1MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

MAVT - 2006 SummarySession 4: AATSR SST and LST Validation

Gary Corlett

2MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

AATSR SST Validation

AATSR is required to measure global SST values to within 0.3 K (1 σ) insingle point coincidences and over 0.5º (30´) x 0.5 º (30´) averagesATS_NR__2P

Gridded 1km by 1km global product– Against in situ radiometer measurements– Against in situ buoy measurements

ATS_AR__2PSpatially averaged products at various resolutions (30´; 10´; 50 km; 17 km)

– Against in situ buoy measurements– Against other satellite sensor measurement

Two types of validationHow accurate is AATSR?What is the accuracy of the data?

The validation uses truly independent data sets - there is no tuningto in situThe validation uses the operational AATSR data – there is no post-processing

3MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

Conclusions - Accuracy of AATSR Skin SST products

Bias (K) Bias (K) * Std. Devn. (K) Bias (K)**AATSR SST2 -0.36 -0.65 0.80

SST3 -0.10 0.00 0.11SST4 0.13 0.01 0.29SST6 -0.05 0.00 0.22

AATSR SST validation against Bulk SST (Perth ferry)SST2 -0.27 -0.56 0.31 -0.73SST4 0.30 0.17 0.13 0.00

* Bias for 2005 coefficients** 2005 coeffs + “skin-effect of 0.17 K”

From: Ian Barton

4MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

Validation of AATSR:Robust reproducible procedure-based validationAATSR is performing exceptionally well

D3

N3

D2

N2

From: Craig Donlon

5MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

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Color Festival: Oslo –Hirtshals

Operative since August 2001 EU-project FerryBox and DISMARData used in REVAMP projectUsed for algal monitoring, satellitevalidation and phytoplankton studies

Fjord Norway: Bergen –Hanstholm

In operation since May 2005 Used for algal monitoring

Fjord Norway: Bergen –Newcastle

Started November 2005

Hurtigruten: Bergen –Kirkenes

MS Trollfjord operated by NIVA – InteReg project NorSEN– Algal monitoring

www.ferrybox.no

Bergen

Oslo

HanstholmHirtshals

Kirkenes

(Newcastle)

From: Tim Nightingale

6MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

M-AERI (EotS) Results Jan 2003 – Dec 2005

0.29+0.092650.32+0.55115‘High’ D-N 3-channel

1.18-1.03330.57+0.7133‘High’ D-N 2-channel

0.26+0.267520.28+0.10750‘Normal’ D-N 3-channel

0.52+0.772650.50+0.06266‘Normal’ D-N 2-channel

0.27+0.248680.33+0.16865All match-ups 3-channel

0.97+0.633020.55+0.14300All match-ups 2-channel

St. Dev. (K)Bias (K)NSt. Dev. (K)Bias (K)NMatch-ups

NadirDual

Matchups: Overpass ± 120 min; 1x1 Block

From: John Remedios

7MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

AATSR compared to buoy SSTs

AATSR SST – buoy SSTMeans for 2 complete years1 Aug 2003 – 31 Jul 2005:

SKINAll: 0.02 K (σ = 0.29 K)Night: 0.05 K (σ = 0.26 K)Day: -0.02 K (σ = 0.33 K)

Agreement within ± 0.3 K

BULKAll: 0.18 K (σ = 0.29 K)Night: 0.21 K (σ = 0.24 K)Day: 0.15 K (σ = 0.33 K)

From: Thomas Blackmore

8MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

Buoy Match-ups – New Coefficients

Buoy match-up statistics from 07/12/05 to 18/02/06: (5120 match-ups)Mean St. Dev.

New coefficient dual-view SST 0.017 0.339Old coefficient dual-view SST -0.004 0.343

New coefficients used in the skin SST calculations for

AATSR were made operational by ESA on

07/12/2005.

D2 day, D3 night

From: Thomas Blackmore

9MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

Errors calculated from 3-point analysisCalculated error for each observation type:

AATSR bulk D3 SST = 0.13KBuoy SST = 0.21KAMSR-E SST = 0.43K

Similar trends are seen when in Northern and Southern hemispherematch-ups individually, using moored and drifting buoys individually, and using a 1-hour cutoff instead of 3 hours:

– 0.13K <= error in AATSR SST <= 0.16K– 0.20K <= error in buoy SST <= 0.22K– 0.4K <= error in AMSR-E SST <= 0.49K

From: Thomas Blackmore

10MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

SST Validation Issues

Cloud and aerosol contaminationUse of the D-N test for improved data qualityAffect on the climate SST?

Most data presented were comparisons to pre-launchcoefficients

Updated coefficients now available (07/12/2005)Removes D2/D3 bias (offset – latitudinal correction now available)

Do not have a well defined error budgetAdopt GHRSST-PP SSES

11MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

The AATSR LST Product

First LST product from the ATSR missionAlgorithm developed by Fred Prata and Andrew BirksOperational since March 2004 (prototype available priorto this date)

Available since start of mission through reprocessingProvides 1x1 km gridded LST over the entire globe

Spatially averaged under considerationTarget accuracy of 2.5 K in day (better results obtained atnight, 1.0 K)*Land surface is classified into 14 biomes

* Prata, A. J., 2000, Land Surface Temperature Measurement from Space: AATSR Algorithm Theoretical Basis Document, ESA/CSIRO Publication

12MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

Cloud Contamination

Cloud screening by eye and 3σfiltering of differences

AATSR LST Validation Results 12/03-12/05

Day (cloud-free):N = 50Bias = 0.5 KStDev = 3.3 K

Night (cloud-free):N = 44 Bias = 1.2 KStDev = 1.2 K

Operational cloud screening Additional cloud screening

Seasonal bias:

• warmer in summer

• colder in winter

From: Lizzie Noyes

13MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

AATSR LST Auxiliary Data: Biome Map (1)

UMD Land Use Map (1 km resolution)

Operational AATSR LST Biome Map (0.5º resolution)

Biome numbers are not equivalent!

Lake Tahoe

• Lake Tahoe is not currently classified as a lake!

From: Lizzie Noyes

14MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

AATSR LST Auxiliary Data: Biome Map (2)

AATSR biome grid appears offset by approximately 1ºlongitude to the west.

From: Lizzie Noyes

15MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

AATSR IFOV

From: Lizzie Noyes

16MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

Results: AATSR (Surface) FOV

• Maximum difference observed between the two sets of LSTs is 0.7 K.

• Results for 12 pixels show that the true AATSR FOV may be an important consideration in some applications

From: Lizzie Noyes

17MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

Comparison Ts(in situ) vs Ts(algorithms)

306308310312314316318320322324

306 308 310 312 314 316 318 320 322 324

Ts Algorithms (K)

Ts In

situ

(K)

Level2

SW 6

DAY/Cluster 14a 14b 17a 17b 17c 20 in situ 317.40 317.64 307.30 312.60 313.54 319.74 Standard

Bias

deviation σRMSE

Level2 5.05 5.97 -1.64 -0.63 -2.61 -3.80 0.39 4.11 4.13

SW 6 -2.78 -1.60 0.56 1.44 0.18 1.10 -0.18 1.65 1.66

SW 6 + ε, W 0.57 1.12 0.01 1.84 -1.73 1.9 0.62 1.36 1.50

Validation of LST from Level 2 data and algorithms

From: Guillem Soria

18MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

Year Date (day/month)

Ground LST (ºC) RAL LST (ºC) Ground –

RAL LST (ºC)10/07 28.6 32.1 -3.5 13/07 27.6 31.8 -4.2 26/07 27.9 32.0 -4.1 08/08 26.5 29.4 -2.9 14/08 28.5 30.8 -2.3 17/08 29.1 32.0 -2.9

2002

05/09 28.0 31.2 -3.2 08/07 28.3 33.1 -4.8 11/07 29.1 33.0 -3.9 14/07 28.6 32.7 -4.1 24/07 28.8 32.5 -3.7 30/07 28.9 32.5 -3.6

2003

12/08 31.3 33.9 -2.6 28/06 29.2 34.0 -4.8 08/07 25.7 28.8 -3.1 14/07 27.2 31.1 -3.9 27/07 27.7 31.2 -3.5 30/07 27.8 32.1 -4.3

2004

12/08 28.4 31.0 -2.6 12//07 27.0 30.6 -3.6 21/07 28.5 31.8 -3.3 28/07 28.8 32.0 -3.2

2005

06/08 28.0 31.0 -3.0 Average difference (ºC) -3.5 Standard deviation (ºC) 0.7

Range of differences (ºC):[–4.8 ; –2.3]

AATSR LST product – RAL processor

From: Cesar Coll

19MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

AATSR LST (ºC) Ground-AATSR LST (ºC) Year Date (day/month)

Ground LST (ºC) Eq. (1) Eq. (2) Eq. (1) Eq. (2)

10/07 28.6 28.6 28.6 0.0 0.0 13/07 27.6 28.3 28.0 -0.7 -0.4 26/07 27.9 28.6 28.3 -0.7 -0.4 08/08 26.5 26.5 25.9 0.0 0.6 14/08 28.5 27.7 27.5 0.8 1.0 17/08 29.1 28.7 28.4 0.4 0.7

2002

05/09 28.0 27.9 27.7 0.1 0.3 08/07 28.3 29.4 29.3 -1.1 -1.0 11/07 29.1 29.2 29.6 -0.1 -0.5 14/07 28.6 29.0 28.9 -0.4 -0.3 24/07 28.8 28.9 28.8 -0.1 0.0 30/07 28.9 28.9 28.6 0.0 0.3

2003

12/08 31.3 30.3 30.8 1.0 0.5 28/06 29.2 29.8 30.0 -0.6 -0.8 08/07 25.7 25.8 25.8 -0.1 -0.1 14/07 27.2 27.7 27.3 -0.5 -0.1 27/07 27.7 27.8 27.8 -0.1 -0.1 30/07 27.8 28.8 28.5 -1.0 -0.7

2004

12/08 28.4 27.9 28.1 0.5 0.3 12//07 27.0 27.1 27.3 -0.1 -0.3 21/07 28.5 28.4 28.4 0.1 0.1 28/07 28.8 28.5 28.4 0.3 0.4

2005

06/08 28.0 28.1 28.2 -0.1 -0.2 Average difference (ºC) -0.1 0.0 Standard deviation (ºC) 0.5 0.5

Range of differences (ºC): [–1.1 ; 1.0] [–1.0 ; 1.0]

Validation of AATSR LST

From: Cesar Coll

20MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

Summary SST

AATSR NR D3 SSTsWarm bias of +0.10 K (σ = 0.28 K) in the CaribbeanWarm bias of + 0.02 K (σ = 0.24 K) in the Bay of BiscayCool bias of –0.05 K (σ = 0.22 K) around Australia

AATSR AR D3 SSTsWarm bias of +0.20 K (σ = 0.24 K) globallyWarm bias of +0.22 K (σ = 0.24 K) in the CaribbeanWarm bias of +0.05 K (σ = 0.33 K) in the Bay of BiscayDifference between NR and AR in Caribbean is cloud contaminationStrong spatial pattern in differences to buoys

D2-D3 bias affects previous validation of D2 SSTsThis bias is removed by the use of updated coefficients from 07/12/2005Limited validation shows new coefficients give more accurate and precise products

Benefits of long term validation data sets from the in situ buoynetwork and from the M-AERI and ISAR instruments are clear

Incorrect conclusions on product accuracy would otherwise be drawn

21MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

Summary LST

AATSR NR LSTsDay time warm bias of +0.05 K (σ = 0.33 K) at the ARM-SGP siteNight time warm bias of +1.20 K (σ = 1.20 K) at the ARM-SGP siteCool bias of -3.5 (σ = 0.7 K) at Valencia for operational algorithmCool bias of -0.1 (σ = 0.1 K) at Valencia for optimised algorithmWarm bias of -0.39 (σ = 4.11 K) at Barrax for operational algorithmWarm bias of +0.62 (σ = 1.36 K) at Barrax for optimised algorithm

The 0.5º×0.5º resolution of land cover/vegetationfraction is too coarse to account for theheterogeneity of land surfaces.

22MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

Recommendations

Long term autonomous in situ data are needed for bothSST and LST validation

More sites (particularly for LST)Apply current knowledge to ATSR-1 & ATSR-2The seasonal bias in the AATSR LST data needsaddressingImprovements to the current LST auxiliary data aredesperately needed

ResolutionEnsuring all land is covered by these data (with no shift!)

Using EO-GRID and BEAM for algorithm application, testing/optimisation

Needs implementation of the prototype/operational processorsThe climate community needs ATSR-4!

23MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006

From Simon Good (UL)

AATSR Surface Temperaturesover the UK and Northern France