle (CDR greater than 14 μm) to rain (CDR greater than 20 μm). Thus, R16 or R21 is an indicator of hydrometeor droplet growth processes whereas R37 does not contain information about coalescence. A new composite analysis, the contoured frequency diagram, is introduced to combine CloudSat/CPR reflectivity profiles and reveals a distinct trimodal population of reflectivities corresponding to cloud, drizzle, and rain modes.


2012 ◽  
Author(s):  
Αντώνιος Γκίκας

Στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή, μελετάται το καθεστώς των επεισοδίων αερολυμάτων στην ευρύτερη περιοχή της λεκάνης της Μεσογείου, κατά την περίοδο 2000-2007. Πιο συγκεκριμένα, μελετώνται τα χωρικά και χρονικά χαρακτηριστικά της συχνότητας εμφάνισής τους, της έντασής τους και της διάρκειάς τους, ο ρόλος της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας που ευνοεί την εκδήλωσή τους, καθώς και η διαταραχή του ισοζυγίου της ηλιακής ακτινοβολίας που αυτά προκαλούν. Η ταυτοποίηση των επεισοδίων αερολυμάτων πραγματοποιείται με έναν αντικειμενικό και δυναμικό αλγόριθμο, ο οποίος αναπτύχθηκε στα πλαίσια της Διδακτορικής Διατριβής. Μέσω του αλγορίθμου, ορίζονται τα επίπεδα αποκοπής (threshold levels) και ταξινομούνται τα επεισόδια, με βάση την έντασή τους, σε ισχυρά και ακραία, καθώς και με βάση τον τύπο τους. Σε ό,τι αφορά στο δεύτερο διαχωρισμό, προέκυψαν οι εξής πέντε (5) τύποι επεισοδίων: (i) επεισόδια αερολυμάτων από αστικές/βιομηχανικές δραστηριότητες και καύση βιομάζας (Biomass Urban episodes, BU), (ii) επεισόδια αερολυμάτων ερημικής σκόνης (Desert Dust episodes, DD) (iii) επεισόδια αερολυμάτων θαλάσσιου τύπου (Sea-Salt-like episodes, SS-like), (iv) επεισόδια μίξης αερολυμάτων διαφορετικού τύπου (Mixed episodes, MX) και (v) επεισόδια τα οποία δεν κατατάσσονται σε κάποιον από τους προηγούμενους τύπους (Undetermined episodes, UN). Ως δεδομένα εισαγωγής στον αλγόριθμο χρησιμοποιούνται ημερήσιες δορυφορικές μετρήσεις, σε πλεγματική μορφή χωρικής ανάλυσης 1ox1o γεωγραφικού πλάτους και μήκους, για το οπτικό βάθος αερολυμάτων (Aerosol Optical Depth, AOD), τον εκθετικό παράγοντα Ångström (α) των αερολυμάτων, το δείκτη αερολυμάτων (Aerosol Index, ΑΙ), την αναλογία λεπτόκοκκων αερολυμάτων ως προς το σύνολό τους (Fine Fraction, FF) και τη μέση ενεργό ακτίνα (effective radius, reff). Τα δεδομένα αυτά ελήφθησαν από τους δορυφόρους MODIS (MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer)-Terra, EP-TOMS (Earth Probe-Total Ozone Mapping Spectrometer) και ΟΜΙ (Ozone Monitoring Instrument)-Aura.Σε ετήσια βάση, τα ισχυρά επεισόδια εκδηλώνονται περισσότερο συχνά (έως 13.3 επεισόδια/έτος) στη Δ. Μεσόγειο και λιγότερο συχνά στην Α. Μεσόγειο (έως 2 επεισόδια/έτος). Αντίθετα, τα ακραία επεισόδια εκδηλώνονται με μεγαλύτερη συχνότητα στην Κ. Μεσόγειο (4 επεισόδια/έτος), ενώ οι μικρότερες συχνότητες παρατηρούνται στα βόρεια τμήματα της Βαλκανικής Χερσονήσου (0.3 επεισόδια/έτος). Η ένταση των ισχυρών επεισοδίων (εκπεφρασμένη σε τιμές AOD στα 550nm) κυμαίνεται μεταξύ 0.43 και 1.5, ενώ η ένταση των ακραίων επεισοδίων είναι μεγαλύτερη και κυμαίνεται μεταξύ 0.67 και 4.07. Κοινό χαρακτηριστικό, αποτελεί η μείωση της έντασης των επεισοδίων προς τα βορειότερα γεωγραφικά πλάτη, κυρίως εξαιτίας της εξασθένησης του μηχανισμού μεταφοράς ερημικής σκόνης. Το μεγαλύτερο ποσοστό (> 85%) των ισχυρών και ακραίων επεισοδίων διαρκεί μία (1) ημέρα. Κατά τη διάρκεια του έτους, τα επεισόδια εκδηλώνονται με μεγαλύτερη συχνότητα τους καλοκαιρινούς (Δ. Μεσόγειος) και εαρινούς μήνες (Κ. και Α. Μεσόγειος), ενώ το αντίστροφο ισχύει για το χειμώνα (επίδραση της βροχόπτωσης). Η συχνότητα εμφάνισης των επεισοδίων, κατά την περίοδο 2000-2007, εμφανίζει πτωτικές τάσεις (έως 100%), ενώ δεν παρατηρούνται σημαντικές τάσεις μεταβολής της έντασής τους.Το μεγαλύτερο ποσοστό των ισχυρών και κυρίως των ακραίων επεισοδίων στην περιοχή απαρτίζεται από επεισόδια ερημικής σκόνης (έως 71.5%), ενώ τα μικρότερα ποσοστά καταγράφονται για τα BU επεισόδια (έως 1.5%). Η περισσότερο συχνή εμφάνιση των επεισοδίων παρατηρείται: για τα BU επεισόδια (έως 1 επεισόδιο/έτος) στα βόρεια τμήματα της Βαλκανικής Χερσονήσου, για τα DD επεισόδια στη Δ. Μεσόγειο (έως 11.4 επεισόδια/έτος), για τα SS-like επεισόδια στην Ιβηρική Χερσόνησο και στη Χερσόνησο της Ανατολίας (3.9 επεισόδια/έτος) και για τα ΜΧ επεισόδια στα δυτικά τμήματα της θάλασσας της Μεσογείου (5 επεισόδια/έτος). Η μεγαλύτερη ένταση των ισχυρών BU επεισοδίων σημειώνεται στην Κοιλάδα του Πάδου (1.2) στην Ιταλία, ενώ για τα DD, SS-like και ΜΧ επεισόδια στον Κόλπο της Σίδρας και στη θαλάσσια περιοχή της Λιβύης (έως 1.6). Σε μεμονωμένες περιπτώσεις η ένταση των ακραίων SS-like και ΜΧ επεισοδίων μπορεί να ανέλθει έως 5 (τιμές AOD στα 550nm). Η μέγιστη συχνότητα, σε μηνιαία και περιοχική κλίμακα, των ισχυρών BU επεισοδίων σημειώθηκε τον Αύγουστο του 2003 (0.13 επεισόδια/κυψελίδα). Η ανάλυση μας αναδεικνύει χαρακτηριστικά εποχικού κύκλου για τα ισχυρά και ακραία DD επεισόδια, με τις μέγιστες συχνότητες να σημειώνονται τη ξηρή περίοδο του έτους και την άνοιξη, αντίστοιχα. Σύμφωνα με τα αποτελέσματά μας, προκύπτει συσχέτιση της συχνότητας εμφάνισης των DD επεισοδίων με την κύμανση του Βορείου Ατλαντικού (North Atlantic Oscillation, ΝΑΟ) που είναι σε συμφωνία με ευρήματα προηγούμενων μελετών που ανέφεραν συσχέτιση του φορτίου των ερημικών αερολυμάτων στη Μεσόγειο με το ΝΑΟ. Με την εφαρμογή του μοντέλου HYSPLIT (Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model) μελετήθηκαν οι τροχιές των αερίων μαζών, για μια περίοδο 5 ημερών πριν την εκδήλωση ακραίων επεισοδίων διαφορετικών τύπων. Τέλος, τα αποτελέσματα του αλγορίθμου, για τις περιπτώσεις DD επεισοδίων, αξιολογήθηκαν επιτυχώς έναντι επίγειων μετρήσεων συγκέντρωσης του σωματιδιακού φορτίου (Dust PM10) και οπτικών ιδιοτήτων (AERONET).Επιχειρήθηκε, επίσης, η περιγραφή της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας, στην κατώτερη τροπόσφαιρα, και ο ρόλος της στην εκδήλωση επεισοδίων στην ευρύτερη περιοχή της λεκάνης της Μεσογείου. Για το σκοπό αυτό, τέθηκαν κριτήρια επιλογής των ημερών μελέτης, για τις οποίες η ατμοσφαιρική κυκλοφορία ταξινομήθηκε αντικειμενικά, με την εφαρμογή πολυμεταβλητών στατιστικών μεθόδων, όπως αυτών της Παραγοντικής Ανάλυσης (Factor Analysis S-mode) και της Ανάλυσης κατά Συστάδες (Cluster Analysis). Από την εφαρμοσθείσα μεθοδολογία, προέκυψαν 8 τύποι ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας των οποίων τα χαρακτηριστικά περιγράφηκαν, ενώ προσδιορίστηκαν οι γεωγραφικές κατανομές της συχνότητας εμφάνισης των επεισοδίων, της έντασής τους και της επικράτησής τους (ισχυρά ή ακραία), για την κάθε Ομάδα (Cluster). Αντίστοιχη μελέτη πραγματοποιήθηκε και για την περιγραφή των τύπων ανάπτυξης της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας που οδηγούν στην πρόκληση επεισοδίων μεταφοράς ερημικής σκόνης, καταλήγοντας σε 6 Ομάδες. Τέλος, υπολογίστηκε η άμεση διαταραχή του ισοζυγίου της ακτινοβολίας (direct radiative effect, DRE) που προκαλείται από την εκδήλωση ακραίων επεισοδίων, διαφορετικού τύπου, υπό συνθήκες ανέφελου ουρανού. Οι υπολογισμοί πραγματοποιήθηκαν στην κορυφή της ατμόσφαιρας (TOA), στην ατμόσφαιρα (atmab) και στο έδαφος (surf, surfnet) με την εφαρμογή του μοντέλου διάδοσης ακτινοβολίας SBDART (Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer). Σε τοπικό επίπεδο, κατά την εκδήλωση ακραίων DD επεισοδίων πάνω από θάλασσα, το σύστημα Γης-ατμόσφαιρας ψύχεται ανακλώντας περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία κατά 85 W/m2, η ατμόσφαιρα θερμαίνεται απορροφώντας περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία κατά 408 W/m2, ενώ το έδαφος ψύχεται δεχόμενο λιγότερη ακτινοβολία κατά 493 W/m2. Επίσης, ο υπολογιζόμενος ρυθμός θέρμανσης της ατμόσφαιρας, λόγω των επεισοδίων DD, ανέρχεται σε έως και 10 Κ/day, στα 2.5 Km, επιφέροντας σημαντικές τροποποιήσεις στη δυναμική της.


Author(s):  
Zhenzhen Wang ◽  
Jianjun Zhao ◽  
Jiawen Xu ◽  
Mingrui Jia ◽  
Han Li ◽  
...  

Northeast China is China’s primary grain production base. A large amount of crop straw is incinerated every spring and autumn, which greatly impacts air quality. To study the degree of influence of straw burning on urban pollutant concentrations, this study used The Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer/Terra Thermal Anomalies & Fire Daily L3 Global 1 km V006 (MOD14A1) and The Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer/Aqua Thermal Anomalies and Fire Daily L3 Global 1 km V006 (MYD14A1) data from 2015 to 2017 to extract fire spot data on arable land burning and to study the spatial distribution characteristics of straw burning on urban pollutant concentrations, temporal variation characteristics and impact thresholds. The results show that straw burning in Northeast China is concentrated in spring and autumn; the seasonal spatial distributions of PM2.5, PM10 andAir Quality Index (AQI) in 41 cities or regions in Northeast China correspond to the seasonal variation of fire spots; and pollutants appear in the peak periods of fire spots. In areas where the concentration coefficient of rice or corn is greater than 1, the number of fire spots has a strong correlation with the urban pollution index. The correlation coefficient R between the number of burned fire spots and the pollutant concentration has a certain relationship with the urban distribution. Cities are aggregated in geospatial space with different R values.


2021 ◽  
Vol 13 (15) ◽  
pp. 2895
Author(s):  
Maria Gavrouzou ◽  
Nikolaos Hatzianastassiou ◽  
Antonis Gkikas ◽  
Christos J. Lolis ◽  
Nikolaos Mihalopoulos

A satellite algorithm able to identify Dust Aerosols (DA) is applied for a climatological investigation of Dust Aerosol Episodes (DAEs) over the greater Mediterranean Basin (MB), one of the most climatologically sensitive regions of the globe. The algorithm first distinguishes DA among other aerosol types (such as Sea Salt and Biomass Burning) by applying threshold values on key aerosol optical properties describing their loading, size and absorptivity, namely Aerosol Optical Depth (AOD), Aerosol Index (AI) and Ångström Exponent (α). The algorithm operates on a daily and 1° × 1° geographical cell basis over the 15-year period 2005–2019. Daily gridded spectral AOD data are taken from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Aqua Collection 6.1, and are used to calculate the α data, which are then introduced into the algorithm, while AI data are obtained by the Ozone Monitoring Instrument (OMI) -Aura- Near-UV aerosol product OMAERUV dataset. The algorithm determines the occurrence of Dust Aerosol Episode Days (DAEDs), whenever high loads of DA (higher than their climatological mean value plus two/four standard deviations for strong/extreme DAEDs) exist over extended areas (more than 30 pixels or 300,000 km2). The identified DAEDs are finally grouped into Dust Aerosol Episode Cases (DAECs), consisting of at least one DAED. According to the algorithm results, 166 (116 strong and 50 extreme) DAEDs occurred over the MB during the study period. DAEDs are observed mostly in spring (47%) and summer (38%), with strong DAEDs occurring primarily in spring and summer and extreme ones in spring. Decreasing, but not statistically significant, trends of the frequency, spatial extent and intensity of DAECs are revealed. Moreover, a total number of 98 DAECs was found, primarily in spring (46 DAECs) and secondarily in summer (36 DAECs). The seasonal distribution of the frequency of DAECs varies geographically, being highest in early spring over the eastern Mediterranean, in late spring over the central Mediterranean and in summer over the western MB.


2021 ◽  
Vol 13 (5) ◽  
pp. 920
Author(s):  
Zhongting Wang ◽  
Ruru Deng ◽  
Pengfei Ma ◽  
Yuhuan Zhang ◽  
Yeheng Liang ◽  
...  

Aerosol distribution with fine spatial resolution is crucial for atmospheric environmental management. This paper proposes an improved algorithm of aerosol retrieval from 250-m Medium Resolution Spectral Image (MERSI) data of Chinese FY-3 satellites. A mixing model of soil and vegetation was used to calculate the parameters of the algorithm from moderate-resolution imaging spectroradiometer (MODIS) reflectance products in 500-m resolution. The mixing model was used to determine surface reflectance in blue band, and the 250-m aerosol optical depth (AOD) was retrieved through removing surface contributions from MERSI data over Guangzhou. The algorithm was used to monitor two pollution episodes in Guangzhou in 2015, and the results displayed an AOD spatial distribution with 250-m resolution. Compared with the yearly average of MODIS aerosol products in 2015, the 250-m resolution AOD derived from the MERSI data exhibited great potential for identifying air pollution sources. Daily AODs derived from MERSI data were compared with ground results from CE318 measurements. The results revealed a correlation coefficient between the AODs from MERSI and those from the ground measurements of approximately 0.85, and approximately 68% results were within expected error range of ±(0.05 + 15%τ).


2021 ◽  
Vol 12 (1) ◽  
Author(s):  
Hirofumi Hashimoto ◽  
Weile Wang ◽  
Jennifer L. Dungan ◽  
Shuang Li ◽  
Andrew R. Michaelis ◽  
...  

AbstractAssessing the seasonal patterns of the Amazon rainforests has been difficult because of the paucity of ground observations and persistent cloud cover over these forests obscuring optical remote sensing observations. Here, we use data from a new generation of geostationary satellites that carry the Advanced Baseline Imager (ABI) to study the Amazon canopy. ABI is similar to the widely used polar orbiting sensor, the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), but provides observations every 10–15 min. Our analysis of NDVI data collected over the Amazon during 2018–19 shows that ABI provides 21–35 times more cloud-free observations in a month than MODIS. The analyses show statistically significant changes in seasonality over 85% of Amazon forest pixels, an area about three times greater than previously reported using MODIS data. Though additional work is needed in converting the observed changes in seasonality into meaningful changes in canopy dynamics, our results highlight the potential of the new generation geostationary satellites to help us better understand tropical ecosystems, which has been a challenge with only polar orbiting satellites.


2021 ◽  
Vol 13 (9) ◽  
pp. 1627
Author(s):  
Chermelle B. Engel ◽  
Simon D. Jones ◽  
Karin J. Reinke

This paper introduces an enhanced version of the Biogeographical Region and Individual Geostationary HHMMSS Threshold (BRIGHT) algorithm. The algorithm runs in real-time and operates over 24 h to include both daytime and night-time detections. The algorithm was executed and tested on 12 months of Himawari-8 data from 1 April 2019 to 31 March 2020, for every valid 10-min observation. The resulting hotspots were compared to those from the Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) and the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). The modified BRIGHT hotspots matched with fire detections in VIIRS 96% and MODIS 95% of the time. The number of VIIRS and MODIS hotspots with matches in the coincident modified BRIGHT dataset was lower (at 33% and 46%, respectively). This paper demonstrates a clear link between the number of VIIRS and MODIS hotspots with matches and the minimum fire radiative power considered.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document