GNSS radio occultation excess phase processing for climate applications including uncertainty estimation
Notice bibliographique
Résumé
Abstract. Earth observation from space provides a highly valuable basis for atmospheric and climate science, in particular also through climate benchmark data from suitable remote sensing techniques. Measurements by Global Navigation Satellite System (GNSS) radio occultation (RO) qualify to produce such benchmark data records as they globally provide accurate and long-term stable datasets for essential climate variables (ECVs) such as temperature. This requires a rigorous processing from the raw RO measurements to ECVs, with narrow uncertainties. In order to fully exploit this potential, Wegener Center’s Reference Occultation Processing System (rOPS) Level 1a (L1a) processing subsystem includes uncertainty estimation in both precise orbit determination (POD) and excess phase profile derivation. Here we introduce the new rOPS L1a excess phase processing, the first step in the RO profiles retrieval down to atmospheric profiles, which extracts the atmospheric excess phase from raw SI-traceable RO measurements. This excess phase processing, for itself algorithmically concise, includes integrated quality control and uncertainty estimation, which requires a complex framework of various subsystems that we first introduce before describing the implementation of the core algorithms. The quality control and uncertainty estimation, computed per RO event, are supported by reliable forward-modeled excess phase profiles based on the POD orbit arcs and collocated short-range forecast profiles of the European Reanalysis ERA5. The quality control removes or alternatively flags excess phase profiles of insufficient or degraded quality. The uncertainty estimation accounts both for relevant random and systematic uncertainty components and the resulting (total) uncertainty profiles serve as starting point for the subsequent uncertainty propagation through the retrieval processing chain down to the atmospheric ECV profiles. We also evaluated the quality and reliability of the resulting excess phase profiles based on Metop-A/B/C RO datasets for three 3-month periods in 2008, 2013, and 2020 by way of a sensitivity analysis for three representative atmospheric layers (tropo-, strato-, mesosphere), investigating consistency with ERA5-derived profiles, influences of different orbit and clock inputs and consistency across the different Metop satellites. These consistencies range from centimeter to submillimeter levels, indicating that the new processing can provide highly accurate and robust excess phase profiles. Furthermore, cross-validation and inter-comparison with excess phase data from the established data providers EUMETSAT and UCAR revealed subtle discrepancies but overall very close agreement, with larger differences against UCAR in the boundary layer. The new rOPS L1a processing can hence be considered capable to produce reliable long-term data records including uncertainty estimation for the benefit of climate applications.
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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 | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,002 |
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 ».