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GEMS ozone profile retrieval: impact and validation of version 3.0 improvements

Bak, Juseon und Keppens, Arno und Choi, Daesung und Hong, Sungjei und Kim, Jae-Hwan und Kim, Cheol-Hee und Lee, Hyo-Jung und Jeon, Wonbae und Kim, Jhoon und Koo, Ja-Ho und Kim, Joowan und Baek, Kanghyun und Yang, Kai und Liu, Xiong und González Abad, Gonzalo und Heue, Klaus-Peter und Lambert, Jean-Christopher und Jung, Yeonjin und Hong, Hyunkee und Lee, Won-Jin (2026) GEMS ozone profile retrieval: impact and validation of version 3.0 improvements. Atmospheric Measurement Techniques (AMT) (19), Seiten 119-134. Copernicus Publications. doi: 10.5194/amt-19-119-2026. ISSN 1867-1381.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://amt.copernicus.org/articles/19/119/2026/

Kurzfassung

This study presents the first comprehensive description of the operational GEMS (Geostationary Environment Monitoring Spectrometer) ozone profile retrieval algorithm and evaluates the performance of the reprocessed version 3.0 dataset. The retrieval operates in the 310–330 nm spectral range and yields total degrees of freedom for ozone ranging from 1.5 to 3. Although the vertical sensitivity is limited, GEMS achieves an effective vertical resolution of 5–10 km and is capable of separating tropospheric and stratospheric ozone layers. This work highlights significant algorithmic and calibration improvements in version 3.0. Radiometric offsets in irradiance measurements are corrected using a scaling factor derived from the average ratio to a solar reference, while residual wavelength-dependent biases in the normalized radiance are further mitigated through soft calibration. In addition, shift corrections are applied separately to irradiance and radiance wavelengths. As a result, version 3.0 significantly reduces spectral fitting residuals, lowering them from 0.8 % in version 2.0 to 0.2 % under nominal conditions. This improvement also mitigates altitude-dependent oscillating biases observed in the previous version (+40 DU in the troposphere, −20 DU in the stratosphere). The version 3 ozone profiles show agreements within ±10 DU of ozonesonde observations, with a mean bias of −7.7 % in tropospheric ozone columns and within 5 % in the stratosphere. Furthermore, the retrievals capture day-to-day vertical ozone variability, as demonstrated by comparisons with daily ozonesonde launches in February and March 2024. Integrated ozone columns derived from the profiles also show improved consistency with ground-based total ozone measurements, yielding a mean bias of −3.6 DU and outperforming the GEMS operational total column ozone product.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/221841/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:GEMS ozone profile retrieval: impact and validation of version 3.0 improvements
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bak, JuseonInstitute of Environmental Studies, Pusan National UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Keppens, ArnoBIRAhttps://orcid.org/0000-0002-9544-6392NICHT SPEZIFIZIERT
Choi, DaesungInstitute of Environmental Studies, Pusan National UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hong, SungjeiInstitute of Environmental Studies, Pusan National UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kim, Jae-HwanInstitute of Environmental Studies, Pusan National UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kim, Cheol-HeeInstitute of Environmental Studies, Pusan National UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lee, Hyo-JungInstitute of Environmental Studies, Pusan National UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jeon, WonbaeInstitute of Environmental Studies, Pusan National UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kim, JhoonDepartment of Atmospheric Sciences, Yonsei University, Seoul 03722, KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Koo, Ja-HoDepartment of Atmospheric Sciences, Yonsei University, Seoul 03722, KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kim, JoowanDepartment of Atmospheric Sciences, Kongju National UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Baek, KanghyunNASA Goddard Space Flight CenterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yang, KaiDepartment of Atmospheric and Oceanic Science, University of MarylandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Liu, XiongHarvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, MA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
González Abad, GonzaloAtomic and Molecular Physics Division, Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO), Center for Astrophysics,NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heue, Klaus-PeterKlaus-Peter.Heue (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8823-7712201891378
Lambert, Jean-ChristopherIASB-BIRANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jung, YeonjinMajor of Spatial Information Engineering, Division of Earth and Environmental System Sciences, Pukyong National UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hong, HyunkeeNational Institute of Environmental Research (NIER), South KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lee, Won-JinNational Institute of Environmental Research (NIER), South KoreaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:7 Januar 2026
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
DOI:10.5194/amt-19-119-2026
Seitenbereich:Seiten 119-134
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1867-1381
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Ozone Profile, satellite observation, validatio
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Spektroskopische Verfahren der Atmosphäre
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren
Hinterlegt von: Heue, Klaus-Peter
Hinterlegt am:09 Jan 2026 10:20
Letzte Änderung:09 Jan 2026 11:04

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