格陵兰峰会站近地面气温与MODIS冰面温度的比较外文翻译资料

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格陵兰峰会站近地面气温与MODIS冰面温度的比较

CHRISTOPHER A. SHUMAN

马里兰大学，巴尔的摩郡，巴尔的摩和NASA戈达德太空飞行中心，马里兰州格林贝尔特地球系统技术联合中心

DOROTHY K. HALL

美国宇航局戈达德太空飞行中心冰冻圈科学实验室，马里兰州格林贝尔特

NICOLO E. DIGIROLAMO

科学系统与应用公司和美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心，马里兰州格林贝尔特

THOMAS K. MEFFORD

科罗拉多大学博尔德分校环境科学合作研究所和科罗拉多州博尔德的NOAA /地球系统研究实验室

MICHAEL J. SCHNAUBELT

马里兰州巴尔的摩市马里兰大学地球系统技术联合中心

摘要

研究了来自Terra的中分辨率成像光谱仪（MODIS）冰表面温度（IST）产品的稳定性，以用作气候质量数据记录。来自格陵兰峰会站的NOAA天文台的气候质量气温数据T_A的可用性使得这种对MODIS ISTs的高时间分辨率研究成为可能。在5年期间（2008年7月至2013年8月），将超过2500个IST值与来自NOAA的主要2米温度传感器的plusmn;3的最小平均T_A值进行比较。这使得在多个循环中研究空气和冰盖表面温度（T_A＞IST）之间的预期偏差小。该研究的主要发现 1）IST值略微冷却，但是这个值会随着温度的降低而增加 2）而且随着太阳天顶角（SoZA）每年变化，IST-T_A差异也会产生一定的影响。后者的结果很大程度上解释了在较冷的温度下原位数据的渐进偏移，但也表明MODIS云掩模无法准确接近并且在极夜期间。这一研究中的一致性表明，MODIS提供了远程地获取表面温度的数据，当天空晴朗且SoZA小于85°时，得到的IST数据与原位T_A数据最相容。IST数据集的持续开发应该受益于改进的云滤波以及算法修改，以解决在较冷温度下T_A的渐进偏移。

1.介绍

人们对格陵兰岛日益增加的冰融化问题给予了极大的关注，特别是与最近观察到的变暖事件和相关的异常气候条件，积极的冰反照率反馈和整体气候条件。气候模型预测北极持续变暖，但它们对温度升高幅度，速度和幅度的预测不同。考虑到在极端恶劣条件下可靠运行设备的困难，对于格陵兰冰盖（GrIS）大小的区域，在空间上广泛和时间上广泛测量地表温度的最实用方法是通过卫星遥感。然而，必须相对于独立的气温T_A数据集（例如来自经过良好校准的自动气象站（AWS）的数据集）来评估卫星衍生的冰面温度（IST）的不确定性，以验证它们在气候研究中的应用。通过与最佳现场数据进行比较，则可以信任这些遥感记录。

该研究提供了对这么多年MODIS衍生表面温度的不确定性的额外评估。在一段有限的时间和温度范围内，Hall等人和Koenig and Hall已经提出了初步结果。在这些研究中，2008年9月冬季使用位于雪面上的热电子管（即小型温度记录仪）确定了一个1°-3°C的“冷偏压”。在这项工作中，我们从格陵兰峰会站附近的中分辨率成像光谱仪（MODIS）评估卫星衍生的“晴空”IST数据。这些2008年7月至2013年8月的IST数据与临时大气监视天文台（TAWO）的2米T_A数据进行了比较。 该设施自2005年以来由国家海洋和大气管理局（NOAA）/地球系统研究实验室全球监测司在Summit Station运行。由于NOAA T_A数据的质量和高时间分辨率，即使空气和表面温度不同，这种分析方法也是合理的。温度传感器记录始于2008年7月的峰会（见表1）并且持续记录的是MODIS温度记录与NOAA Logan Enterprises Inc之间的重叠期。

表1.每年IST-T_A差异的汇总统计

NOAA Logan传感器观测结果于2008年7月6日开始，并且数据已经比较到2013年8月31日。每一年的数据是应用plusmn;5°回归滤波器的比较。有关应用滤波器的基本原理，请参阅文本。

2.背景

已经使用地面的AWS数据(e.g., Steffen and Box2001; Shumanetal.2001; Box2002; vanden Broeke et al. 2008, 2011)和使用卫星数据(e.g.,Key and Haefliger 1992; Stroeve and Steffen 1998; Comiso 2006; Wang and Key 2005a,b;Comiso 2006;Halletal. 2008a,b; Hall et al. 2009, 2013) 研究了GrIS上的地面和空气温度。还可以获得建模结果(e.g., van den Broeke et al. 2011; Cullather et al. 2014)以及从一些原位传感器摄取数据(Lucas-Picher et al. 2012)再分析产品。 由于各种原因，包括远程和困难环境，校准问题，设备维护问题，积雪/积冰和/或功率限制，为冰盖位置提供准确，广泛且内部一致的气候质量温度记录 一个挑战。

IST数据源自各种卫星上的红外通道。 可获得此类红外数据的主要仪器是NOAA极地运行环境卫星上的高级超高分辨率辐射计（AVHRR）和美国国家航空航天局（NASA）Terra和Aqua卫星上的MODIS，以及Landsat -7的增强型专题制图仪（ETM1，波段6）以及Terra先进的星载热发射和反射辐射计（ASTER）。 这些传感器最近通过Suomi National Polar-Orbiting Partnership卫星上的可见红外成像辐射计套件（VIIRS）仪器和Landsat-8上的热红外传感器（TIRS）得到了增强。

Hall等人记录了当时从ETM ，ASTER和MODIS获得的轨道红外传感器数据在GrIS上具有非常相似的性能，RMS误差为2.1°C。然而，卫星导致的红外温度的晴空限制排除了在全天候条件下测量地表的可能。云顶温度往往比表面温度更冷，因为随着海拔高度的增加，空气温度往往会降低到低层大气层（Westermann等人，2012）。此外，每个卫星的轨道特性允许仅在特定日期的特定时段期间对特定位置进行采样。云层下方冰盖的表面温度可能与晴空下的冰盖表面温度差异很大（例如，Miller 1956; Stroeve和Steffen 1998; Hudson和Brandt，2005），特别是在冬季有倒转时。低层大气（Milleretal。2013年）。因此，卫星衍生的晴空表面温度的时间序列可能与全天空表面温度记录显着不同（Liu et al.2009; Koenig and Hall 2010）thermochrons（一种可编程热敏电阻）的IST和雪面温度数据之间的初步比较在Koenig和Hall（2010）和Hall等人的文章中进行了介绍。对2008年11月至2009年2月期间温度相似的温度进行比较，发现峰会的IST数据存在~3°的冷偏差。 Hudson和Brandt（2005）使用南极洲的原位传感器数据记录了类似的偏移。

1. NOAA 2米 大气温度

虽然之前安装了一系列支持格陵兰冰盖计划2（GISP2）深层核心和辅助研究项目的AWS（Stearns和Weidner 1990; Shuman等2001），但在GISP2之后于2005年开始进行气候质量测量营地成为了山顶站，也是一个全年的研究设施。尽管初步测量始于2005年，但NOAA开始将TAWO设施作为GMD 在2007年的一部分运行.GMD最初在TAWO的吸气式Met One仪器公司中使用了Vaisala公司的传感器。 2008年7月，安装了更精确的Logan温度传感器，现在与TAWO的Vaisala传感器并行运行，两个传感器目前都在吸气式“剑桥”外壳中。在峰会站，与其他GMD站点一样，NOAA使用Logan PT139传感器，该传感器在工厂的预期温度范围内使用工业可追踪设备进行工厂校准。此外，使用1990年的国际温标（ITS-90）标准，温度范围为-75°至 5°C，以实现优于0.1°C的温度精度，应用NOAA / GMD协议，然后根据峰会站数据舍入到此分辨率。在操作设置中，传感器每分钟获取4次T_A数据，并且这些值平均为1分钟，并且如本研究中更常见的是更长时间。现场人员计划每天维护温度传感器以确保适当的通风，并且传感器臂每年都会升高，以保持与冰盖表面偏移2米。与大多数通常不通风的AWS温度传感器不同，电站全年可用的电力意味着这些传感器可以持续通风。由于电源或其他设备问题，可能偶尔会产生不利影响。 T_A传感器的主动通风避免了一些数据质量问题，例如在低风速和高日照期间的太阳能加热，这些问题已被量化为冰盖上使用的更典

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