Impact van wolken op de atmosferische sporengasproducten

Wolken hebben een sterke invloed op de analyse van 19 troposferische sporengassen door ruimte-instrumenten. De effecten van 3D-kenmerken zoals ruimtelijke heterogeniteit en gestructureerde wolkengrenzen nemen toe wanneer de ruimtelijke resolutie van het waarnemingsinstrument de afmetingen van de wolkenstructuren benadert. Dit geldt voor instrumenten als TROPOMI en de toekomstige Sentinel-4 en Sentinel-5 sensoren, die ontworpen zijn om horizontale kenmerken van 7×7 km² of beter op te lossen. Daarom onderzochten wij de invloed van belangrijke 3D-wolkeffecten op het meten van sporengassen met behulp van een 3D-stralingstransportmodel.

Satellietinstrumenten meten de zonnestraling die door het aardoppervlak en de atmosfeer wordt gereflecteerd. Voor een idealiter onbewolkte atmosfeer kan uit deze metingen de hoeveelheid verschillende atmosferische sporengassen worden geschat.

Waargenomen scènes in satellietbeelden zijn echter vaak vervuild door wolken, waardoor de kwaliteit van de metingen afneemt. Zelfs grondpixels die geen wolken bevatten, kunnen door wolken worden beïnvloed als gevolg van straling uit wolken in naburige pixels of wolkenschaduweffecten.

Om het effect van realistische 3D-wolken op sporengasmetingen te kwantificeren, hebben wij een geavanceerd 3D-model voor stralingstransport gebruikt om door wolken beïnvloede satellietbeelden te simuleren en het effect van 3D-wolkeffecten op de afleiding van stikstofdioxide (NO2) te beoordelen.

Door wolkenschaduwen kunnen de NO2-kolommen met tientallen procenten worden onderschat. De grootte van deze fout varieert met de zonne-zenithoek, de geometrie van de satellietweergave, de wolkenhoogte en -dikte, de vorm van het verticale profiel van de sporengassen en het albedo van het oppervlak. 3D -wolkeneffecten vergroten de NO2-onzekerheid, en metingen die daaronder lijden moeten worden gemarkeerd of gecorrigeerd.

 

Referenties:

  • Emde, C., Yu, H., Kylling, A., van Roozendael, M., Stebel, K., Veihelmann, B., and Mayer, B.: Impact of 3D cloud structures on the atmospheric trace gas products from UV–Vis sounders – Part 1: Synthetic dataset for validation of trace gas retrieval algorithms, Atmos. Meas. Tech., 15, 1587–1608, https://doi.org/10.5194/amt-15-1587-2022, 2022.
     
  • Yu, H., Emde, C., Kylling, A., Veihelmann, B., Mayer, B., Stebel, K., and Van Roozendael, M.: Impact of 3D cloud structures on the atmospheric trace gas products from UV–Vis sounders – Part 2: Impact on NO2 retrieval and mitigation strategies, Atmos. Meas. Tech., 15, 5743–5768, https://doi.org/10.5194/amt-15-5743-2022, 2022.
     
  • Kylling, A., Emde, C., Yu, H., van Roozendael, M., Stebel, K., Veihelmann, B., and Mayer, B.: Impact of 3D cloud structures on the atmospheric trace gas products from UV–Vis sounders – Part 3: Bias estimate using synthetic and observational data, Atmos. Meas. Tech., 15, 3481–3495, https://doi.org/10.5194/amt-15-3481-2022, 2022.
Schema van het 2D-“box cloud”-scenario
Schema van het 2D-“box cloud”-scenario.
Gesimuleerde reflectie onzekerheid in de NO2-retrieval
Linkerpaneel: Gesimuleerde reflectie van het 3D-stralingstransportmodel.
Rechterpaneel: Onzekerheid in de NO2-retrieval. De grijze gebieden zijn bewolkte scènes.