Inter-comparison of integrated water vapor from satellite instruments using reference GPS data at the Iberian Peninsula

Abstract

Este documento se centra en la comparación de productos de vapor de agua integrado (IWV) derivados de los siguientes instrumentos satelitales: Instrumento de monitoreo global del ozono (GOME-2), espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS) en los satélites Terra y Aqua, monitoreo del ozono. Instrumento (OMI), generador de imágenes visibles e infrarrojos mejorados por giro (SEVIRI), sonda infrarroja atmosférica (AIRS) y espectrómetro de absorción de imágenes de barrido para cartografía atmosférica (SCIAMACHY). Se utilizan como referencia los datos IWV procedentes del GPS de nueve estaciones terrestres situadas en la Península Ibérica. El período de estudio se extiende de 2007 a 2012. Los resultados muestran que, en general, OMI tiene buena precisión (pseudomediana de las diferencias relativas entre OMI y GPS IWV de (-0,7 ≠ 1:1)%). Sin embargo, OMI, SCIAMACHY y AIRS muestran un rango intercuartil (IQR) más alto (lo que indica una menor precisión) que el resto de instrumentos satelitales. Tanto los instrumentos satelitales MODIS como los productos SEVIRI tienden a subestimar ligeramente los datos IWV de referencia, mientras que GOME-2 muestra una sobreestimación notable (16:7≠0:8%). Todos los instrumentos satelitales mostraron una tendencia a reducir los valores extremos del IWV: el IWV bajo se sobreestima mientras que el IWV alto se subestima. En cuanto a la influencia del ángulo cenital solar (SZA), se puede observar que GOME-2 sobreestima fuertemente la referencia para valores altos de SZA (alrededor del 60% para SZA 60 - 80). IMO muestra, sin embargo, un IQR alto para valores altos de SZA. Ambos instrumentos MODIS muestran un aumento en la pseudomediana de diferencias relativas y en el IQR con SZA durante el día, con valores más estables durante la noche. La dependencia estacional se debe principalmente a los valores típicos de SZA e IWV en cada estación. En general, en verano la tendencia es a subestimar con IQR bajo (lo que ocurre cuando el IWV es alto y SZA bajo), y en invierno la tendencia es a sobreestimar con IQR alto (lo que ocurre cuando el IWV es bajo y SZA alto). SCIAMACHY muestra una pseudomediana alta en verano y otoño, y más baja en invierno y primavera. Cabe señalar que GOME-2 muestra una sobreestimación mayor y OMI muestra un IQR más alto que otros instrumentos satelitales en invierno y otoño. También se estudió la influencia de las nubes, mostrando un aumento del IQR a medida que aumenta la nubosidad en todos los satélites. La pseudomediana también empeora a medida que aumenta la nubosidad, en general.

This paper focuses on the inter-comparison of integrated water vapor (IWV) products derived from the following satellite instruments: Global Ozone Monitoring Instrument (GOME-2), Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) on the Terra and Aqua satellites, Ozone Monitoring Instrument (OMI), Spining Enhanced Visible and InfraRed Imager (SEVIRI), Atmospheric Infrared Sounder (AIRS), and Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Chartography (SCIAMACHY). IWV data from GPS in nine groundbased stations located in the Iberian Peninsula are used as reference. The study period extends from 2007 to 2012. The results show that, in general, OMI has good accuracy (pseudomedian of the relative differences between OMI and GPS IWV of (-0.7 ≠ 1:1)%). However, OMI, SCIAMACHY and AIRS show higher inter-quartile range (IQR) (which indicates lower precision) than the rest of satellite instruments. Both MODIS satellite instruments and SEVIRI products tend to slightly underestimate reference IWV data while GOME-2 exhibits a notable overestimation (16:7≠0:8 %). All satellite instruments showed a tendency to reduce IWV extreme values: low IWV is overestimated while high IWV is underestimated. As for the in uence of solar zenith angle (SZA), it can be observed that GOME-2 strongly overestimates the reference for high SZA values (by around 60% for SZA 60 - 80). OMI shows, however, a high IQR for high SZA values. Both MODIS instruments show an increase in the pseudomedian of relative differences and IQR with SZA at daytime, with more stable values at night. Seasonal dependence is mainly due to the SZA and IWV typical values in each season. In general, in summer the tendency is to underestimate with low IQR (which happens when IWV is high and SZA is low), and in winter the trend is to overestimate with high IQR (which happens when IWV is low and SZA is high). SCIAMACHY shows a high pseudomedian in summer and autumn, and lower in winter and spring. It must be noted that GOME-2 shows a higher overestimation and OMI shows a higher IQR than other satellite instruments in winter and autumn. The in uence of clouds was also studied, showing an increase of IQR as cloudiness increases in all satellites. Pseudomedian also worsens as cloudiness increases, generally.