3D tomography for SCIAMACHY limb and nadir measurements: retrieval of stratospheric NO2, BrO and OClO profiles and their application for the investigation of stratospheric chemistry

SCIAMACHY 临边和最低点测量的 3D 断层扫描:平流层 NO2、BrO 和 OClO 剖面的检索及其在平流层化学研究中的应用

基本信息

项目摘要

Satellite measurements strongly contribute to the understanding of the processes related to stratospheric ozone loss, e.g. by global and long term monitoring of ozone and its depleting substances. For instance, measurements performed in limb geometry by SCIAMACHY on ENVISAT largely improved the knowledge about the vertical distribution of species like BrO and OClO only recently. However, there are still important open questions, like e.g. the chlorine activation processes on different kinds of aerosols and polar stratospheric clouds. Also, the role of very short lived species in the stratospheric bromine budget or the effects of a possible enhancement of the Brewer-Dobson circulation are not fully understood. Globally, the vertical distribution of ozone depleting species varies significantly in space and time due to solar illumination, atmospheric chemistry and transport. Especially strong gradients occur near the twilight zone or across stratospheric transport barriers (polar vortex boundary, subtropical transport barriers). These regions are of particular importance for chemistry and transport of the lower stratosphere and upper troposphere, since they separate air masses on large scales but also enable exchange between them.Standard 1-D profile retrievals, which assume horizontal homogeneity, result in large systematic biases due to neglecting the effect of horizontal gradients on the measurement. We propose to develop, improve and apply a tomographic profile retrieval algorithm, which optimally combines the information provided by the SCIAMACHY limb and nadir measurements. An improved global dataset of 3D stratospheric profiles for NO2, BrO and OClO for the 10 years of the SCIAMACHY mission (2002-2012) will be developed, compared to atmospheric chemistry simulations and applied to selected questions of atmospheric science. The dataset developed in this project will be very useful for investigating the complex interplay of stratospheric chemistry and transport processes, and will help to reduce the uncertainties in the distribution of ozone depleting species, in particular for regions with large horizontal inhomogeneity.
卫星测量极大地有助于了解与平流层臭氧损失相关的过程,例如通过对臭氧及其消耗物质进行全球长期监测。例如,SCIAMACHY 最近在 ENVISAT 上进行的肢体几何测量极大地提高了有关 BrO 和 OClO 等物种垂直分布的知识。然而,仍然存在一些重要的悬而未决的问题,例如不同种类的气溶胶和平流层云上的氯活化过程。此外,生命周期非常短的物种在平流层溴预算中的作用或布鲁尔-多布森环流可能增强的影响尚未完全了解。在全球范围内,由于太阳光照、大气化学和运输的影响,臭氧消耗物种的垂直分布在空间和时间上存在显着差异。特别强的梯度出现在暮光带附近或跨越平流层输送障碍(极涡边界、副热带输送障碍)。这些区域对于平流层下部和对流层上部的化学和运输特别重要,因为它们在大尺度上分离气团,但也使它们之间能够进行交换。标准一维剖面反演假设水平均匀性,会导致较大的系统偏差由于忽略了水平梯度对测量的影响。我们建议开发、改进和应用断层扫描轮廓检索算法,该算法最佳地结合了 SCIAMACHY 肢体和最低点测量提供的信息。将开发 SCIAMACHY 任务 10 年(2002-2012 年)期间改进的 NO2、BrO 和 OClO 3D 平流层剖面全球数据集,与大气化学模拟进行比较,并将其应用于大气科学的选定问题。该项目开发的数据集对于研究平流层化学和传输过程的复杂相互作用非常有用,并将有助于减少臭氧消耗物种分布的不确定性,特别是对于水平不均匀性较大的区域。

项目成果

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Characterisation of a stratospheric sulfate plume from the Nabro volcano using a combination of passive satellite measurements in nadir and limb geometry
  • DOI:
    10.5194/acp-14-8149-2014
  • 发表时间:
    2014-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    M. P. D. Vries;S. Dörner;J. Puķı̄te;C. Hörmann;M. Fromm;T. Wagner
  • 通讯作者:
    M. P. D. Vries;S. Dörner;J. Puķı̄te;C. Hörmann;M. Fromm;T. Wagner
Quantification and parametrization of non-linearity effects by higher-order sensitivity terms in scattered light differential optical absorption spectroscopy
散射光微分光学吸收光谱中高阶灵敏度项的非线性效应的量化和参数化
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