Bak, Juseon and Keppens, Arno and Choi, Daesung and Hong, Sungjei and Kim, Jae-Hwan and Kim, Cheol-Hee and Lee, Hyo-Jung and Jeon, Wonbae and Kim, Jhoon and Koo, Ja-Ho and Kim, Joowan and Baek, Kanghyun and Yang, Kai and Liu, Xiong and González Abad, Gonzalo and Heue, Klaus-Peter and Lambert, Jean-Christopher and Jung, Yeonjin and Hong, Hyunkee and Lee, Won-Jin (2026) GEMS ozone profile retrieval: impact and validation of version 3.0 improvements. Atmospheric Measurement Techniques (AMT) (19), pp. 119-134. Copernicus Publications. doi: 10.5194/amt-19-119-2026. ISSN 1867-1381.
|
PDF
- Published version
4MB |
Official URL: https://amt.copernicus.org/articles/19/119/2026/
Abstract
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.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/221841/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | GEMS ozone profile retrieval: impact and validation of version 3.0 improvements | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Date: | 7 January 2026 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Atmospheric Measurement Techniques (AMT) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.5194/amt-19-119-2026 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | pp. 119-134 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | Copernicus Publications | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 1867-1381 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | Ozone Profile, satellite observation, validatio | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Earth Observation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | R EO - Earth Observation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | R - Spectroscopic methods of the atmosphere | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Oberpfaffenhofen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Remote Sensing Technology Institute > Atmospheric Processors | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Heue, Klaus-Peter | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 09 Jan 2026 10:20 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 09 Jan 2026 11:04 |
Repository Staff Only: item control page