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A reassessment of the discrepancies in the annual variation of δD-H2O in the tropical lower stratosphere between the MIPAS and ACE-FTS satellite data sets

Lossow, Stefan und Högberg, Charlotte und Khosrawi, Farahnaz und Stiller, Gabriele und Bauer, Ralf und Walker, Kaley A. und Kellmann, Sylvia und Linden, Andrea und Kiefer, Michael und Glatthor, Norbert und von Clarmann, Thomas und Murtagh, Donald und Steinwagner, Jörg und Röckmann, Thomas und Eichinger, Roland (2020) A reassessment of the discrepancies in the annual variation of δD-H2O in the tropical lower stratosphere between the MIPAS and ACE-FTS satellite data sets. Atmospheric Measurement Techniques (AMT), 13, Seiten 287-308. Copernicus Publications. doi: 10.5194/amt-13-287-2020. ISSN 1867-1381.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://www.atmos-meas-tech.net/13/287/2020/

Kurzfassung

The annual variation of δD in the tropical lower stratosphere is a critical indicator for the relative importance of different processes contributing to the transport of water vapour through the cold tropical tropopause region into the stratosphere. Distinct observational discrepancies of the δD annual variation were visible in the works of Steinwagner et al. (2010) and Randel et al. (2012). Steinwagner et al. (2010) analysed MIPAS (Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding) observations retrieved with the IMK/IAA (Institut für Meteorologie und Klimaforschung in Karlsruhe, Germany, in collaboration with the Instituto de Astrofísica de Andalucía in Granada, Spain) processor, while Randel et al. (2012) focused on ACE-FTS (Atmospheric Chemistry Experiment Fourier Transform Spectrometer) observations. Here we reassess the discrepancies based on newer MIPAS (IMK/IAA) and ACE-FTS data sets, also showing for completeness results from SMR (Sub-Millimetre Radiometer) observations and a ECHAM/MESSy (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Hamburg and Modular Earth Submodel System) Atmospheric Chemistry (EMAC) simulation (Eichinger et al., 2015b). Similar to the old analyses, the MIPAS data set yields a pronounced annual variation (maximum about 75 ‰), while that derived from the ACE-FTS data set is rather weak (maximum about 25 ‰). While all data sets exhibit the phase progression typical for the tape recorder, the annual maximum in the ACE-FTS data set precedes that in the MIPAS data set by 2 to 3 months. We critically consider several possible reasons for the observed discrepancies, focusing primarily on the MIPAS data set. We show that the δD annual variation in the MIPAS data up to an altitude of 40 hPa is substantially impacted by a “start altitude effect”, i.e. dependency between the lowermost altitude where MIPAS retrievals are possible and retrieved data at higher altitudes. In itself this effect does not explain the differences with the ACE-FTS data. In addition, there is a mismatch in the vertical resolution of the MIPAS HDO and H2O data (being consistently better for HDO), which actually results in an artificial tape-recorder-like signal in δD. Considering these MIPAS characteristics largely removes any discrepancies between the MIPAS and ACE-FTS data sets and shows that the MIPAS data are consistent with a δD tape recorder signal with an amplitude of about 25 ‰ in the lowermost stratosphere.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/133949/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A reassessment of the discrepancies in the annual variation of δD-H2O in the tropical lower stratosphere between the MIPAS and ACE-FTS satellite data sets
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lossow, StefanKIT, KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Högberg, CharlotteUniv. Stockholm, SchwedenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Khosrawi, FarahnazUniv. Stockholm, SchwedenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stiller, GabrieleKIT, KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bauer, RalfUniv. Toronto, KanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Walker, Kaley A.Univ. Toronto, KanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kellmann, SylviaKIT, KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Linden, AndreaKIT, KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kiefer, MichaelKIT, KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Glatthor, NorbertKIT, KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
von Clarmann, ThomasKIT, KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Murtagh, DonaldChalmers Univ. of Technology, Göteborg, SchwedenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Steinwagner, JörgMax-Plack-Institut Extraterr. Physik, GarchingNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Röckmann, ThomasUniv. of Utrecht, NiederlandeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eichinger, RolandDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:28 Januar 2020
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:13
DOI:10.5194/amt-13-287-2020
Seitenbereich:Seiten 287-308
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1867-1381
Status:veröffentlicht
Stichwörter:HDO, H2O, Stratosphere, tape recorder, Satellites, EMAC, H2OISO, MIPAS, ACE-FTS, water isotopes
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Atmosphären- und Klimaforschung, R - Mittlere Atmosphäre
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Erdsystem-Modellierung
Institut für Physik der Atmosphäre
Hinterlegt von: Eichinger, Roland
Hinterlegt am:03 Feb 2020 23:35
Letzte Änderung:03 Feb 2020 23:35

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