DISCOVER-AQおよびKORUS-AQフィールドキャンペーンにおけるNO観測の評価

Assessment of NO observations during DISCOVER-AQ and KORUS-AQ field campaigns.

• Sungyeon Choi
• Lok N Lamsal
• Melanie Follette-Cook
• Joanna Joiner
• Nickolay A Krotkov
• William H Swartz
• Kenneth E Pickering
• Christopher P Loughner
• Wyat Appel
• Gabriele Pfister
• Pablo E Saide
• Ronald C Cohen
• Andrew J Weinheimer
• Jay R Herman

抄録

NASAによる米国での「Deriving Information on Surface Conditions from Column and Vertically Resolved Observations Relevant to Air Quality（DISCOVER-AQ、2011年～2014年実施）」キャンペーンと韓国での「NASAと国立環境研究所（NIER）韓国-米国大気質研究（KORUS-AQ、2016年実施）」は、二酸化窒素（NO）を含む大気成分の大気観測と地表観測を包括的に統合したデータセットを提供し、宇宙空間のリモートセンシングデータの解釈を向上させることを目的とした2つのフィールド研究プログラムでした。NOの測定には、地上・航空機搭載の観測装置を用いたその場濃度やカラム量を含む様々な種類の測定が行われ、NOのカラム量はアウラ衛星に搭載されたオゾンモニタリング装置（OMI）から導出されています。本研究では、まず、同じ航空機プラットフォーム上の2つの異なる装置から取得したin situデータを評価し、航空機のスパイラルから同時にサンプリングされたプロファイル統合カラムと地上のPandora分光計からのリモートセンシングによるカラム観測を比較し、地上（Pandora）、航空機（in situ垂直スパイラル）、宇宙（OMI）からのカラム観測を相互に比較し、粗いグローバルモデリングイニシアチブ（GMI）と高解像度地域モデルからのNOシミュレーションを評価することで、これらのユニークなデータセットを活用しています。次に、これらのデータを用いて、サンプリングの違いやデータ削減プロセスの不備による観測された不一致を解釈する。最後に、観測されたNOプロファイルとモデル化された先験的NOプロファイルに対する衛星検索の感度を評価する。似たような気団をサンプリングしている2つの航空機からの同時測定値は概ねよく一致していますが、統合されたカラムでは最大31.9%もの差があることがわかりました。これは、航空機のスパイラルによって見落とされたNOフィールドの強い勾配と、Pandoraでの検索エラーの組み合わせによるものと考えられます。OMIのNO値は、このような高汚染環境下では、不正確な観測仮定(例えば、プリオリプロファイル)によるものもありますが、OMIの大きなフットプリント(312km以上)によるものもあり、約2分の1の値にまで低下しています。

NASA's Deriving Information on Surface Conditions from Column and Vertically Resolved Observations Relevant to Air Quality (DISCOVER-AQ, conducted in 2011-2014) campaign in the United States and the joint NASA and National Institute of Environmental Research (NIER) Korea-United States Air Quality Study (KORUS-AQ, conducted in 2016) in South Korea were two field study programs that provided comprehensive, integrated datasets of airborne and surface observations of atmospheric constituents, including nitrogen dioxide (NO), with the goal of improving the interpretation of spaceborne remote sensing data. Various types of NO measurements were made, including in situ concentrations and column amounts of NO using ground- and aircraft-based instruments, while NO column amounts were being derived from the Ozone Monitoring Instrument (OMI) on the Aura satellite. This study takes advantage of these unique datasets by first evaluating in situ data taken from two different instruments on the same aircraft platform, comparing coincidently sampled profile-integrated columns from aircraft spirals with remotely sensed column observations from ground-based Pandora spectrometers, intercomparing column observations from the ground (Pandora), aircraft (in situ vertical spirals), and space (OMI), and evaluating NO simulations from coarse Global Modeling Initiative (GMI) and high-resolution regional models. We then use these data to interpret observed discrepancies due to differences in sampling and deficiencies in the data reduction process. Finally, we assess satellite retrieval sensitivity to observed and modeled a priori NO profiles. Contemporaneous measurements from two aircraft instruments that likely sample similar air masses generally agree very well but are also found to differ in integrated columns by up to 31.9 %. These show even larger differences with Pandora, reaching up to 53.9 %, potentially due to a combination of strong gradients in NO fields that could be missed by aircraft spirals and errors in the Pandora retrievals. OMI NO values are about a factor of 2 lower in these highly polluted environments due in part to inaccurate retrieval assumptions (e.g., a priori profiles) but mostly to OMI's large footprint (> 312 km).