A comparison of TROPOMI – derived cloud fraction with SYNOP data over Greece
Creators: name: Σαράκης, Χρυσοβαλάντης Χριστόφορου (Sarakis, Chrysovalantis)
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2020
Subjects: Συνοπτικές
Νέφη
Δορυφορικές
TROPOMI
SYNOP
Clouds

description: Clouds’ presence affects the Earth’s climate and the correct estimation of cloud fraction would help to better estimate column densities and concentration profiles of other atmospheric trace gas species derived from satellites. This master thesis study was focused on the cloud fraction (CF) comparison between measurements of the Tropospheric Monitoring Instrument on board the Copernicus Sentinel-5 Precursor [S5P/TROPOMI] satellite and surface synoptic observations [SYNOP]. The data sets cover the period from November 7, 2017 to January 18, 2020 and represent cloud cover over thirty two stations in Greece. In addition low and high CFs as well as seasonal analysis has been performed for the same period. Two methods of CF analysis were developed for the S5P/TROPOMI CAL and CRB models, using either the averaged CF derived by a circular area around the station [AvgDis] or the CF of the closest S5P/TROPOMI pixel [MinDis]. The comparison resulted in linear correlation coefficient values ranging from 0.804 to 0.826 and biases ranging from -13.0% to -13.4% showing a better performance of the AvgDis than the MinDis method and of the CAL than the CRB model. In addition, the majority of both the overestimation and the underestimation values by S5P/TROPOMI compared to SYNOP were found to be within 25.0%. As regards low and high CFs the AvgDis method resulted in lower overestimation levels and the MinDis method in lower underestimation values by S5P/TROPOMI. The analysis performed for each season resulted in linear correlation coefficients ranging from 0.711 to 0.834 with a lower inter-seasonal range for the AvgDis than the MinDis method and for the CAL than the CRB model as well as in biases ranging from -8.9% to -22.7%. Results demonstrate that SYNOP observations can be a useful database of the S5P/TROPOMI CF data validation.
description: Η παρουσία των νεφών στην ατμόσφαιρα επηρεάζει το κλίμα της Γης και η σωστή εκτίμησή του ποσοστού νέφωσης θα βοηθήσει στη καλύτερη εκτίμηση των συγκεντρώσεων άλλων ατμοσφαιρικών ιχνοστοιχείων που μετρώνται από δορυφορικές μετρήσεις. Η παρούσα μεταπτυχιακή έρευνα εστίασε στη σύγκριση των ποσοστών νέφωσης μεταξύ μετρήσεων του οργάνου TroposphericMonitoringInstrument (TROPOMI) από το δορυφόρο CopernicusSentinel-5 Precursor [S5P/TROPOMI] και επίγειων συνοπτικών παρατηρήσεων (SYNOP). Τα δεδομένα καλύπτουν τη χρονική περίοδο από 7 Νοεμβρίου 2017 έως 18 Ιανουαρίου 2020 και αφορούν μετρήσεις ποσοστών νέφωσης σε τριάντα δύο σταθμούς στην Ελλάδα. Επιπρόσθετα διενεργήθηκε έρευνα για τα χαμηλά και τα υψηλά ποσοστά νέφωσης, καθώς και έρευνα ανά εποχές, για την ίδια χρονική περίοδο. Δύο μέθοδοι αναπτύχθηκαν για τα μοντέλα CAL και CRB που χρησιμοποιούνται από το S5P/TROPOMI, κάνοντας χρήση, είτε του μέσου όρου του ποσοστού νέφωσης που υπολογίζεται από μία περιοχή σε σχήμα δίσκου που περικλείει το σταθμό [AvgDis], είτε του ποσοστού νέφωσης που μετρήθηκε στο κοντινότερο εικονοστοιχείο του S5P/TROPOMI [MinDis]. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της σύγκρισης ο γραμμικός συντελεστής συσχέτισης κυμάνθηκε από 0,804 έως 0,826 και η μεροληψία από -13,0% έως -13,4%, αναδεικνύοντας μία καλύτερη απόδοση της μεθόδου AvgDis, έναντι της MinDis, όπως και του μοντέλου CAL, έναντι του CRB. Επίσης, η πλειονότητα των τιμών υπερεκτίμησης και υποεκτίμησης του S5P/TROPOMI σε σχέση με τα SYNOP ήταν μικρότερες από 25%. Όσο αφορά τα χαμηλά και τα υψηλά ποσοστά νέφωσης βρέθηκε ότι σε αυτά η μέθοδος AvgDis εμφάνιζε χαμηλότερα επίπεδα υπερεκτίμησης και η μέθοδος MinDis χαμηλότερα επίπεδα υποεκτίμησης του S5P/TROPOMI. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της έρευνας ανά εποχές ο γραμμικός συντελεστής συσχέτισης κυμάνθηκε από 0,711 έως 0,834, η μέθοδος AvgDis εμφάνισε μικρότερο εύρος τιμών του γραμμικού συντελεστή συσχέτισης, έναντι της MinDis, όπως και το μοντέλο CAL , έναντι του CRB και η μεροληψία κυμάνθηκε από -8,9% έως -22,7%. Τα αποτελέσματα αποδεικνύουν, ότι οι παρατηρήσεις SYNOP μπορούν να είναι μία χρήσιμη πηγή δεδομένων για την επιβεβαίωση των ποσοστών νέφωσης που μετρώνται από το S5P/TROPOMI.