Liu, Song und Valks, Pieter und Pinardi, Gaia und Xu, Jian und Chan, Ka Lok und Argyrouli, Athina und Lutz, Ronny und Beirle, Steffen und Khorsandi, Ehsan und Baier, Frank und Huijnen, Vincent und Bais, Alkiviadis und Donner, Sebastian und Dörner, Steffen und Gratsea, M. und Hendrick, Francoise und Karagkiozidis, D. und Lange, Kezia und Piters, Ankie und Remmers, J. und Richter, A. und Van Roozendael, M. und Wagner, T. und Wenig, M. und Loyola, Diego (2021) An improved TROPOMI tropospheric NO2 research product over Europe. Atmospheric Measurement Techniques (AMT), 14 (11), Seiten 7297-7327. Copernicus Publications. doi: 10.5194/amt-14-7297-2021. ISSN 1867-1381.
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Kurzfassung
Launched in October 2017, the TROPOspheric Monitoring Instrument (TROPOMI) aboard Sentinel-5 Precursor provides the potential to monitor air quality over point sources across the globe with a spatial resolution as high as 5.5 km × 3.5 km (7 km × 3.5 km before 6 August 2019). The DLR nitrogen dioxide (NO2) retrieval algorithm for the TROPOMI instrument consists of three steps: the spectral fitting of the slant column, the separation of stratospheric and tropospheric contributions, and the conversion of the slant column to a vertical column using an air mass factor (AMF) calculation. In this work, an improved DLR tropospheric NO2 retrieval algorithm from TROPOMI measurements over Europe is presented. The stratospheric estimation is implemented using the STRatospheric Estimation Algorithm from Mainz (STREAM), which was developed as a verification algorithm for TROPOMI and does not require chemistry transport model data as input. A directionally dependent STREAM (DSTREAM) is developed to correct for the dependency of the stratospheric NO2 on the viewing geometry by up to 2×10^14 molec/cm2. Applied to synthetic TROPOMI data, the uncertainty in the stratospheric column is 3.5×10^14 molec/cm2 in the case of significant tropospheric sources. Applied to actual measurements, the smooth variation of stratospheric NO2 at low latitudes is conserved, and stronger stratospheric variation at higher latitudes is captured. For AMF calculation, the climatological surface albedo data are replaced by geometry-dependent effective Lambertian equivalent reflectivity (GE_LER) obtained directly from TROPOMI measurements with a high spatial resolution. Mesoscale-resolution a priori NO2 profiles are obtained from the regional POLYPHEMUS/DLR chemistry transport model with the TNO-MACC emission inventory. Based on the latest TROPOMI operational cloud parameters, a more realistic cloud treatment is provided by a Clouds-As-Layers (CAL) model, which treats the clouds as uniform layers of water droplets, instead of the Clouds-As-Reflecting-Boundaries (CRB) model, in which clouds are simplified as Lambertian reflectors. For the error analysis, the tropospheric AMF uncertainty, which is the largest source of NO2 uncertainty for polluted scenarios, ranges between 20 % and 50 %, leading to a total uncertainty in the tropospheric NO2 column in the 30 %–60 % range. From a validation performed with ground-based multi-axis differential optical absorption spectroscopy (MAX-DOAS) measurements, the new DLR tropospheric NO2 data show good correlations for nine European urban/suburban stations, with an average correlation coefficient of 0.78. The implementation of the algorithm improvements leads to a decrease of the relative difference from −55.3 % to −34.7 % on average in comparison with the DLR reference retrieval. When the satellite averaging kernels are used to remove the contribution of a priori profile shape, the relative difference decreases further to −20 %.
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Dokumentart: | Zeitschriftenbeitrag | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Titel: | An improved TROPOMI tropospheric NO2 research product over Europe | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Autoren: |
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Datum: | 22 November 2021 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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: | 14 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.5194/amt-14-7297-2021 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Seitenbereich: | Seiten 7297-7327 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Verlag: | Copernicus Publications | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ISSN: | 1867-1381 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Status: | veröffentlicht | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stichwörter: | TROPOMI, NO2, Air Quality, troposphere | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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 - Atmosphären- und Klimaforschung | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Standort: | Oberpfaffenhofen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Institute & Einrichtungen: | Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hinterlegt von: | Valks, Dr. Pieter | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hinterlegt am: | 29 Nov 2021 08:15 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Letzte Änderung: | 29 Mär 2023 00:00 |
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