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Inter-comparison of MAX-DOAS measurements of tropospheric HONO slant column densities and vertical profiles during the CINDI-2 campaign

Wang, Yang und Apituley, A. und Bais, A. und Beirle, S. und Benavent, N. und Borovski, A. und Bruchkouski, I. und Chan, Ka Lok und Donner, S. und Drosoglou, T. und Finkenzeller, H. und Friedrich, M. M. und Frieß, U. und Garcia-Nieto, D. und Gómez-Martin, L. und Hendrick, F. und Hilboll, A. und Jin, J. und Johnston, P. und Koenig, T. K. und Kreher, K. und Kumar, V. und Kyuberis, A. und Lampel, J. und Liu, C. und Liu, H. und Ma, J. und Polyansky, O. L. und Postylyakov, O. und Querel, R. und Saiz-Lopez, A. und Schmitt, S. und Tian, X. und Tirpitz, J.-L. und Van Roozendael, M. und Volkamer, R. und Wang, Z. und Xie, P. und Xing, C. und Xu, J. und Yela, M. und Zhang, Chengxin und Wagner, T. (2020) Inter-comparison of MAX-DOAS measurements of tropospheric HONO slant column densities and vertical profiles during the CINDI-2 campaign. Atmospheric Measurement Techniques (AMT), 13 (9), Seiten 5087-5116. Copernicus Publications. doi: 10.5194/amt-13-5087-2020. ISSN 1867-1381.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://amt.copernicus.org/articles/13/5087/2020/

Kurzfassung

We present the inter-comparison of delta slant column densities (SCDs) and vertical profiles of nitrous acid (HONO) derived from measurements of different multi-axis differential optical absorption spectroscopy (MAX-DOAS) instruments and using different inversion algorithms during the Second Cabauw Inter-comparison campaign for Nitrogen Dioxide measuring Instruments (CINDI-2) in September 2016 at Cabauw, the Netherlands (51.97∘ N, 4.93∘ E). The HONO vertical profiles, vertical column densities (VCDs), and near-surface volume mixing ratios are compared between different MAX-DOAS instruments and profile inversion algorithms for the first time. Systematic and random discrepancies of the HONO results are derived from the comparisons of all data sets against their median values. Systematic discrepancies of HONO delta SCDs are observed in the range of ±0.3×1015 molec. cm−2, which is half of the typical random discrepancy of 0.6×1015 molec. cm−2. For a typical high HONO delta SCD of 2×1015 molec. cm−2, the relative systematic and random discrepancies are about 15 % and 30 %, respectively. The inter-comparison of HONO profiles shows that both systematic and random discrepancies of HONO VCDs and near-surface volume mixing ratios (VMRs) are mostly in the range of ∼±0.5×1014 molec. cm−2 and ∼±0.1 ppb (typically ∼20 %). Further we find that the discrepancies of the retrieved HONO profiles are dominated by discrepancies of the HONO delta SCDs. The profile retrievals only contribute to the discrepancies of the HONO profiles by ∼5 %. However, some data sets with substantially larger discrepancies than the typical values indicate that inappropriate implementations of profile inversion algorithms and configurations of radiative transfer models in the profile retrievals can also be an important uncertainty source. In addition, estimations of measurement uncertainties of HONO dSCDs, which can significantly impact profile retrievals using the optimal estimation method, need to consider not only DOAS fit errors, but also atmospheric variability, especially for an instrument with a DOAS fit error lower than ∼3×1014 molec. cm−2. The MAX-DOAS results during the CINDI-2 campaign indicate that the peak HONO levels (e.g. near-surface VMRs of ∼0.4 ppb) often appeared in the early morning and below 0.2 km. The near-surface VMRs retrieved from the MAX-DOAS observations are compared with those measured using a co-located long-path DOAS instrument. The systematic differences are smaller than 0.15 and 0.07 ppb during early morning and around noon, respectively. Since true HONO values at high altitudes are not known in the absence of real measurements, in order to evaluate the abilities of profile inversion algorithms to respond to different HONO profile shapes, we performed sensitivity studies using synthetic HONO delta SCDs simulated by a radiative transfer model with assumed HONO profiles. The tests indicate that the profile inversion algorithms based on the optimal estimation method with proper configurations can reproduce the different HONO profile shapes well. Therefore we conclude that the features of HONO accumulated near the surface derived from MAX-DOAS measurements are expected to represent the ambient HONO profiles well.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/136524/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Inter-comparison of MAX-DOAS measurements of tropospheric HONO slant column densities and vertical profiles during the CINDI-2 campaign
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Wang, YangMax Planck Institute for Chemistry, Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Apituley, A.Royal Netherlands Meteorological Institute (KNMI), De Bilt, the NetherlandsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bais, A.Laboratory of Atmospheric Physics, Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloniki, GreeceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Beirle, S.Max Planck Institute for Chemistry, Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Benavent, N.Department of Atmospheric Chemistry and Climate, Institute of Physical Chemistry Rocasolano (CSIC), Madrid, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Borovski, A.A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences, Moscow, RussiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bruchkouski, I.National Ozone Monitoring Research and Education Center BSU (NOMREC BSU), Belarusian State University, Minsk, BelarusNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chan, Ka LokKa.Chan (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Donner, S.Max Planck Institute for Chemistry, Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Drosoglou, T.Laboratory of Atmospheric Physics, Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloniki, GreeceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Finkenzeller, H.Department of Chemistry, University of Colorado Boulder, Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, M. M.Royal Belgian Institute for Space Aeronomy, Brussels, BelgiumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Frieß, U.Institute of Environmental Physics, University of Heidelberg, Heidelberg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Garcia-Nieto, D.Department of Atmospheric Chemistry and Climate, Institute of Physical Chemistry Rocasolano (CSIC), Madrid, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gómez-Martin, L.National Institute of Aerospatial Technology, Madrid, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hendrick, F.Royal Belgian Institute for Space Aeronomy, Brussels, BelgiumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hilboll, A.Institute of Environmental Physics, University of Bremen, Bremen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jin, J.Meteorological Observation Center, China Meteorological Administration, Beijing, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Johnston, P.National Institute of Water & Atmospheric Research (NIWA), Lauder, New ZealandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Koenig, T. K.Department of Chemistry, University of Colorado Boulder, Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kreher, K.BK Scientific, Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kumar, V.Max Planck Institute for Chemistry, Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kyuberis, A.Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences, Nizhny Novgorod, RussiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lampel, J.Airyx GmbH, Justus-von-Liebig-Str. 14, 69214 Eppelheim, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Liu, C.Department of Precision Machinery and Precision Instrumentation, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Liu, H.Department of Precision Machinery and Precision Instrumentation, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ma, J.Chinese Academy of Meteorology Science, China Meteorological Administration, Beijing, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Polyansky, O. L.Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences, Nizhny Novgorod, RussiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Postylyakov, O.A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences, Moscow, RussiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Querel, R.National Institute of Water & Atmospheric Research (NIWA), Lauder, New ZealandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Saiz-Lopez, A.Department of Atmospheric Chemistry and Climate, Institute of Physical Chemistry Rocasolano (CSIC), Madrid, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmitt, S.Institute of Environmental Physics, University of Heidelberg, Heidelberg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tian, X.Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tirpitz, J.-L.Institute of Environmental Physics, University of Heidelberg, Heidelberg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Van Roozendael, M.Royal Belgian Institute for Space Aeronomy, Brussels, BelgiumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Volkamer, R.Department of Chemistry, University of Colorado Boulder, Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wang, Z.Zhuoru.Wang (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Xie, P.Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Xing, C.School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Xu, J.Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yela, M.National Institute of Aerospatial Technology, Madrid, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zhang, ChengxinSchool of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, T.Max Planck Institute for Chemistry, Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:29 September 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-13-5087-2020
Seitenbereich:Seiten 5087-5116
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1867-1381
Status:veröffentlicht
Stichwörter:MAX-DOAS, CINDI2, HONO
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:12 Okt 2020 14:11
Letzte Änderung:15 Jul 2021 16:26

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