MAVT - 2006 Summary Session 4: AATSR SST and LST...

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1 MAVT-2006 – ESRIN - 20-24 March 2006 MAVT - 2006 Summary Session 4: AATSR SST and LST Validation Gary Corlett

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  • 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

  • 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