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Comparative assessment of TROPOMI and OMI formaldehyde observations and validation against MAX-DOAS network column measurements

De Smedt, Isabelle und Pinardi, Gaia und Vigouroux, Corinne und Compernolle, Steven und Bais, Alkiviadis F. und Benavent, N. und Boersma, F. und Chan, Ka Lok und Donner, Sebastian und Eichmann, K.U. und Hedelt, Pascal und Hendrick, Francoise und Irie, Hitoshi und Kumar, Vinod und Lambert, Jean-Christopher und Langerock, Bavo und Lerot, Christophe und Liu, Cheng und Loyola, Diego und Piters, Ankie und Richter, Andreas und Rivera Cardenas, Claudia und Romahn, Fabian und Ryan, Robert George und Sinha, Vinayak und Theys, Nicolas und Vlietinck, Jonas und Wagner, Thomas und Wang, Ting und Yu, Huan und Van Roozendael, M. (2021) Comparative assessment of TROPOMI and OMI formaldehyde observations and validation against MAX-DOAS network column measurements. Atmospheric Chemistry and Physics (ACP), 21 (16), Seiten 12561-12593. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-21-12561-2021. ISSN 1680-7316.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
35MB

Offizielle URL: https://acp.copernicus.org/articles/21/12561/2021/

Kurzfassung

The TROPOspheric Monitoring Instrument (TROPOMI), launched in October 2017 on board the Sentinel-5 Precursor (S5P) satellite, monitors the composition of the Earth's atmosphere at an unprecedented horizontal resolution as fine as 3.5 × 5.5 km2. This paper assesses the performances of the TROPOMI formaldehyde (HCHO) operational product compared to its predecessor, the OMI (Ozone Monitoring Instrument) HCHO QA4ECV product, at different spatial and temporal scales. The parallel development of the two algorithms favoured the consistency of the products, which facilitates the production of long-term combined time series. The main difference between the two satellite products is related to the use of different cloud algorithms, leading to a positive bias of OMI compared to TROPOMI of up to 30 % in tropical regions. We show that after switching off the explicit correction for cloud effects, the two datasets come into an excellent agreement. For medium to large HCHO vertical columns (larger than 5 × 1015 molec. cm−2) the median bias between OMI and TROPOMI HCHO columns is not larger than 10 % (< 0.4 × 1015 molec. cm−2). For lower columns, OMI observations present a remaining positive bias of about 20 % (< 0.8 × 1015 molec. cm−2) compared to TROPOMI in midlatitude regions. Here, we also use a global network of 18 MAX-DOAS (multi-axis differential optical absorption spectroscopy) instruments to validate both satellite sensors for a large range of HCHO columns. This work complements the study by Vigouroux et al. (2020), where a global FTIR (Fourier transform infrared) network is used to validate the TROPOMI HCHO operational product. Consistent with the FTIR validation study, we find that for elevated HCHO columns, TROPOMI data are systematically low (−25 % for HCHO columns larger than 8 × 1015 molec. cm−2), while no significant bias is found for medium-range column values. We further show that OMI and TROPOMI data present equivalent biases for large HCHO levels. However, TROPOMI significantly improves the precision of the HCHO observations at short temporal scales and for low HCHO columns. We show that compared to OMI, the precision of the TROPOMI HCHO columns is improved by 25 % for individual pixels and by up to a factor of 3 when considering daily averages in 20 km radius circles. The validation precision obtained with daily TROPOMI observations is comparable to the one obtained with monthly OMI observations. To illustrate the improved performances of TROPOMI in capturing weak HCHO signals, we present clear detection of HCHO column enhancements related to shipping emissions in the Indian Ocean. This is achieved by averaging data over a much shorter period (3 months) than required with previous sensors (5 years) and opens new perspectives to study shipping emissions of VOCs (volatile organic compounds) and related atmospheric chemical interactions.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/143579/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Comparative assessment of TROPOMI and OMI formaldehyde observations and validation against MAX-DOAS network column measurements
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
De Smedt, IsabelleBelgian Institute for Space Aeronomy, Brussels, Belgiumhttps://orcid.org/0000-0002-3541-7725NICHT SPEZIFIZIERT
Pinardi, GaiaBelgian Institute for Space Aeronomy, Brussels, Belgiumhttps://orcid.org/0000-0001-5428-916XNICHT SPEZIFIZIERT
Vigouroux, CorinneBelgian Institute for Space Aeronomy, Brussels, BelgiumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Compernolle, StevenBelgian Institute for Space Aeronomy, Brussels, Belgiumhttps://orcid.org/0000-0003-0872-0961NICHT SPEZIFIZIERT
Bais, Alkiviadis F.Department of Physics, Aristotle University of Thessaloniki, 54124 Thessaloniki, Greecehttps://orcid.org/0000-0003-3899-2001NICHT SPEZIFIZIERT
Benavent, N.Department of Atmospheric Chemistry and Climate, Institute of Physical Chemistry Rocasolano (CSIC), Madrid, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Boersma, F.Royal Netherlands Meteorological Institute, KNMI, De Bilt, the NetherlandsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chan, Ka LokKa.Chan (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Donner, SebastianMPI MainzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eichmann, K.U.Institut für Umweltphysik,UniversitätBremen,Bremen,GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hedelt, PascalPascal.Hedelt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1752-0040148090634
Hendrick, FrancoiseBelgian Institute for Space Aeronomy, Brussels, BelgiumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Irie, HitoshiCenter for Environmental Remote Sensing, Chiba University (Chiba U), Chiba, JapanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kumar, VinodMax Planck Institute for Chemistry, Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lambert, Jean-ChristopherRoyal Belgian Institute for Space Aeronomy (BIRA)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Langerock, BavoBelgian Institute for Space Aeronomy, BIRA-IASB, Ringlaan 3, 1080 Brussels, BelgiumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lerot, ChristopheBelgian Institute for Space Aeronomy (BIRA-IASB), Brussels, BelgiumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Liu, ChengSchool of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei, 230026, Chinahttps://orcid.org/0000-0002-3759-9219NICHT SPEZIFIZIERT
Loyola, DiegoDiego.Loyola (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8547-9350NICHT SPEZIFIZIERT
Piters, AnkieRoyal Netherlands Meteorological Institute (KNMI), De Bilt, the NetherlandsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Richter, AndreasInstitute of Environmental Physics, University of Bremen (IUP-B), Bremen, Germanyhttps://orcid.org/0000-0003-3877-8275NICHT SPEZIFIZIERT
Rivera Cardenas, ClaudiaCentro de Ciencias de la Atmósfera, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Mexico City, Mexicohttps://orcid.org/0000-0002-8617-265XNICHT SPEZIFIZIERT
Romahn, FabianFabian.Romahn (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ryan, Robert GeorgeSchool of Earth Sciences, The University of Melbourne, Melbourne, AustraliaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sinha, VinayakDepartment of Earth and Environmental Sciences, Indian Institute of Science Education and Research (IISER), Mohali, Indiahttps://orcid.org/0000-0002-5508-0779NICHT SPEZIFIZIERT
Theys, NicolasBelgian Institute for Space Aeronomy, Brussels, BelgiumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vlietinck, JonasBelgian Institute for Space Aeronomy, Brussels, BelgiumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, ThomasMax Planck Institute for Chemistry, MainzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wang, TingInstitute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yu, HuanBelgian Institute for Space Aeronomy, Brussels, BelgiumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Van Roozendael, M.BIRA-IASB – Royal Belgian Institute for Space Aeronomy, Brussels, BelgiumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:23 August 2021
Erschienen in:Atmospheric Chemistry and Physics (ACP)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:21
DOI:10.5194/acp-21-12561-2021
Seitenbereich:Seiten 12561-12593
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1680-7316
Status:veröffentlicht
Stichwörter:TROPOMI, HCHO, MAX-DOAS
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 - Fernerkundung u. Geoforschung, R - Spektroskopische Verfahren der Atmosphäre
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren
Hinterlegt von: Hedelt, Pascal
Hinterlegt am:23 Aug 2021 11:22
Letzte Änderung:05 Dez 2023 10:25

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