AIRS V6 CO Tests and Preliminary Validation J. Warner, Z. Wei, E. - PowerPoint PPT Presentation

AIRS V6 CO Tests and Preliminary Validation J. Warner, Z. Wei, E. Maddy, E. Manning, J. Blaisdell, AND AIRS Members at JPL, GSFC, NOAA, and UMBC Previously presented: • Preliminary validation from tests performed at UMBC using NOAA V6 • Issues with cross-track biases, now fixed. • Various first guess tests at UMBC using NOAA V6, now determined. Today: • Mainly validate against the latest JPL tests related to CO. ¡*Supported ¡by ¡Sub-­‑contract ¡from ¡NASA ¡JPL ¡AIRS ¡team ¡

Various ¡Versions ¡Under ¡Tes.ng ¡ V6 ¡JPL ¡ V5 ¡DAAC ¡ 2 ¡Hemispheric ¡FG ¡ 1 ¡Global ¡FG ¡ V6 ¡NOAA ¡ OE ¡ Various ¡FG ¡ 1 ¡Global ¡FG ¡ V5 ¡DAAC ¡with ¡Global ¡FG ¡ ¡– ¡AIRS ¡V5 ¡with ¡Global ¡1 st ¡guess ¡the ¡same ¡as ¡the ¡averaged ¡profile ¡for ¡MOPITT ¡V3 ¡ V6 ¡JPL ¡with ¡Global ¡FG ¡– ¡AIRS ¡V6 ¡improvements ¡at ¡JPL ¡with ¡a ¡global ¡FG ¡as ¡in ¡the ¡V5 ¡ V6 ¡NOAA ¡with ¡Global ¡FG ¡– ¡AIRS ¡V6 ¡features ¡adapted ¡at ¡NOAA ¡as ¡of ¡Sept. ¡2010. ¡ ¡ ¡ OE ¡– ¡ ¡Research ¡products ¡by ¡Warner, ¡et. ¡al., ¡2010 ¡

V6 CO Angular Dependence Recovered to V5 level ¡ V6 CO @JPL 581 V6 CO @NOAA V5 CO @DACC

Discussion of V6 CO 1 st guess AIRS CO sensitivity is primarily in the mid-troposphere where the choice of 1 st guess is not as critical. The decision has been on what to use in regions our measurement signals are relatively weak. Focused on four Choices even though we’ve tested several others, which are not as good as options: • One global first guess in V6 same as in V5 • Zonal mean of the climatology from MOZART • 3D climatology using MOZART • Two profiles (NH & SH) with seasonal variation computed from MOZART

Tests Using Various FG at 840hPa Single ¡global ¡FG ¡ Zonal ¡Mean ¡using ¡MOZART ¡ 2FG ¡(NH ¡& ¡SH) ¡with ¡seasonal ¡change ¡ 3D ¡FG ¡using ¡MOZART ¡

Seasonally Varying Hemispheric FG NH • Two uniform CO profiles for 100 180 200 NH and SH developed using NH 160 300 global MOZORT monthly mean 140 400 climatology. Pressure (hPa) 120 500 600 100 • Using NCAR MOZART monthly 700 80 mean climatology computed from 800 60 900 2.8x2.8 grid point 3D model 40 1000 outputs from 2002-2009, and 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Month SH interpolated to AIRS spatial and 100 180 temporal resolution. 200 SH 160 300 140 400 • Trimmed off the boundary Pressure (hPa) 120 500 layer high CO amount. 600 100 700 80 • From 30 – 2hPa, the AFGL 800 60 climatology profile is used. 900 40 1000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Month

JPL’s V5 ~ V6 monthly mean Jan., 2007 V5 V6 V6-V5 • Day-night differences are physical! CO sensitivity increases with increased surface temperature contrast. • V6 CO higher than V5 in NH, and lower in SH, right direction!

V6 CO Validated by INTEX-B in situ Profiles on Mar. 4, 2006 Pro 76 (25 ° , � 86 ° ), intexB � DC8 on 20060304 Pro 75 (33 ° , � 88 ° ), intexB � DC8 on 20060304 200 200 Insitu Insitu V5fg V5fg V5 RET 300 300 V5 RET V6fg V6fg JPL V5.9.12 JPL V5.9.12 400 400 OE OE 500 500 Pressure (hPa) Pressure (hPa) 600 600 700 700 800 800 900 900 1000 1000 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 CO mixing ratio (ppbv) CO mixing ratio (ppbv) Issues with V5 CO values being too low in the lower troposphere is fixed with V6 by using more appropriate hemispheric first guesses.

One Remaining Test 800hPa ¡ • In the lower troposphere there is a sharp transition due to high constrain to the 1 st guess. • E. Maddy suggested to adjust the damping parameter Cowgt. 900hPa ¡ • Easy adaption at JPL. ¡ Courtesy ¡of ¡Evan ¡Manning, ¡JPL ¡ ¡

Test of Cowgt at 840hPa for Mar. 4, 2006 JPL ¡1.85 ¡ NOAA ¡0.5 ¡ NOAA1.5 ¡ NOAA ¡1.85 ¡ NOAA ¡2.25 ¡ NOAA ¡3 ¡ Higher ¡Cowgt ¡allows ¡more ¡variaOons ¡from ¡the ¡AIRS ¡signals, ¡however, ¡may ¡result ¡ to ¡instability ¡and ¡higher ¡noise ¡in ¡the ¡retrievals. ¡

Typical V6 CO Profiles NH ~ SH 20060304, NO. 03556, lat=26.89 ° ,lon= � 92.35 ° , solzen=149.0 ° , land=0.0 20060304, NO. 03930, lat= � 25.66 ° ,lon=74.54 ° , solzen=29.9 ° , land=0.0 100 100 V5 fg V5 fg V6 fg V6 fg 200 200 V5 V5 JPL V5.9.12q JPL V5.9.12q JPL COwgt1.5q JPL COwgt1.5q 300 300 COwgt=1.5 COwgt=1.5 COwgt=1.85 COwgt=1.85 COwgt=2.0 COwgt=2.0 400 400 COwgt=2.25 COwgt=2.25 COwgt=2.5 COwgt=2.5 500 COwgt=3.0 500 COwgt=3.0 COwgt=3.5 COwgt=3.5 600 600 700 700 NH SH 800 800 900 900 1000 1000 20 40 60 80 100 120 140 160 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 • V6 show significant improvements over both NH and SH. • Retrievals start to be instable at larger Cowgt values, see Cowgt=3.5, 3, or even 2.5.

Various COwgt Validated by INTEX-B in situ Profiles Pro 75 (33 ° , � 88 ° ), intexB � DC8 on 20060304 Pro 76 (25 ° , � 86 ° ), intexB � DC8 on 20060304 200 200 Insitu Insitu V5fg V5fg V5 1FG 300 V5 1FG 300 JPL V5.9.12 JPL V5.9.12 JPL qCOwgt 1.5 JPL qCOwgt 1.5 400 400 V6fg V6fg V061 COwgt 1.5 V061 COwgt 1.5 V061 COwgt 1.85 V061 COwgt 1.85 500 500 V061 COwgt 2.0 V061 COwgt 2.0 Pressure (hPa) Pressure (hPa) V061 COwgt 2.25 V061 COwgt 2.25 V061 COwgt 2.5 V061 COwgt 2.5 600 600 V061 COwgt 3.0 V061 COwgt 3.0 V061 COwgt 3.5 V061 COwgt 3.5 700 700 800 800 900 900 1000 1000 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 CO mixing ratio (ppbv) CO mixing ratio (ppbv) • Significant improvements in the lower troposphere. • Retrievals start to be instable at larger Cowgt values, see Cowgt=3.5, 3, or even 2.5.

RMS Differences of Retrieval and in situ AIRS profile comparison against NASA insitu profiles 90 ¡ 200 V5 FG V6 FG insitu 400 V050 Pressure (hPa) V058 V060 600 OE 800 1000 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 CO mixing ratio (ppbv) NASA ¡Field ¡Campaign ¡(90 ¡profiles) ¡ MOZAIC ¡Measurements ¡ P ¡hPa ¡ V052 ¡ V058 ¡ V060 ¡ OE ¡ V052 ¡ V058 ¡ V060 ¡ OE ¡ 217 ¡ 12.088 ¡ 12.171 ¡ 14.292 ¡ 9.7596 ¡ 6.0950 ¡ 6.2446 ¡ 6.7784 ¡ 5.3870 ¡ 307 ¡ 3.1244 ¡ 3.2637 ¡ 2.6553 ¡ ¡ 3.1722 ¡ 3.0731 ¡ 3.0571 ¡ 3.0152 ¡ 2.9266 ¡ 506 ¡ 3.6321 ¡ 3.7677 ¡ ¡ 3.5294 ¡ 3.0804 ¡ 1.9110 ¡ ¡ 2.4142 ¡ ¡ 1.6048 ¡ 2.4298 ¡ 840 ¡ 4.2252 ¡ 4.2034 ¡ 3.0187 ¡ 6.3571 ¡ 4.0009 ¡ 4.3883 ¡ 3.0385 ¡ 2.7573 ¡

Available in situ Measurements 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 intexA intexB MILAGRO ARCTAS NOAA P3 MOZAIC START08 HIPPO TOWER FLASK NDACC 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 • All available CO in situ data for AIRS records will be used to validate V6 CO once V6 is processed in mass quantity. • NASA field campaign spiral profiles (a total of 90).

Summary V6 CO cross-track dependence is fixed. • V6 CO 1 st guesses use 2 hemispheric climatology profiles with • seasonal variabilities derived from NCAR MOZARD model. V6 CO using hemispheric and climatology 1 st guess against in situ • data show significant improvements over V5 CO especially over problem regions (lower atmosphere and Southern Hemisphere). Next Steps Further tests with JPL/GSFC V6 codes to identify the best • Cowgt in response to all V6 upgrades. Continue validations with more in situ data and compare with • other satellite products.