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Enregistrement W3000726692 · doi:10.5194/amt-14-1-2021

Intercomparison of MAX-DOAS vertical profile retrieval algorithms: studies on field data from the CINDI-2 campaign

2021· article· en· W3000726692 sur OpenAlexafffund
Jan-Lukas Tirpitz, Udo Frieß, François Hendrick, Carlos Alberti, Marc Allaart, Arnoud Apituley, Alkiviadis Bais, Steffen Beirle, A. J. Berkhout, Kristof Bognar, Tim Bösch, Ilya Bruchkouski, Alexander Cede, Ka Lok Chan, Mirjam den Hoed, Sebastian Donner, Θεανώ Δρόσογλου, Caroline Fayt, Martina M. Friedrich, Arnoud Frumau, L. F. L. Gast, C. Gielen, L. Gómez, Nan Hao, A. Hensen, Bas Henzing, Christian Hermans, Junli Jin, K. Kreher, Jonas Kuhn, Johannes Lampel, Ang Li, Cheng Liu, Haoran Liu, Jianzhong Ma, Alexis Merlaud, Enno Peters, Gaïa Pinardi, Ankie Piters, U. Platt, Olga Puentedura, Andreas Richter, Stefan Schmitt, Elena Spinei, Deborah Stein Zweers, Kimberly Strong, D. P. J. Swart, Frederik Tack, Martin Tiefengraber, René van der Hoff, Michel Van Roozendaël, Tim Vlemmix, Jan Vonk, Thomas Wagner, Yang Wang, Zhuoru Wang, Mark Wenig, Matthias Wiegner, F. Wittrock, Pinhua Xie, Chengzhi Xing, Jin Xu, Margarita Yela, Chengxin Zhang, Xiaoyi Zhao

Notice bibliographique

RevueAtmospheric measurement techniques · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineEarth and Planetary Sciences
ThématiqueAtmospheric chemistry and aerosols
Établissements canadiensEnvironment and Climate Change CanadaUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesHorizon 2020Seventh Framework ProgrammeNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaNASA HeadquartersGoddard Space Flight CenterCanada Foundation for InnovationNational Natural Science Foundation of ChinaNational Aeronautics and Space AdministrationEuropean Space AgencyCanadian Space AgencyDeutsche Forschungsgemeinschaft
Mots-clésDifferential optical absorption spectroscopyTrace gasAerosolTroposphereRemote sensingEnvironmental scienceInversion (geology)AlgorithmMeteorologyComputer scienceAbsorption (acoustics)GeologyOpticsPhysics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract. The second Cabauw Intercomparison of Nitrogen Dioxide measuring Instruments (CINDI-2) took place in Cabauw (the Netherlands) in September 2016 with the aim of assessing the consistency of multi-axis differential optical absorption spectroscopy (MAX-DOAS) measurements of tropospheric species (NO2, HCHO, O3, HONO, CHOCHO and O4). This was achieved through the coordinated operation of 36 spectrometers operated by 24 groups from all over the world, together with a wide range of supporting reference observations (in situ analysers, balloon sondes, lidars, long-path DOAS, direct-sun DOAS, Sun photometer and meteorological instruments). In the presented study, the retrieved CINDI-2 MAX-DOAS trace gas (NO2, HCHO) and aerosol vertical profiles of 15 participating groups using different inversion algorithms are compared and validated against the colocated supporting observations, with the focus on aerosol optical thicknesses (AOTs), trace gas vertical column densities (VCDs) and trace gas surface concentrations. The algorithms are based on three different techniques: six use the optimal estimation method, two use a parameterized approach and one algorithm relies on simplified radiative transport assumptions and analytical calculations. To assess the agreement among the inversion algorithms independent of inconsistencies in the trace gas slant column density acquisition, participants applied their inversion to a common set of slant columns. Further, important settings like the retrieval grid, profiles of O3, temperature and pressure as well as aerosol optical properties and a priori assumptions (for optimal estimation algorithms) have been prescribed to reduce possible sources of discrepancies. The profiling results were found to be in good qualitative agreement: most participants obtained the same features in the retrieved vertical trace gas and aerosol distributions; however, these are sometimes at different altitudes and of different magnitudes. Under clear-sky conditions, the root-mean-square differences (RMSDs) among the results of individual participants are in the range of 0.01–0.1 for AOTs, (1.5–15) ×1014molec.cm-2 for trace gas (NO2, HCHO) VCDs and (0.3–8)×1010molec.cm-3 for trace gas surface concentrations. These values compare to approximate average optical thicknesses of 0.3, trace gas vertical columns of 90×1014molec.cm-2 and trace gas surface concentrations of 11×1010molec.cm-3 observed over the campaign period. The discrepancies originate from differences in the applied techniques, the exact implementation of the algorithms and the user-defined settings that were not prescribed. For the comparison against supporting observations, the RMSDs increase to a range of 0.02–0.2 against AOTs from the Sun photometer, (11–55)×1014molec.cm-2 against trace gas VCDs from direct-sun DOAS observations and (0.8–9)×1010molec.cm-3 against surface concentrations from the long-path DOAS instrument. This increase in RMSDs is most likely caused by uncertainties in the supporting data, spatiotemporal mismatch among the observations and simplified assumptions particularly on aerosol optical properties made for the MAX-DOAS retrieval. As a side investigation, the comparison was repeated with the participants retrieving profiles from their own differential slant column densities (dSCDs) acquired during the campaign. In this case, the consistency among the participants degrades by about 30 % for AOTs, by 180 % (40 %) for HCHO (NO2) VCDs and by 90 % (20 %) for HCHO (NO2) surface concentrations. In former publications and also during this comparison study, it was found that MAX-DOAS vertically integrated aerosol extinction coefficient profiles systematically underestimate the AOT observed by the Sun photometer. For the first time, it is quantitatively shown that for optimal estimation algorithms this can be largely explained and compensated by considering biases arising from the reduced sensitivity of MAX-DOAS observations to higher altitudes and associated a priori assumptions.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,005
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,005
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,064
Score d'incertitude au seuil0,128

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0050,005
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,002
Études des sciences et des technologies0,0010,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,119
Tête enseignante GPT0,305
Écart entre enseignants0,186 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations106
Publié2021
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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