Climatologies from satellite measurements: the impact of orbital sampling on the standard error of the mean
Notice bibliographique
Résumé
Abstract. Climatologies of atmospheric observations are often produced by binning measurements according to latitude and calculating zonal means. The uncertainty in these climatological means is characterised by the standard error of the mean (SEM). However, the usual estimator of the SEM, i.e., the sample standard deviation divided by the square root of the sample size, holds only for uncorrelated randomly sampled measurements. Measurements of the atmospheric state along a satellite orbit cannot always be considered as independent because (a) the time-space interval between two nearest observations is often smaller than the typical scale of variations in the atmospheric state, and (b) the regular time-space sampling pattern of a satellite instrument strongly deviates from random sampling. We have developed a numerical experiment where global chemical fields from a chemistry climate model are sampled according to real sampling patterns of satellite-borne instruments. As case studies, the model fields are sampled using sampling patterns of the Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding (MIPAS) and Atmospheric Chemistry Experiment Fourier-Transform Spectrometer (ACE-FTS) satellite instruments. Through an iterative subsampling technique, and by incorporating information on the random errors of the MIPAS and ACE-FTS measurements, we produce empirical estimates of the standard error of monthly mean zonal mean model O3 in 5° latitude bins. We find that generally the classic SEM estimator is a conservative estimate of the SEM, i.e., the empirical SEM is often less than or approximately equal to the classic estimate. Exceptions occur only when natural variability is larger than the random measurement error, and specifically in instances where the zonal sampling distribution shows non-uniformity with a similar zonal structure as variations in the sampled field, leading to maximum sensitivity to arbitrary phase shifts between the sample distribution and sampled field. The occurrence of such instances is thus very sensitive to slight changes in the sampling distribution, and to the variations in the measured field. This study highlights the need for caution in the interpretation of the oft-used classically computed SEM, and outlines a relatively simple methodology that can be used to assess one component of the uncertainty in monthly mean zonal mean climatologies produced from measurements from satellite-borne instruments.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,008 | 0,055 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».