In this study the retrieval algorithms have been developed to retrieve total precipitable water (TPW) from Terra/Aqua Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) infrared measurements using a physical iterative retrieval method and a split-window technique over East Asia. Retrieved results from these algorithms were validated against Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) Special Sensor Microwave/Imager (SSM/I) over ocean and radiosonde observation over land and were analyzed for investigating the key factors affecting the accuracy of results and physical processes of retrieval methods. Atmospheric profiles from Regional Data Assimilation and Prediction System (RDAPS), which produces analysis and prediction field of atmospheric variables over East Asia, were used as first-guess profiles for the physical retrieval algorithm. We used RTTOV-7 radiative transfer model to calculate the upwelling radiance at the top of the atmosphere. For the split-window technique, regression coefficients were obtained by relating the calculated brightness temperature to the paired radiosonde-estimated TPW. Physically retrieved TPWs were validated against SSM/I and radiosonde observations for 14 cases in August and December 2004 and results showed that the physical method improves the accuracy of TPW with smaller bias in comparison to TPWs of RDAPS data, MODIS products, and TPWs from split-window technique. Although physical iterative retrieval can reduce the bias of first-guess profiles and bring in more accurate TPWs, the retrieved results show the dependency upon initial guess fields. It is thought that the dependency is due to the fact that the water vapor absorption channels used in this study may not reflect moisture features in particular near surface.
The mean temperature is one of the key parameters in computing Precipitable Water Vapor (PWV) from Global Positioning System (GPS) measurements and is usually derived as a function of surface temperature through the use of a mean temperature equation (MTE). In this study, two new types of MTEs were developed as functions solely of the observation time so that the mean temperature can be obtained without surface temperature measurements. To validate the new models, we created one-year time series of GPS-derived PWV using the new MTEs and compared them with the radiosonde-observed PWV. The bias and root-mean-square error were on the other of ~1 mm and ~2 mm, respectively.
The International TOVS(TIROS Oprational Vertical Sounders) Process Package(ITPP-VI)is for a global usage, which needs a surface data to generate atmospheric soundings. If the initial input process in the ITPP-VI is not modified, it takes climatic surface data for producing sounding data in general. Korea Meteorological Administration(KMA) is trying to improve the quality of TOVS sounding data using real-time synoptic observations and make a use weather prediction and analysis in various ways. Serval cases in this study show that TOVS retrieved meteolorogical parameters such as atmopheric temperature, dew point depression and geopotential heights used by synoptic surface observations can delineate more detailed atmospheric feature rather than those used by climate surface data. In addition, the collocated comparisons of TOVS synoptic retrieved parameters with radiosonde observations are performed statistically. TOVS retrieved fields with the synoptic surface analyzed data show smaller bias reatively than those with the climatic data and also reduced root mean square differences below 700 hPa as expected.
In this study the GPS Precipitable Water Vapor (PWV) was derived and evaluated by a radiosode measure during the winter intensive observation in Gangneung site from January 5 till February 29 in 2012. Bernise 5.0 software was used to derive the GPS data. GPS-derived PWV from Zero difference (GANG) and Single difference (GANG and DAEJ) was high variance in time and about 5 times the PWV of radiosonde. GPS post-processing has been performed from two additional IGS site (Xian Dao, Ibaraki-ken) in order to correct the absolute troposphere errors. As a result, the mean bias error (MBE) and root mean square error (RMSE) and correlation compared with radiosonde measure were 0.67 mm, 6.40 mm, and 0.93, respectively. In order to correct the relative troposphere errors from the altitudinal difference between the two GPS receivers, we calculated the GPS-derived PWV by adding the data of GPS that was installed in Gangneung-Wonju University near the Gangwon Regional Meteorological Administration. In the end, the improved result showed that MBE, RMSE and correlation in comparison with radiosonde measures were 0.61 mm, 5.79 mm, and 0.93, respectively.
In this study, thermal tropopause height defined from WMO (World Meteorological Organization) using temperature profile derived from Advance Microwave Sounding Unit-A (AMSU-A; hereafter named AMSU) onboard EOS (Earth Observing System) Aqua satellite is retrieved. The temperature profile of AMSU was validated by comparison with the radiosonde data observed at Osan weather station. The validation in the upper atmosphere from 500 to 100 hPa pressure level showed that correlation coefficients were in the range of 0.85~0.97 and the bias was less than 1 K with Root Mean Square Error (RMSE) of ~3 K. Thermal tropopause height was retrieved by using AMSU temperature profile. The bias and RMSE were found to be -5~ -37 hPa and 45~67 hPa, respectively. Correlation coefficients were in the range of 0.5 to 0.7. We also analyzed the change of tropopause height and temperature in middle troposphere in the extreme heavy rain event (23 October, 2003) associated with tropopause folding. As a result, the distinct descent of tropopause height and temperature decrease of ~8 K at 500 hPa altitude were observed at the hour that maximum precipitation and maximum wind speed occurred. These results were consistent with ERA (ECMWF Reanalysis)-Interim data (potential vorticity, temperature) in time and space.
This paper describes methodology verifying near-surface predictability of numerical weather prediction models against the surface synoptic weather station network (SYNOP) observation. As verification variables, temperature, wind, humidity-related variables, total cloud cover, and surface pressure are included in this tool. Quality controlled SYNOP observation through the pre-processing for data assimilation is used. To consider the difference of topographic height between observation and model grid points, vertical inter/extrapolation is applied for temperature, humidity, and surface pressure verification. This verification algorithm is applied for verifying medium-range forecasts by a global forecasting model developed by Korea Institute of Atmospheric Prediction Systems to measure the near-surface predictability of the model and to evaluate the capability of the developed verification tool. It is found that the verification of near-surface prediction against SYNOP observation shows consistency with verification of upper atmosphere against global radiosonde observation, suggesting reliability of those data and demonstrating importance of verification against in-situ measurement as well. Although verifying modeled total cloud cover with observation might have limitation due to the different definition between the model and observation, it is also capable to diagnose the relative bias of model predictability such as a regional reliability and diurnal evolution of the bias.
In this study, the oceanic Total Precipitable Water (TPW) retrieval algorithm at 16 km altitude of High Altitude Long Endurance Unmanned Aerial Vehicle (HALE UAV) is described. Empirical equation based on Wentz method (1995) that uses the 18.7 and 22.235 GHz channels is developed using the simulated brightness temperature and SeeBor training dataset. To do radiative simulation, Satellite Data Simulator Unit (SDSU) Radiative Transfer Model (RTM) is used. The data of 60% (523) and 40% (349) in the SeeBor training dataset are used to develop and validate the TPW retrieval algorithm, respectively. The range of coefficients for the TPW retrieval at the altitude of 3~18 km with 3 km interval were 153.69~199.87 (${\alpha}$), 54.330~58.468 (${\beta}$), and 84.519~93.484 (${\gamma}$). The bias and RMSE at each altitude were found to be about $-0.81kg\;m^{-2}$ and $2.17kg\;m^{-2}$, respectively. Correlation coefficients were more than 0.9. Radiosonde observation has been generally operated over land. To validate the accuracy of the oceanic TPW retrieval algorithm, observation data from the Korea Meteorological Administration (KMA) Gisang 1 research vessel about six clear sky cases representing spring, autumn, and summer season is used. Difference between retrieved and observed TPW at 16 km altitude were in the range of $0.53{\sim}1.87kg\;m^{-2}$, which is reasonable for most applications. Difference in TPW between retrieval and observation at each altitude (3~15 km) is also presented. Differences of TPW at altitudes more than 6 km were $0.3{\sim}1.9kg\;m^{-2}$. Retrieved TPW at 3 km altitude was smaller than upper level with a difference of $-0.25{\sim}0.75kg\;m^{-2}$ compared to the observed TPW.
For the application to the numerical weather prediction (NWP) in active service, it is necessary to ensure that the GPS precipitable water vapor (PWV) data has less than one hour latency and three millimeter accuracy. The comparison and the verification between the daily products from GPS measurement by using the IGS final ephemeris and the conventional meteorological observation has been done in domestic researches. In case of using IGS final ephemeris, GPS measurements can be only post processed in daily basis in three weeks after the observation. Thus this method cannot be applied to any near real-time data processing. In this paper, a GPS data processing method to produce the PWV output with three mm accuracy and one hour latency for the data assimilation in NWP has been planned. For our new data processing strategy, IGS ultra-rapid ephemeris and the sliding window technique are applied. And the results from the new strategy has been verified. The GPS measurements during the first 10 days of January, April, July and October were processed. The results from the observations at Sokcho, where the GPS and radiosonde were collocated, were compared. As the results, a data processing strategy with 0.8 mm of mean bias and 1.7 mm of standard deviation in three minutes forty-three seconds has been established.
This research presents the effect of Asian dust on the derived sea surface temperature (SST) from measurements of the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) instrument flown onboard NOAA polar orbiting satellites. To analyze the effect, A VHRR infrared brightness temperature (TB) is estimated from simulated radiance calculated from radiative transfer model on various atmospheric conditions. Vertical profiles of temperature, pressure, and humidity from radiosonde observation are used to build up the East Asian atmospheric conditions in spring. Aerosol optical thickness (AOT) and size distribution are derived from skyradiation measurements to be used as inputs to the radiative transfer model. The simulation results show that single channel TB at window region is depressed under the Asian dust condition. The magnitude of depression is about 2K at nadir under moderate aerosol loading, but the magnitude reaches up to 4K at slant path. The dual channel difference (DCD) in spilt window region is also reduced under the Asian dust condition, but the reduction of DCD is much smaller than that shown in single channel TB simulation. Owing to the depression of TB, SST has cold bias. In addition, the effect of AOT on SST is amplified at large satellite zenith angle (SZA), resulting in high variance in derived SSTs. The SST depression due to the presence of Asian dust can be expressed as a linear function of AOT and SZA. On the basis of this relationship, the effect of Asian dust on the SST retrieval from the conventional daytime multi-channel SST algorithm can be derived as a function of AOT and SZA.
To observe and analyze the characteristics of cloud and precipitation properties, the Cloud physics Observation System (CPOS) has been operated from December 2003 at Daegwallyeong ($37.4^{\circ}N$, $128.4^{\circ}E$, 842 m) in the Taebaek Mountains. The major instruments of CPOS are follows: Forward Scattering Spectrometer Probe (FSSP), Optical Particle Counter (OPC), Visibility Sensor (VS), PARSIVEL disdrometer, Microwave Radiometer (MWR), and Micro Rain Radar (MRR). The former four instruments (FSSP, OPC, visibility sensor, and PARSIVEL) are for the observation and analysis of characteristics of the ground cloud (fog) and precipitation, and the others are for the vertical cloud characteristics (http://weamod.metri.re.kr) in real time. For verification of CPOS products, the comparison between the instrumental products has been conducted: the qualitative size distributions of FSSP and OPC during the hygroscopic seeding experiments, the precipitable water vapors of MWR and radiosonde, and the rainfall rates of the PARSIVEL(or MRR) and rain gauge. Most of comparisons show a good agreement with the correlation coefficient more than 0.7. These reliable CPOS products will be useful for the cloud-related studies such as the cloud-aerosol indirect effect or cloud seeding. The visibility value is derived from the droplet size distribution of FSSP. The derived FSSP visibility shows the constant overestimation by 1.7 to 1.9 times compared with the values of two visibility sensors (SVS (Sentry Visibility Sensor) and PWD22 (Present Weather Detect 22)). We believe this bias is come from the limitation of the droplet size range ($2{\sim}47\;{\mu}m$) measured by FSSP. Further studies are needed after introducing new instruments with other ranges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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