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Is a scaling factor required to obtain closure between measured and modelled atmospheric O₄ absorptions? An assessment of uncertainties of measurements and radiative transfer simulations for 2 selected days during the MAD-CAT campaign

Wagner, Thomas und Beirle, Steffen und Benavent, Nuria und Bösch, Tim und Chan, Ka Lok und Donner, Sebastian und Dörner, Steffen und Fayt, Caroline und Friess, Udo und Garcia-Nieto, David und Gielen, Clio und González-Bartolome, David und Gomez, Laura und Hendrick, Francoise und Henzing, Bas und Jin, Jun Li und Lampel, Johannes und Ma, Jianzhong und Mies, Kornelia und Navarro, Mónica und Peters, Enno und Pinardi, Gaia und Puentedura, Olga und Puķīte, Janis und Remmers, Julia und Richter, Andreas und Saiz-Lopez, Alfonso und Shaiganfar, Reza und Sihler, Holger und Van Roozendael, Michel und Wang, Yang und Yela, Margarita (2019) Is a scaling factor required to obtain closure between measured and modelled atmospheric O₄ absorptions? An assessment of uncertainties of measurements and radiative transfer simulations for 2 selected days during the MAD-CAT campaign. Atmospheric Measurement Techniques (AMT), 12 (5), Seiten 2745-2817. Copernicus Publications. doi: 10.5194/amt-12-2745-2019. ISSN 1867-1381.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
16MB

Offizielle URL: https://www.atmos-meas-tech.net/12/2745/2019/

Kurzfassung

In this study the consistency between MAX-DOAS measurements and radiative transfer simulations of the atmospheric O4 absorption is investigated on 2 mainly cloud-free days during the MAD-CAT campaign in Mainz, Germany, in summer 2013. In recent years several studies indicated that measurements and radiative transfer simulations of the atmospheric O4 absorption can only be brought into agreement if a so-called scaling factor (<1) is applied to the measured O4 absorption. However, many studies, including those based on direct sunlight measurements, came to the opposite conclusion, that there is no need for a scaling factor. Up to now, there is no broad consensus for an explanation of the observed discrepancies between measurements and simulations. Previous studies inferred the need for a scaling factor from the comparison of the aerosol optical depths derived from MAX-DOAS O4 measurements with that derived from coincident sun photometer measurements. In this study a different approach is chosen: the measured O4 absorption at 360 nm is directly compared to the O4 absorption obtained from radiative transfer simulations. The atmospheric conditions used as input for the radiative transfer simulations were taken from independent data sets, in particular from sun photometer and ceilometer measurements at the measurement site. This study has three main goals: first all relevant error sources of the spectral analysis, the radiative transfer simulations and the extraction of the input parameters used for the radiative transfer simulations are quantified. One important result obtained from the analysis of synthetic spectra is that the O4 absorptions derived from the spectral analysis agree within 1 % with the corresponding radiative transfer simulations at 360 nm. Based on the results from sensitivity studies, recommendations for optimised settings for the spectral analysis and radiative transfer simulations are given. Second, the measured and simulated results are compared for 2 selected cloud-free days with similar aerosol optical depths but very different aerosol properties. On 18 June, measurements and simulations agree within their (rather large) uncertainties (the ratio of simulated and measured O4 absorptions is found to be 1.01±0.16). In contrast, on 8 July measurements and simulations significantly disagree: for the middle period of that day the ratio of simulated and measured O4 absorptions is found to be 0.82±0.10, which differs significantly from unity. Thus, for that day a scaling factor is needed to bring measurements and simulations into agreement. Third, recommendations for further intercomparison exercises are derived. One important recommendation for future studies is that aerosol profile data should be measured at the same wavelengths as the MAX-DOAS measurements. Also, the altitude range without profile information close to the ground should be minimised and detailed information on the aerosol optical and/or microphysical properties should be collected and used. The results for both days are inconsistent, and no explanation for a O4 scaling factor could be derived in this study. Thus, similar but more extended future studies should be performed, including more measurement days and more instruments. Also, additional wavelengths should be included.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/129092/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Is a scaling factor required to obtain closure between measured and modelled atmospheric O₄ absorptions? An assessment of uncertainties of measurements and radiative transfer simulations for 2 selected days during the MAD-CAT campaign
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Wagner, ThomasMPI MainzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Beirle, SteffenMPI fuer Chemie, MainzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Benavent, NuriaInstitute of Physical Chemistry Rocasolano (CSIC)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bösch, TimUniversity of BremenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chan, Ka LokKa.Chan (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Donner, SebastianMPI MainzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dörner, SteffenMPI MainzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fayt, CarolineBIRA-IASBNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friess, UdoUniv. of Heidelberg, HeidelbergNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Garcia-Nieto, DavidInstitute of Physical Chemistry Rocasolano (CSIC)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gielen, ClioBIRA-IASBNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
González-Bartolome, DavidINTANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gomez, LauraINTANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hendrick, FrancoiseBIRA/IASBNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Henzing, BasTNONICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jin, Jun LiCMANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lampel, JohannesUniversity of HeidelbergNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ma, JianzhongCMANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mies, KorneliaMPI MainzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Navarro, MónicaINTANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Peters, EnnoUniversity of BremenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pinardi, GaiaBIRA-IASBNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Puentedura, OlgaINTANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Puķīte, JanisMPI MainzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Remmers, JuliaMPI MainzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Richter, AndreasUniv. of Bremen, BremenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Saiz-Lopez, AlfonsoCSIC, Madrid, SpanienNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shaiganfar, RezaMPI MainzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sihler, HolgerMPI MainzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Van Roozendael, MichelBIRA-IASBNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wang, YangMPI MainzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yela, MargaritaINTANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Mai 2019
Erschienen in:Atmospheric Measurement Techniques (AMT)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:12
DOI:10.5194/amt-12-2745-2019
Seitenbereich:Seiten 2745-2817
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1867-1381
Status:veröffentlicht
Stichwörter:MAX-DOAS, O4
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):Vorhaben Spektroskopische Verfahren in der Fernerkundung (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren
Hinterlegt von: Chan, Ka Lok
Hinterlegt am:23 Sep 2019 11:53
Letzte Änderung:14 Jun 2023 14:14

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