Unsicherheiten in der Erfassung des kurzwelligen Wolkenstrahlungseffektes

Diese Arbeit betrachtet die Wechselwirkung von solarer Einstrahlung mit Wolken in der Atmosphäre. Diese wird insbesondere repräsentiert durch den Wolkenstrahlungseffekt. Hierbei wurde vor allem auf die Auswirkungen von kleinskaliger Variabilität von Wolken und Wolkenfeldern auf die Genauigkeit des Wolkenstrahlungseffektes am Oberrand der Atmosphäre und am Boden Rücksicht genommen. Mit einer Schliessungsstudie ist der modellierte Wolkenstrahlungseffekt mit Schiffsmessungen verglichen worden. Hierbei wurden die Wolkeneigenschaften in dem Modell durch Schiffs- und Satellitendaten als Eingangsdatensatz beschrieben. Ein Zugewinn in der Genauigkeit konnte durch die kombinierte Nutzung beider Datenquellen erzielt werden, konkret durch die Kombination des Flüssigwasserpfads aus Schiffsmessungen und des effektiven Radius aus Satellitenbeobachtungen. Durch die Schliessungsstudie sind zwei Probleme in der Auflösung kleinskaliger Bewölkung und deren Auswirkung auf abgeleitete Wolkeneigenschaften identifiziert worden, die im weiteren Verlauf der Arbeit genauer betrachtet wurden. Ein Vergleich zweier Methoden zur Erkennung des Bedeckungsgrades, jeweils eine vom Boden und eine vom Oberrand der Atmosphäre, hat insgesamt eine gute Übereinstimmung ergeben. Jedoch zeigten sich Abweichungen bei geringer Bedeckung. So wurde bei einem Bedeckungsgrad von ca. 40% in der Hälfte der Fälle den Satellitenbildpunkt als bewölkt klassifiziert. Diese Unsicherheiten in der Klassifikation konnten auf die abgeleitete reflektierte solare Einstrahlung übertragen werden. Für als unbewölkt erkannte, tatsächlich aber bewölkte, Bildpunkte wurde eine mittlere Überschätzung der reflektierte solare Einstrahlung von ca. 30 W/m−2 gefunden. Ebenfalls wurde der Einfluss der zeitlichen Variabilität in der solaren Einstrahlung auf die Bestimmung des Wolkenstrahlungseffektes einer Wolke untersucht. Hierfür wurde ein lineares Modell entwickelt und präsentiert, das die diffuse Einstrahlung mit dem Bedeckungsgrad in Zusammenhang stellt. Das Modell liefert zwei Koeffizienten, die die Variation der diffusen Einstrahlung durch eine Wolke unter der Annahme, dass die beobachtete Wolke den ganzen Himmel bedeckt, beschreiben. Dies ermöglicht einen direkten Vergleich des Wolkenstrahlungseffektes einer beobachteten Wolke mit Modellergebnissen und die Entkopplung von der zeitlich variablen direkten Einstrahlung

Impact of AVHRR channel 3b noise on climate data records: filtering method applied to the CM SAF CLARA-A2 data record

A method for reducing the impact of noise in the 3.7 micron spectral channel in climate data records derived from coarse resolution (4 km) global measurements from the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) data is presented. A dynamic size-varying median filter is applied to measurements guided by measured noise levels and scene temperatures for individual AVHRR sensors on historic National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) polar orbiting satellites in the period 1982–2001. The method was used in the preparation of the CM SAF cLoud, Albedo and surface RAdiation dataset from AVHRR data—Second Edition (CLARA-A2), a cloud climate data record produced by the EUMETSAT Satellite Application Facility for Climate Monitoring (CM SAF), as well as in the preparation of the corresponding AVHRR-based datasets produced by the European Space Agency (ESA) Climate Change Initiative (CCI) project ESA-CLOUD-CCI. The impact of the noise filter was equivalent to removing an artificial decreasing trend in global cloud cover of 1–2% per decade in the studied period, mainly explained by the very high noise levels experienced in data from the first satellites in the series (NOAA-7 and NOAA-9). View Full-Tex

Unsicherheiten in der Erfassung des kurzwelligen Wolkenstrahlungseffektes

Diese Arbeit betrachtet die Wechselwirkung von solarer Einstrahlung mit Wolken in der Atmosphäre. Diese wird insbesondere repräsentiert durch den Wolkenstrahlungseffekt. Hierbei wurde vor allem auf die Auswirkungen von kleinskaliger Variabilität von Wolken und Wolkenfeldern auf die Genauigkeit des Wolkenstrahlungseffektes am Oberrand der Atmosphäre und am Boden Rücksicht genommen. Mit einer Schliessungsstudie ist der modellierte Wolkenstrahlungseffekt mit Schiffsmessungen verglichen worden. Hierbei wurden die Wolkeneigenschaften in dem Modell durch Schiffs- und Satellitendaten als Eingangsdatensatz beschrieben. Ein Zugewinn in der Genauigkeit konnte durch die kombinierte Nutzung beider Datenquellen erzielt werden, konkret durch die Kombination des Flüssigwasserpfads aus Schiffsmessungen und des effektiven Radius aus Satellitenbeobachtungen. Durch die Schliessungsstudie sind zwei Probleme in der Auflösung kleinskaliger Bewölkung und deren Auswirkung auf abgeleitete Wolkeneigenschaften identifiziert worden, die im weiteren Verlauf der Arbeit genauer betrachtet wurden. Ein Vergleich zweier Methoden zur Erkennung des Bedeckungsgrades, jeweils eine vom Boden und eine vom Oberrand der Atmosphäre, hat insgesamt eine gute Übereinstimmung ergeben. Jedoch zeigten sich Abweichungen bei geringer Bedeckung. So wurde bei einem Bedeckungsgrad von ca. 40% in der Hälfte der Fälle den Satellitenbildpunkt als bewölkt klassifiziert. Diese Unsicherheiten in der Klassifikation konnten auf die abgeleitete reflektierte solare Einstrahlung übertragen werden. Für als unbewölkt erkannte, tatsächlich aber bewölkte, Bildpunkte wurde eine mittlere Überschätzung der reflektierte solare Einstrahlung von ca. 30 W/m−2 gefunden. Ebenfalls wurde der Einfluss der zeitlichen Variabilität in der solaren Einstrahlung auf die Bestimmung des Wolkenstrahlungseffektes einer Wolke untersucht. Hierfür wurde ein lineares Modell entwickelt und präsentiert, das die diffuse Einstrahlung mit dem Bedeckungsgrad in Zusammenhang stellt. Das Modell liefert zwei Koeffizienten, die die Variation der diffusen Einstrahlung durch eine Wolke unter der Annahme, dass die beobachtete Wolke den ganzen Himmel bedeckt, beschreiben. Dies ermöglicht einen direkten Vergleich des Wolkenstrahlungseffektes einer beobachteten Wolke mit Modellergebnissen und die Entkopplung von der zeitlich variablen direkten Einstrahlung

Unsicherheiten in der Erfassung des kurzwelligen Wolkenstrahlungseffektes

Diese Arbeit betrachtet die Wechselwirkung von solarer Einstrahlung mit Wolken in der Atmosphäre. Diese wird insbesondere repräsentiert durch den Wolkenstrahlungseffekt. Hierbei wurde vor allem auf die Auswirkungen von kleinskaliger Variabilität von Wolken und Wolkenfeldern auf die Genauigkeit des Wolkenstrahlungseffektes am Oberrand der Atmosphäre und am Boden Rücksicht genommen. Mit einer Schliessungsstudie ist der modellierte Wolkenstrahlungseffekt mit Schiffsmessungen verglichen worden. Hierbei wurden die Wolkeneigenschaften in dem Modell durch Schiffs- und Satellitendaten als Eingangsdatensatz beschrieben. Ein Zugewinn in der Genauigkeit konnte durch die kombinierte Nutzung beider Datenquellen erzielt werden, konkret durch die Kombination des Flüssigwasserpfads aus Schiffsmessungen und des effektiven Radius aus Satellitenbeobachtungen. Durch die Schliessungsstudie sind zwei Probleme in der Auflösung kleinskaliger Bewölkung und deren Auswirkung auf abgeleitete Wolkeneigenschaften identifiziert worden, die im weiteren Verlauf der Arbeit genauer betrachtet wurden. Ein Vergleich zweier Methoden zur Erkennung des Bedeckungsgrades, jeweils eine vom Boden und eine vom Oberrand der Atmosphäre, hat insgesamt eine gute Übereinstimmung ergeben. Jedoch zeigten sich Abweichungen bei geringer Bedeckung. So wurde bei einem Bedeckungsgrad von ca. 40% in der Hälfte der Fälle den Satellitenbildpunkt als bewölkt klassifiziert. Diese Unsicherheiten in der Klassifikation konnten auf die abgeleitete reflektierte solare Einstrahlung übertragen werden. Für als unbewölkt erkannte, tatsächlich aber bewölkte, Bildpunkte wurde eine mittlere Überschätzung der reflektierte solare Einstrahlung von ca. 30 W/m−2 gefunden. Ebenfalls wurde der Einfluss der zeitlichen Variabilität in der solaren Einstrahlung auf die Bestimmung des Wolkenstrahlungseffektes einer Wolke untersucht. Hierfür wurde ein lineares Modell entwickelt und präsentiert, das die diffuse Einstrahlung mit dem Bedeckungsgrad in Zusammenhang stellt. Das Modell liefert zwei Koeffizienten, die die Variation der diffusen Einstrahlung durch eine Wolke unter der Annahme, dass die beobachtete Wolke den ganzen Himmel bedeckt, beschreiben. Dies ermöglicht einen direkten Vergleich des Wolkenstrahlungseffektes einer beobachteten Wolke mit Modellergebnissen und die Entkopplung von der zeitlich variablen direkten Einstrahlung

CLARA-A2 : the second edition of the CM SAF cloud and radiation data record from 34 years of global AVHRR data

The second edition of the satellite-derived climate data record CLARA (<q>The CM SAF Cloud, Albedo And Surface Radiation dataset from AVHRR data</q> – second edition denoted as CLARA-A2) is described. The data record covers the 34-year period from 1982 until 2015 and consists of cloud, surface albedo and surface radiation budget products derived from the AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) sensor carried by polar-orbiting, operational meteorological satellites. The data record is produced by the EUMETSAT Climate Monitoring Satellite Application Facility (CM SAF) project as part of the operational ground segment. Its upgraded content and methodology improvements since edition 1 are described in detail, as are some major validation results. Some of the main improvements to the data record come from a major effort in cleaning and homogenizing the basic AVHRR level-1 radiance record and a systematic use of CALIPSO-CALIOP cloud information for development and validation purposes. Examples of applications studying decadal changes in Arctic summer surface albedo and cloud conditions are provided

Radiance Simulations in Support of Climate Services

International audienceClimate services are largely supported by climate reanalyses and by satellite Fundamental (Climate) Data Records (F(C)DRs). This paper demonstrates how the development and the uptake of F(C)DR benefit from radiance simulations, using reanalyses and radiative transfer models. We identify three classes of applications, with examples for each application class. The first application is to validate assumptions during F(C)DR development. Hereto we show the value of applying advanced quality controls to geostationary European (Meteosat) images. We also show the value of a cloud mask to study the spatio‐temporal coherence of the impact of the Mount Pinatubo volcanic eruption between Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) and the High‐resolution Infrared Radiation Sounder (HIRS) data. The second application is to assess the coherence between reanalyses and observations. Hereto we show the capability of reanalyses to reconstruct spectra observed by the Spektrometer Interferometer (SI‐1) flown on a Soviet satellite in 1979. We also present a first attempt to estimate the random uncertainties from this instrument. Finally, we investigate how advanced bias correction can help to improve the coherence between reanalysis and Nimbus‐3 Medium‐Resolution Infrared Radiometer (MRIR) in 1969. The third application is to inform F(C)DR users about particular quality aspects. We show how simulations can help to make a better‐informed use of the corresponding F(C)DR, taking as examples the Nimbus‐7 Scanning Multichannel Microwave Radiometer (SMMR), the Meteosat Second Generation (MSG) imager, and the Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) Special Sensor Microwave Water Vapor Profiler (SSM/T‐2)