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Analysis of Two Dimensionality Reduction Techniques for Fast Simulation of the Spectral Radiances in the Hartley-Huggins Band

del Aguila, Ana und Efremenko, Dmitry und Molina García, Víctor und Xu, Jian (2019) Analysis of Two Dimensionality Reduction Techniques for Fast Simulation of the Spectral Radiances in the Hartley-Huggins Band. Atmosphere, 10 (3), 142/1-142/15. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/atmos10030142. ISSN 2073-4433.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
600kB

Offizielle URL: https://www.mdpi.com/2073-4433/10/3/142

Kurzfassung

The new generation of atmospheric composition sensors such as TROPOMI is capable of providing spectra of high spatial and spectral resolution. To process this vast amount of spectral information, fast radiative transfer models (RTMs) are required. In this regard, we analyzed the efficiency of two acceleration techniques based on the principal component analysis (PCA) for simulating the Hartley-Huggins band spectra. In the first one, the PCA is used to map the data set of optical properties of the atmosphere to a lower-dimensional subspace, in which the correction function for an approximate but fast RTM is derived. The second technique is based on the dimensionality reduction of the data set of spectral radiances. Once the empirical orthogonal functions are found, the whole spectrum can be reconstructed by performing radiative transfer computations only for a specific subset of spectral points. We considered a clear-sky atmosphere where the optical properties are defined by Rayleigh scattering and trace gas absorption. Clouds can be integrated into the model as Lambertian reflectors. High computational performance is achieved by combining both techniques without losing accuracy. We found that for the Hartley-Huggins band, the combined use of these techniques yields an accuracy better than 0.05% while the speedup factor is about 20. This innovative combination of both PCA-based techniques can be applied in future works as an efficient approach for simulating the spectral radiances in other spectral regions.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/126849/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Analysis of Two Dimensionality Reduction Techniques for Fast Simulation of the Spectral Radiances in the Hartley-Huggins Band
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
del Aguila, AnaAna.delAguilaPerez (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Efremenko, Dmitrydmitry.efremenko (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Molina García, Víctorvictor.molinagarcia (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Xu, Jianjian.xu (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2348-125XNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:16 März 2019
Erschienen in:Atmosphere
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:10
DOI:10.3390/atmos10030142
Seitenbereich:142/1-142/15
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2073-4433
Status:veröffentlicht
Stichwörter:PCA; data-driven algorithms; Hartley-Huggins band; dimensionality reduction techniques; two-stream; multi-stream
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Optische Fernerkundung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren
Hinterlegt von: Efremenko, Dr Dmitry
Hinterlegt am:20 Mär 2019 14:40
Letzte Änderung:31 Okt 2023 15:01

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