home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NASA Climatology Interdisciplinary Data Collection / NASA Climatology Interdisciplinary Data Collection - Disc 2.iso / readmes / readme.tovs < prev    next >
Text File  |  1998-03-04  |  33KB  |  741 lines
  1.                               [CIDC FTP Data]
  2.                            [TOVS IDC Data on FTP]
  3.  
  4. Data Access
  5.  
  6.      TOVS Pathfinder Atmospheric Sounding Data
  7.           Mean temperature at four pressure layers
  8.           Total effective cloud fraction
  9.           Cloud fractions at seven pressure layers
  10.           Longwave cloud radiative forcing
  11.           Outgoing long-wave radiation
  12.           Cloud top pressure
  13.           Precipitation estimate
  14.           Precipitable water vapor above the surface and four pressure
  15.           levels
  16.           Surface pressure
  17.           Cloud top temperature
  18.           Surface skin temperature
  19.  
  20.                                    [rule]
  21.  
  22. Readme Contents
  23.  
  24.      Data Set Overview
  25.           Sponsor
  26.           Original Archive
  27.           Future Updates
  28.  
  29.      The Data
  30.           Characteristics
  31.           Source
  32.  
  33.      The Files
  34.           Format
  35.           Name and Directory Information
  36.           Companion Software
  37.  
  38.      The Science
  39.           Theoretical Basis of Data
  40.           Processing Sequence and Algorithms
  41.           Scientific Potential of Data
  42.           Validation of Data
  43.  
  44.      Contacts
  45.           Points of Contact
  46.  
  47.      References
  48.  
  49.                                    [rule]
  50.  
  51. Data Set Overview
  52.  
  53.      The TOVS (TIROS Operational Vertical Sounder) data set is a
  54.      collection of monthly means of global coverage during the years
  55.      1985 - 1992 for eleven parameters that describe the thermodynamic
  56.      and radiative state of Earth's atmosphere, including global
  57.      profiles of temperature and moisture, cloudiness, and outgoing
  58.      longwave radiation. It was generated from data obtained from the
  59.      HIRS2 (High resolution Infrared Radiation Sounder) and MSU
  60.      (Microwave Sounding Unit) instruments that are part of the TOVS
  61.      suite of instruments flown on National Oceanic and Atmospheric
  62.      Administration (NOAA) satellites NOAA-9, 10, 11, 12, and 14. The
  63.      fields are gridded on a 1 X 1 degree latitude-longitude grid. The
  64.      monthly means are generated from each satellite separately.
  65.      TOVS-derived data provide a means to investigate long-term climate
  66.      change and interannual variability and study local and periodic
  67.      phenomena such as El Nino and stratospheric warmings.
  68.  
  69.      Sponsor
  70.      The production and distribution of this data set are being funded
  71.      by NASA's Mission To Planet Earth program. The data are not
  72.      copyrighted, however, we request that when you publish data or
  73.      results using these data please acknowledge as follows:
  74.  
  75.           The authors wish to thank the Sounder Research Team
  76.           (Code 910.4) and the Distributed Active Archive Center
  77.           (Code 902) at Goddard Space Flight Center, Greenbelt,
  78.           MD, 20771 for the production and distribution of these
  79.           data. These activities were sponsored by NASA's Mission
  80.           to Planet Earth program.
  81.  
  82.      Original Archive
  83.      The atmospheric data from which this data set is derived were
  84.      produced by the Sounder Research Team of NASA's Goddard Space
  85.      Flight Center and by the Goddard DAAC at Greenbelt, MD, using an
  86.      algorithm developed by Joel Susskind and collaborators. The
  87.      original data, which includes daily, 5-day, and monthly gridded
  88.      products in Hierarchical Data Format (HDF), are currently
  89.      available from the Goddard DAAC's Atmospheric Dynamics site. The
  90.      derived data set contains a subset of the most important
  91.      geophysical parameters contained in the original archive.
  92.  
  93.      Future Updates
  94.      It is expected that additional three years of data will become
  95.      available in Fall 1997 for the satellite coverage by NOAA-11, 12,
  96.      & 14 of the years 1993, 1994 and 1995. Newly processed years of
  97.      TOVS data will be made available through this data collection as
  98.      they are released to the DAAC by the data producer.
  99.  
  100. The Data
  101.  
  102.      Characteristics
  103.  
  104.         * Parameters, Units, Range
  105.  
  106.            PARAMETER     DESCRIPTION       UNITS     DATA
  107.                                                      RANGE
  108.  
  109.                        Mean temperature
  110.                        in the layers:
  111.            CLTEMP      surface-500 mb,   K          180 -
  112.                        500-300 mb,                  295
  113.                        300-100 mb, and
  114.                        100-30 mb
  115.  
  116.                        Precipitable
  117.                        water
  118.                        (integrated
  119.            PRWAT       water vapor)      cm         0 - 8
  120.                        above the
  121.                        levels: surface,
  122.                        850 mb, 700 mb,
  123.                        500 mb, 300 mb
  124.  
  125.            TSURF       Surface skin      K          200 -
  126.                        temperature                  320
  127.  
  128.            FCLD        Total effective   fraction   0 - 1
  129.                        cloud fraction
  130.  
  131.                        Cloud fractions
  132.                        for the layers
  133.                        <180 mb, 180-310
  134.            FCLD7       mb, 310-440 mb,   fraction   0 - 1
  135.                        440-560 mb,
  136.                        560-680 mb,
  137.                        680-800 mb, >800
  138.                        mb
  139.  
  140.                        Cloud top
  141.            PCLD        pressure for      mb         50 -
  142.                        total cloud                  1000
  143.                        fraction
  144.  
  145.                        Cloud top
  146.            TCLD        temperature for   K          175 -
  147.                        total cloud                  310
  148.                        fraction
  149.  
  150.                        Outgoing
  151.                        long-wave
  152.            OLR         radiation         W/m^2      80 -
  153.                        exiting the top              350
  154.                        of the
  155.                        atmosphere
  156.  
  157.                        Longwave cloud
  158.                        radiative
  159.                        forcing, or the
  160.            LWF         difference        W/m^2      -70 to
  161.                        between the                  +160
  162.                        cloudy and clear
  163.                        sky OLR
  164.  
  165.            PRC         Precipitation     mm/day     0 - 40
  166.                        estimate
  167.  
  168.                        Surface pressure
  169.            SPRC        derived from      mb         525 -
  170.                        forecast model               1050
  171.  
  172.         * Temporal Coverage: January 1985 - December 1992
  173.         * Temporal Resolution: Monthly Means
  174.  
  175.                NOAA-9     Jan'85-Dec'86
  176.                NOAA-10    Dec'86-Dec'90
  177.                NOAA-11    Jan'89-Dec'92
  178.  
  179.         * Spatial Coverage: Global
  180.         * Spatial Resolution: 1 degree x 1 degree
  181.  
  182.      Source
  183.      These data are products of the TIROS Operational Vertical Sounder
  184.      (TOVS) suite of instruments flown on NOAA-series satellites.
  185.  
  186.      Satellites:
  187.  
  188.      The HIRS/2 and MSU instruments are carried aboard National Oceanic
  189.      and Atmospheric Administration (NOAA) Polar Orbiting Environmental
  190.      Satellites NOAA-9,10,11,12 and 14. .
  191.  
  192.      Nominal orbit parameters for the NOAA satellites are:
  193.  
  194.           Launch date: Dec 12, 1984 (NOAA-9); Sept 17, 1986 (NOAA-10);
  195.           Sept 24, 1988 (NOAA-11); May 14, 1991 (NOAA-12);
  196.           Dec 30, 1994 (NOAA-14)
  197.           Orbit: Sun synchronous, near polar
  198.           Nominal altitude: 833 km
  199.           Inclination: 98.8 degrees
  200.           Orbital period: 102 minutes
  201.           Nominal Equatorial crossing times for ascending Node, LST:
  202.           14:30 (NOAA-9); 13:30 (NOAA-11);
  203.           19:30 (NOAA 10 & 12); 13:30 (NOAA 14)
  204.           Nominal Equatorial crossing times for descending Node, LST:
  205.           02:30 (NOAA-9); 01:30 (NOAA-11);
  206.           07:30 (NOAA 10 & 12); 01:30 (NOAA-14)
  207.           Nodal Increment: 25.3 degrees
  208.  
  209.      The orbital period of about 102 minutes produces 14.1 orbits per
  210.      day. Because the daily number of orbits is not an integer, the
  211.      suborbital tracks do not repeat daily. The crossing times are
  212.      nominal because satellite orbits drift over time. As of March 95,
  213.      NOAA-9 north bound equator crossing time has moved from 14:30
  214.      launch time to 21:30, NOAA-10 from 19:30 to 17:53, and NOAA-11
  215.      from 13:30 to 17:30 LST.
  216.  
  217.      Instruments:
  218.  
  219.      High Resolution Infrared Radiation Sounder 2 (HIRS/2)-- The HIRS/2
  220.      instrument measures radiation emitted by the Earth- atmosphere
  221.      system in 19 regions of the infrared spectrum between 3.7 and 15
  222.      microns. A visible channel is also available to measure the albedo
  223.      of Earth's surface. The nominal values of central wave numbers and
  224.      wavelengths of these channels are
  225.  
  226.         chan   wavenumber  wavelength  chan  wavenumber   wavelength
  227.                (cm-1)      (microns)         (cm-1)       (microns)
  228.  
  229.         1)     667.70      14.9768     11)   1363.32      7.33504
  230.  
  231.         2)     680.23      14.7009     12)   1489.42      6.71402
  232.  
  233.         3)     691.15      14.4686     13)   2191.38      4.56333
  234.  
  235.         4)     704.33      14.1979     14)   2208.74      4.52747
  236.  
  237.         5)     716.30      13.9606     15)   2237.49      4.46929
  238.  
  239.         6)     733.13      13.6401     16)   2269.09      4.40705
  240.  
  241.         7)     750.72      13.3205     17)   2360.00      4.23729
  242.  
  243.         8)     899.50      11.1173     18)   2514.58      3.97681
  244.  
  245.         9)     1029.01     9.71808     19)   2665.38      3.75181
  246.  
  247.         10)*   1224.07     8.16947     20)   14453.14     0.691891
  248.  
  249.      *For better retrieval of atmospheric water vapor the spectral
  250.      location of channel 10 was changed (to avoid silicate absorption
  251.      feature) from 1224 cm-1 to be centered near 900 cm-1 on NOAA-11,14
  252.      and future HIRS2 instruments.
  253.  
  254.      These channels are chosen to sample
  255.  
  256.         * atmospheric emission in seven CO2 (temperature) channels near
  257.           15.3 micron
  258.         * atmospheric emission in five O2 (temperature) channels near
  259.           4.3 micron
  260.         * surface and H2O emission in a channel near 11.0 micron
  261.         * surface and O3 emission in a channel near 9.6 micron
  262.         * atmospheric emission in three H2O channels near 6.7 micron
  263.         * surface emission and reflected solar radiation in two window
  264.           channels near 3.7 micron.
  265.  
  266.      A 15 cm diameter optical system is used to gather emitted energy
  267.      from Earth's atmosphere and surface. The instantaneous field of
  268.      view of all the channels is stepped across the satellite track by
  269.      use of a rotating mirror. The energy received by the telescope is
  270.      separated by a dichroic beam splitter into longwave (greater than
  271.      6.4 microns) and shortwave (less than 6.4 microns) energy,
  272.      controlled by field stops, and passed through bandpass filters and
  273.      relay optics to the detectors. There are 56 steps per scan, each
  274.      requiring 100 milliseconds, for a total of 6.4 seconds per scan.
  275.      The analog data output from the HIRS/2 sensor is digitalized
  276.      onboard the satellite at a rate of 2880 bits per second, implying
  277.      288 bits per step. The data are digitized to 13 bit precision.
  278.  
  279.      Microwave Sounding Unit (MSU)--The MSU instrument is a four
  280.      channel Dicke radiometer making passive microwave radiation
  281.      measurements in four regions of the 50 GHz oxygen emission
  282.      spectrum. The central frequencies of these channels are
  283.  
  284.               1)   50.30 GHz       3)   54.96 GHz
  285.               2)   53.74 GHz       4)   57.95 GHz
  286.  
  287.      These channels are chosen to sample
  288.  
  289.         * atmospheric emission in three O2 (temperature) channels near
  290.           50, 54, and 55 GHz
  291.         * surface emission in one window channel near 57 GHz.
  292.  
  293.      The channel bandwidths are 200 MHz in each case, with a typical
  294.      Noise Equivalent Differential Temperature (NEDT) of 0.3 degrees K.
  295.      The instrument has two 4 inch scanning reflector antenna systems,
  296.      orthomode transducers, four Dicke superheterodyne receivers, a
  297.      data programmer, and power supplies. The antennas are step scanned
  298.      through eleven individual 1.84 second Earth-viewing steps and
  299.      require a total of 25.6 seconds to complete. The MSU data output
  300.      represents an apparent brightness temperature after a 1.84 second
  301.      integration period per step. The data are quantized to 12 bit
  302.      precision and combined with telemetry and step position
  303.      information to produce an effective output rate of 320 bits per
  304.      second.
  305.  
  306.      The TOVS methodology makes use of a combination of HIRS/2 and MSU
  307.      channel radiances to infer information pertaining to the following
  308.      groups of geophysical parameters from the associated channels.
  309.  
  310.       Parameter                        Channels Used
  311.  
  312.       Temperature Profile              HIRS 1, 2, 4, 13, 14, 15,
  313.                                        MSU 3, 4
  314.  
  315.       Moisture Profile                 HIRS 8, 10, 11, 12
  316.  
  317.       Clouds                           HIRS 4, 5, 6, 7, 8
  318.  
  319.       Surface Temperature              HIRS 8, 18, 19
  320.  
  321.       Cloud Cleared Radiances          HIRS 13, 14,
  322.                                        MSU 2
  323.  
  324.       Ozone                            HIRS 9
  325.  
  326.      In particular, the combination of HIRS/2 channels and MSU channels
  327.      (which can "see" through nonprecipitating clouds) is extremely
  328.      useful in eliminating the effects of cloudiness on the
  329.      satellite-observed infrared radiances, thus providing improved
  330.      estimates of the temperature and moisture profiles.
  331.  
  332.      Instrument Measurement Geometry--The instrument measurement
  333.      geometry for the TOVS sensors are summarized in the following
  334.      table.
  335.  
  336.                    Instrument parameter                HIRS/2     MSU
  337.  
  338.       Cross track scan angle (+/- degrees from
  339.       nadir)                                          49.5     47.4
  340.  
  341.       Number of steps                                 56       11
  342.  
  343.       Angular FOV (degrees)                           1.25     7.5
  344.  
  345.       Step Angle (degrees)                            1.80     9.5
  346.  
  347.       Ground IFOV (km) - at nadir                     17.4     109.3
  348.  
  349.       Ground IFOV (km) - at end of scan               59 x 30  323 x 179
  350.  
  351.       Swath width (+/- km)                            1120     1174
  352.  
  353.      The NOAA Polar Orbiter Data User's Guide (Kidwell 1991) gives a
  354.      more detailed description of the instruments and the NOAA series
  355.      of satellites.
  356.  
  357. The Files
  358.  
  359.      Format
  360.  
  361.      Compressed:
  362.  
  363.      The data files have been compressed using Lempel-Ziv coding. Files
  364.      with a .gz ending are compressed versions of the .bin file. When
  365.      decompressing the files use the -N option so that the original
  366.      .bin file name ending is restored. For additional information on
  367.      decompression see aareadme file in the directory:
  368.  
  369.           software/decompression/
  370.  
  371.      Uncompressed:
  372.  
  373.         * File Size: There are eleven data files for each monthly
  374.           average containing one or more horizontal fields of 360 x 180
  375.           = 64800 floating point numbers in IEEE 32-bit floating point
  376.           notation.
  377.  
  378.              Parameter       File Size       Data
  379.                 Name          (Bytes)       Values
  380.  
  381.            CLTEMP          1036800        259200
  382.  
  383.            FCLD            259200         64800
  384.  
  385.            FCLD7           1814400        453600
  386.  
  387.            LWF             259200         64800
  388.  
  389.            OLR             259200         64800
  390.  
  391.            PCLD            259200         64800
  392.  
  393.            PRC             259200         64800
  394.  
  395.            PRWAT           1296000        324000
  396.  
  397.            SPRC            259200         64800
  398.  
  399.            TCLD            259200         64800
  400.  
  401.            TSURF           259200         64800
  402.  
  403.         * Data Format: IEEE floating point
  404.         * Headers, trailers, and delimiters: none
  405.         * Land or water mask: none
  406.         * Fill value: -999.9
  407.         * Data Ordering:
  408.           Single fields: Starting at (179.5W,89.5N) and proceeding west
  409.           to east and then from north to south as in
  410.  
  411.  
  412.              (179.5W,89.5N), (178.5W,89.5N), ... ,(179.5E,89.5N),
  413.              (179.5W,88,5N), (178.5W,88.5N), ... ,(179.5E,88.5N),
  414.                    ...           ...         ...       ...
  415.              (179.5W,88,5S), (178.5W,88.5S), ... ,(179.5E,88.5S)
  416.  
  417.           The TOVS monthly means files in this data set (the
  418.           Interdisciplinary data set) have been reordered in north to
  419.           south orientation, while the TOVS files available through the
  420.           DAAC Information Management System (IMS) from which they
  421.           derive have been produced in south to north orientation.
  422.  
  423.           Multiple fields: each field in the order above and
  424.              + For CLTEMP, the first 259200 bytes represent the mean
  425.                layer temperature from the surface-500mb, the second
  426.                259200 bytes represent the mean layer temperature from
  427.                500-300 mb, and so on up to the fourth 259200 bytes,
  428.                which represent the mean layer temperature from 100 - 30
  429.                mb.
  430.              + For PRWAT, the first 259200 bytes represent the
  431.                precipitable water (integrated water vapor) above the
  432.                surface, the second 259200 bytes represent the
  433.                precipitable water above 700 mb, and so on up to the
  434.                fourth 259200 bytes, which represent the precipitable
  435.                water above 300 mb.
  436.              + For FCLD7, the first 259200 bytes represent the cloud
  437.                fractions for the layer < 180 mb, the second 259200
  438.                bytes for the cloud fractions for the layer between
  439.                180-310 mb, and so on up to the seventh 259200 bytes,
  440.                which represent the cloud fraction for the layer > 800
  441.                mb.
  442.  
  443.      Name and Directory Information
  444.  
  445.      Naming Convention:
  446.  
  447.      The file naming convention for the TOVS data files is
  448.  
  449.           xxxxxxxx.pppppp.lpmegg.yymm.ddd
  450.           xxxxxxxx instrument and satellite code where
  451.                tovsnf for NOAA-9
  452.                tovsng for NOAA-10
  453.                tovsnh for NOAA-11
  454.           pppppp parameter name
  455.           lptegg code for spatial/temporal resolution & coverage where
  456.                l= number of levels, 1, 4, 5, 7
  457.                p= pressure levels for vertical coordinate
  458.                m= monthly averages
  459.                e= 1 deg x 1 deg horizontal grid resolution
  460.                gg= global (land and ocean) coverage
  461.                yymm date of data where
  462.                     yy= year in two digits
  463.                     mm= month in two digits
  464.           ddd= File type, (gz=compressed, bin=binary uncompressed,
  465.           ctl=GrADS control file)
  466.  
  467.      NOTE: When decompressing the data files be sure to use the -N
  468.      option. This will restore the original .bin filename. For
  469.      additional information on decompression see the format section of
  470.      this readme and the aareadme file in the directory:
  471.  
  472.           software/decompression/
  473.  
  474. Directory Path:
  475.  
  476.      /data/inter_disc/tovs_atmo_sound/pppppp/yyyy
  477.  
  478.      where pppppp is parameter and yyyy is year
  479.  
  480. Companion Software
  481. Several software packages have been made available on the CIDC CD-ROM set.
  482. The Grid Analysis and Display System (GrADS) is an interactive desktop tool
  483. that is currently in use worldwide for the analysis and display of earth
  484. science data. GrADS meta-data files (.ctl) have been supplied for each of
  485. the data sets. A GrADS gui interface has been created for use with the CIDC
  486. data. See the GrADS document for information on how to use the gui
  487. interface.
  488.  
  489. Decompression software for PC and Macintosh platforms have been supplied for
  490. datasets which are compressed on the CIDC CD-ROM set. For additional
  491. information on the decompression software see the aareadme file in the
  492. directory:
  493.  
  494.      software/decompression/
  495.  
  496. Sample programs in FORTRAN, C and IDL languages have also been made
  497. available to read these data. You may also acquire this software by
  498. accessing the software/read_cidc_sftwr directory on each of the CIDC CD-ROMs
  499.  
  500. The Science
  501.  
  502.      Theoretical Basis of Data
  503.      The radiation fluxes at specific infrared and microwave
  504.      frequencies most heavily sample temperature and density properties
  505.      near particular atmospheric pressures. This maximum in
  506.      transmission of radiation from a particular pressure in the
  507.      atmosphere up to the satellite is due to the cumulative effects of
  508.      the spectroscopic properties of the constituent atmospheric
  509.      molecules and their dependence on temperature and density in the
  510.      column above the particular pressure. This pressure for a maximum
  511.      varies only slightly with the temperature and density of the gases
  512.      in the column and is most dependent on the frequency. For CO2 and
  513.      water molecules particular frequencies in the microwave and
  514.      infrared ranges permit sampling of the atmosphere from the surface
  515.      up to 20 mb.
  516.  
  517.      Using a retrieval algorithm the measured radiances at the
  518.      satellite can be "inverted" to find the temperature and densities
  519.      of the constituents in the atmosphere giving rise to those
  520.      measured radiances. In some cases the maximum occurs at or near
  521.      the surface and in these cases it is possible to measure surface
  522.      temperatures and emissivities. Though clouds "contaminate" the
  523.      retrieval process it is possible to allow for their contribution
  524.      in a self-consistent manner and obtain temperature and moisture
  525.      retrievals even below clouds.
  526.  
  527.      The parameters measured by the TOVS all undergo a diurnal cycle.
  528.      To obtain good diurnal averages, several measurements should be
  529.      made each 24 hour day. A Sun synchronous satellite obtains one day
  530.      and one night time measurement per 24 hours over most of the
  531.      earth. The mean of these two observations yield an estimate of the
  532.      daily averages for the parameters. When both morning and afternoon
  533.      satellites (e.g. NOAA-10 and NOAA-11) are operating four daily
  534.      measurements are available and the mean of these four will yield
  535.      an improved daily average. However only one satellite is
  536.      frequently available; sometimes this will be a morning satellite
  537.      and sometimes an afternoon satellite. Thus care must be taken in
  538.      comparing one year to another year in which the observing times
  539.      are different. In 1989 and 1990 both NOAA-10 and NOAA-11 are
  540.      operating. We have chosen not to combine their measurements into
  541.      an improved diurnal average. This allows the user to estimate the
  542.      types of regional biases that may be present when measurement from
  543.      only one satellite are available.
  544.  
  545.      Processing Sequence and Algorithms
  546.      The processing system steps through an interactive
  547.      forecast-retrieval-analysis cycle. In each 6 hour synoptic period,
  548.      the 6 hour forecast fields of temperature, humidity, and
  549.      geopotential thickness generated by the Goddard Laboratory for
  550.      Atmospheres (GLA) 2nd order General Circulation Model (GCM)
  551.      (Takacs et al. 1994) are used as the first guess for all soundings
  552.      occurring within a 3 hour time window centered on the forecast
  553.      time. These retrievals are then assimilated with all available in
  554.      situ measurements (such as radiosonde and ship reports) in the 6
  555.      hour interval using an Optimal Interpolation (OI) analysis scheme.
  556.      This analysis is then used to specify the initial conditions for
  557.      the next 6 hour forecast, thus completing the cycle. The GCM and
  558.      the OI were developed by the Data Assimilation Office (DAO) at
  559.      Goddard Space Flight Center.
  560.  
  561.      The retrieval algorithm itself is a physical method based on the
  562.      iterative relaxation technique originally proposed by Chahine
  563.      (1968). The basic approach consists of modifying the temperature
  564.      profile from the previous iteration by an amount proportional to
  565.      the difference between the observed brightness temperatures and
  566.      the brightness temperatures computed from the trial parameters
  567.      using the full radiative transfer equation applied at the observed
  568.      satellite zenith angle. For the case of the temperature profile,
  569.      the updated layer mean temperatures are given as a linear
  570.      combination of multichannel brightness temperature differences
  571.      with the coefficients given by the channel weighting functions.
  572.      Constraints are imposed on the solution to ensure stability and
  573.      convergence of the iterative process. For more details see
  574.      Susskind et al. (1984).
  575.  
  576.      Two important procedures are necessary for accurate retrieval of
  577.      the geophysical parameters using satellite-based radiance
  578.      measurements. The first involves reconstruction of the clear sky
  579.      radiances that would have been observed in the absence of cloud
  580.      contamination. This is performed using a variation of the N*
  581.      method applied to adjacent fields of view (over an area covering 2
  582.      along- track and 2 cross-track HIRS2 spots) using a combination of
  583.      infrared and microwave channels. The second procedure involves the
  584.      need for a bias correction stemming from a combination of
  585.      instrument calibration errors and drifts and errors in the
  586.      radiance computations. The systematic errors between computed and
  587.      observed brightness temperatures are modeled as a function of
  588.      latitude and satellite zenith angle, with the coefficients
  589.      determined by a least squares fit to the radiance residuals
  590.      resulting between the observed brightness temperatures and those
  591.      obtained from the globally unbiased GLA forecast model. These
  592.      coefficients are updated periodically throughout the day and the
  593.      resulting radiance corrections are applied to all computed
  594.      brightness temperatures used in the derivation of the geophysical
  595.      parameters.
  596.  
  597.      The output from the processing at this point consists of
  598.      geophysical quantities that are located along the satellite track
  599.      that are measured at approximately the same local time in two
  600.      groups, the ascending orbital tracks designated as AM, and the
  601.      descending orbital tracks that are designated PM (Level 2 data).
  602.      These data are subsequently gridded in the AM and the PM groups
  603.      separately into 1 degree x 1 degree gridboxes by averaging the
  604.      satellite track measurements that fall in the same box (Level 3
  605.      data). The data are then converted to Hierarchical Data Format
  606.      (HDF) and output as 30 MB daily files. The data are also averaged
  607.      into 5 day composites (pentads) and monthly averages in separate
  608.      AM and PM groups.
  609.  
  610.      To obtain the data set described by this document, the original 30
  611.      MB HDF monthly AM and PM files are averaged together. The cloud
  612.      top pressure and temperature are weighted by the cloud fraction
  613.      when their means are calculated. The output is in the form of flat
  614.      binary files where the order of the latitude bands is flipped to
  615.      north to south. In the HDF files, the order was from south to
  616.      north. A more complete description of processing is available in
  617.      TOVS Pathfinder Path A Guide: Data Processing Sequence.
  618.  
  619.      Scientific Potential of Data
  620.      TOVS is the only long-term source of high resolution global
  621.      information pertaining to the temperature and moisture structure
  622.      of the atmosphere. Because similar HIRS/2 and MSU instrumentation
  623.      has flown on operational satellites from 1979 to the present, data
  624.      from these instruments can make an important contribution to our
  625.      understanding of the variability of atmospheric and surface
  626.      parameters as well as the correlations between spatial variations
  627.      of atmospheric and surface quantities. In addition, the data can
  628.      potentially be used to identify and monitor trends in temperature,
  629.      moisture, cloudiness, OLR, and precipitation, provided that
  630.      quantitative results can be obtained that account for differences
  631.      in instrumentation on different satellites, as well as sampling
  632.      differences in local crossing time. A prerequisite for such
  633.      studies is an algorithm that does not change during the course of
  634.      the processing. This is required since algorithm changes can
  635.      introduce spurious "climate changes." The TOVS data set satisfies
  636.      this important criterion and as such will be useful for all of the
  637.      applications listed above. Other possible applications of the data
  638.      set include
  639.  
  640.         * Assimilation of TOVS data into large scale models to improve
  641.           forecast skill (Baker et al. 1984, Schubert et al. 1993).
  642.         * Intercomparison and validation of global parameters derived
  643.           from other satellite instrumentation such as AVHRR SST
  644.           (Susskind and Reuter 1985, Susskind et al. 1997) .
  645.         * Provide global moisture profile estimates for use in
  646.           atmospherically correcting AVHRR radiances for the
  647.           determination of vegetation indices (Justice at al. 1991).
  648.  
  649.      Validation of Data
  650.      The level 3 Path A parameters were validated against independently
  651.      measured data from both in situ and satellite sources (Susskind et
  652.      al. 1997).
  653.  
  654.         * Temperature and humidity parameters were compared to
  655.           collocated radiosonde data. The total precipitable water
  656.           above oceanic areas was also compared to data derived from
  657.           the Special Sensor Microwave/Imager (SSM/I).
  658.         * The surface skin temperature over ocean was compared to
  659.           values produced by the NOAA Climate Analysis Center (CAC)
  660.           based on ship, buoy, and AVHRR data.
  661.         * The total atmospheric column ozone burden was validated
  662.           against Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) data, which
  663.           were also used in the zonal mean sense as part of the
  664.           systematic error removal scheme for total ozone retrievals.
  665.         * OLR was validated against OLR determined by the ERBE team
  666.           using the ERBE instruments on NOAA-10 and ERBS. ERBS is a
  667.           tropical orbiting satellite, and this adds a temporal
  668.           sampling bias in the tropics. Longwave cloud radiative
  669.           forcing has not been validated at this time.
  670.         * The precipitation estimate was compared with rain gauges,
  671.           which are primarily over land.
  672.  
  673.      In addition to these direct correlative data comparisons, errors
  674.      between interannual differences computed for the TOVS data and the
  675.      interannual differences computed from the correlative data were
  676.      provided based on the monthly gridded results from July 1987 and
  677.      July 1988 and are available in TOVS Pathfinder Path A Guide: Data
  678.      Validation.
  679.  
  680. Contacts
  681.  
  682.      Points of Contact
  683.      For information about or assistance in using any DAAC data,
  684.      contact
  685.  
  686.           EOS Distributed Active Archive Center (DAAC)
  687.           Code 902
  688.           NASA Goddard Space Flight Center
  689.           Greenbelt, Maryland 20771
  690.           Internet: daacuso@daac.gsfc.nasa.gov
  691.           301-614-5224 (voice)
  692.           301-614-5268 (fax)
  693.  
  694. References
  695.  
  696.      Baker, W.E., R. Atlas, M. Halem, and J. Susskind. 1984. A case
  697.      study of forecast sensitivity to data and data analysis
  698.      techniques. Mon. Wea. Rev., 122:544-1561.
  699.  
  700.      Chahine, M. T. 1968. Determination of the temperature profile in
  701.      an atmosphere from its outgoing radiances. J. Opt. Soc. Am.,
  702.      58:1634-1637.
  703.  
  704.      Justice, C.O., T.F. Eck, D. Taure, and B.N. Holben. 1991. The
  705.      effect of water vapor on normalized difference vegetation index
  706.      derived for the Sahelian region from NOAA AVHRR data. Int. J.
  707.      Remote Sensing, 12: 1165-1187.
  708.  
  709.      Kidwell, K. 1991. NOAA Polar Orbiter Data User's Guide. NCDC/SDSD.
  710.      National Climatic Data Center, Washington, DC.
  711.  
  712.      Schubert, S.D., R. Rood, and J. Pfaendtner. 1993. An assimilated
  713.      data set for earth science applications. Bull. Amer. Meteor. Soc.,
  714.      74:2331-2342.
  715.  
  716.      Susskind, J., J. Rosenfield, D. Reuter, and M.T. Chahine. 1984.
  717.      Remote sensing of weather and climate parameters from HIRS2/MSU on
  718.      TIROS-N. J. Geophys. Res., 89:4677-4697.
  719.  
  720.      Susskind, J., and D. Reuter. 1985. Retrieval of sea-surface
  721.      temperatures from HIRS2/MSU. J. Geophys. Res., 90C:11602- 11608.
  722.  
  723.      Susskind, J., P. Piraino, L. Rokke, L. Iredell, and A. Mehta,
  724.      1997: Characteristics of the TOVS Pathfinder A dataset, Bull Amer.
  725.      Meteor. Soc., 78: 1449-1472.
  726.  
  727.      Takacs, L., A. Molod, and T. Wang. 1994. Documentation of the
  728.      Goddard Earth Observing System (GEOS) General Circulation Model
  729.      Version 1, NASA Technical Memorandum 104606 Volume I.
  730.  
  731.   ------------------------------------------------------------------------
  732.  
  733.                  [NASA] [GSFC]  [Goddard DAAC] [cidc site]
  734.  
  735.                   NASA  Goddard      GDAAC        CIDC
  736.  
  737. Last update:Mon Feb 23 16:09:57 EST 1998
  738. Page Author: Page Author: J. Anthony Gualtieri -- gualt@daac.gsfc.nasa.gov
  739. Web Curator: Daniel Ziskin -- ziskin@daac.gsfc.nasa.gov
  740. NASA official: Paul Chan, DAAC Manager -- chan@daac.gsfc.nasa.gov
  741.