We compared the satellite observed temperature with the radiosonde observed temperature in the Korean Peninsula. The radiosonde observed data were obtained from four upper air observation stations in the Korean Peninsula from 1981 to 1998, and were compared with the satellite observed data of the channel-2 and channel-4 of microwave sounding unit(MSU) on board NOAA series of polar-orbiting satellites. The radiosonde data were reconstructed from radiosonde T$_b$ using MSU weighting function. The monthly climatology shows radiosonde T$_{b2}$ is higher than MSU T$_{b2}$ in summer. The correlation between MSU T$_{b2}$ and radiosonde T$_{b2}$ is 0.72-0.76 and 0.73-0.81 between MSU T$_{b4}$ and radiosonde T$_{b4}$. The T$_{b2}$ show a positive trend and the T$_{b4}$ has a negative trend during the 18 years.
In order to examine the relative accuracy of satellite observations and model reanalyses about lower stratospheric temperature trends, two satellite-observed Microwave Sounding Unit (MSU) channel 4 (Ch 4) brightness temperature data and two GCM (ECMWF and GEOS) reanalyses during 1981${\sim}$1993 have been intercompared with the regression analysis of time series. The satellite data for the period of 1980${\sim}$1999 are MSU4 at nadir direction and SC4 at multiple scans, respectively, derived in this study and Spencer and Christy (1993). The MSU4 temperature over the globe during the above period shows the cooling trend of -0.35 K/decade, and the cooling over the global ocean is 1.2 times as much as that over the land. Lower stratospheric temperatures during the common period (1981${\sim}$1993) globally show the cooling in MSU4 (-0.14 K/decade), SC4 (-0.42 K/decade) and GEOS (-0.15 K/decade) which have strong annual cycles. However, ECMWF shows a little warming and weak annual cycle. The 95% confidence intervals of the lower stratospheric temperature trends are greater than those of midtropospheric (channel 2) trends, indicating less confidence in Ch 4. The lapse rate in the trend between the above two atmospheric layers is largest over the northern hemispheric land. MSU4 has low correlation with ECMWF over the globe, and high value with GEOS near the Korean peninsula. Lower correlations (r < 0.6) between MSU4 and SC4 (or ECMWF) occur over $30^{\circ}$N latitude belt, where subtropical jet stream passes. Temporal correlation among them over the globe is generally high (r > 0.6). Four kinds of lower stratospheric temperature data near the Korean peninsula commonly show cooling trends, of which the SC4 values (-0.82 K/decade) is the largest.
Intercomparisons between four kinds of data have been done to estimate the accuracy of satellite observations and model reanalysis for middle and lower tropospheric thermal state over regional oceans. The data include the Microwave Sounding Units (MSU) Channel 2 (Ch2) brightness temperatures of NOAA satellites and the vertically weighted corresponding temperature of ECMWF GCM (1980-93). The satellite data for midtropospheric temperatures are MSU2 (1980-98) in nadir direction and SC2 (1980-97) in multiple scans, and for lower tropospheric temperature SC2R (1980-97). MSU2 was derived in this study while SC2 and SC2R were described in Spencer and Christy (1992a, 1992b). Temporal correlations between the above data were high (r${\ge}$0.90) in the middle and high latitudes, but low(r${\sim}$0.65) over the low latitude and more convective regions. Their values with SC2R which included the noises due to hydrometeors and surface emission were conspicuously low. The reanalysis shows higher correlation with SC2 than with MSU2 partially because of the hydrometeors screening. SC2R in monthly climatological anomalies was more sensitive to surface thermal condition in northern hemisphere than MSU2 or SC2. The first EOF mode for the monthly mean data of MSU and ECMWF shows annual cycle over most regions except the tropics. The mode in MSU2 over the Pacific suggests the east-west dipole due to the Walker circulation, but this tendency is not clear in other data. In the first and second modes for the Ch2 anomalies over most regions, the MSU and ECMWF data commonly indicate interannual variability due to El Ni${\tilde{n}$o and La Ni${\tilde{n}$a. The substantial disagreement between observations and model reanalysis occurs over the equatorial upwelling region of the western Pacific, suggesting uncertainties in the model parameterization of atmosphere-ocean interaction.
The data of satellite-observed Microwave Sounding Unit (MSU) channel 1 (Ch1) brightness temperature and General Circulation Model (GCM) reanalyses over the globe have been used to investigate low tropospheric hydrometeors and microwave surface emissivity during the period from January 1981 to December 1993. The average of GCM Ch1 temperature has been reconstructed from three kinds of reanalyses, based on the MSU weighting function. Since the GCM temperature mainly corresponds to the thermal state of the lower troposphere without the difference in the emissivity between ocean and land, it is higher in summer than in other seasons over the regions. The MSU temperature over the ocean shows its maximum at the ITCZ and the SPCZ due to hydrometeors. Over high latitude ocean, the temperature is enhanced because of sea ice emissivity, while it is reduced over the land. The seasonal displacement of the ITCZ and the SPCZ systematically appeared in the difference of Ch1 temperature between the GCM and the MSU. The difference values decrease in the regions of the ITCZ, the SPCZ, and the sea ice because of the increase of the MSU temperature. According to the local minima of the values, the ITCZ moves norhward to 9 N in fall, and the SPCZ moves southward to 12 S in boreal fall and winter. The sea ice in the northern hemisphere is extended southward to 53 N in winter, while the ice in the southern hemisphere, northward to 58 S in boreal summer. We also have discussed the separated contribution from hydrometeors and surface emissivity to the MSU Ch1 temperature, utilizing radiative transfer theory. The increase of 4-6K in the temperature over the ITCZ is inferred to result from hydrometeors of 1-1.5mm/day, and furthermore the increase of 10-30K over the high latitude ocean, ice emissivity of 0.6-0.9.
The infrared and microwave satellite observations have been used to derive the information of hydrometeors (i.e., cloud and precipitation) and atmospheric temperature. The observations were made by the Nimbus-4 Infrared Interferometer Spectrometer (IRIS) in 1970, and by the Microwave Sounding Unit (MSU) during the period 1980-99, which had channel 1~4 (Chl~4). The IRIS, which has a field of view of ~100 km, has been utilized to examine the cirrus and marine stratus clouds. The cirrus and stratus distributions were obtained, respectively, based on the spectral difference in the infrared window region, and the absorption of water vapor and $CO_2$ in the spectral region $870-980cm^{-1}$. The MSU Ch1 data has been used for low tropospheric temperature and hydrometeors, while the Ch2, Ch3 and Ch4, respectively, for the thermal state of midtroposphere, tropopause, and lower stratosphere. The climatic aspects of El Ni$\tilde{n}$o, Quasi-Biennial Oscillation (QBO) and temperature trends over the globe are discussed with the MSU data. This study suggests that the IRIS and MSU data are useful for monitoring the hydrometeors and atmospheric thermal state in climate system.
In order to investigate interannual variation of total ozone and reflectivity over the globe, Nimbus-7/TOMS data were used on the monthly mean and its anomaly for the period of 1979-92. This study also examined MSU channel 4(Ch4; lower-stratosphere) brightness temperature data and two model reanalyses of NCEP and GEOS to compare the ozone variation with atmospheric thermal condition. In addition, the MSU channel 1(Ch1 ; lower-troposphere) brightness temperature was used to compare with the reflectivity. The ozone showed strong annual cycle with downward trend(-6.3${\pm}$0.6 DU/decade) over the globe, and more distinct response to volcanic eruption than El Ni${\tilde{n}$o. The relationship between total ozone and MSU Ch4 observation, and between the ozone and model reanalyses of lower stratosphere temperature showed positive correlation(0.2-0.7) during the period of 1980-92. Reflectivity increased interannually by 0.2${\pm}$0.06%/decade over the globe during the above period and reflected El Ni${\tilde{n}$o(1982-83, 1991-92) well. Its variability in annual cycle was remarkably smaller in tropics than in higher latitudes. This is inferred due to cloud suppression and tropical upwelling regions. Reflectivity correlated negatively(-0.9) to the Ch1 temperature over the globe, but positively(0.2) over tropical ocean. The positive value over the ocean results from the effect of microwave emissivity which increases the Ch1 temperature with enhanced hydrometeor activity. Significant correlations between total ozone and the Ch4 temperature, and between reflectivity and the Ch1 Suggest that the TOMS data may use valuably to better understand the feedback mechanism of climate change.
The correlation and Empirical Orthogonal Function (EOF) analyses over the globe have been applied to intercompare lower-stratospheric (${\sim}$70hPa) temperature obtained from satellite data and two model reanalyses. The data is the19 years (1980-98) Microwave Sounding Unit (MSU) channel 4 (Ch4) brightness temperature, and the reanalyses are GCM (NCEP, 1980-97; GEOS, 1981-94) outputs. In MSU monthly climatological anomaly, the temperature substantially decreases by ${\sim}$21k in winter over southern polar regions, and its annual cycle over tropics is weak. In October the temperature and total ozone over the area south of Australia remarkably increase together. High correlations (r${\ge}$0.95) between MSU and reanalyses occur in most global areas, but they are lower (r${\sim}$O.75) over the 20-3ON latitudes, northern America and southern Andes mountains. The first mode of MSU and reanalyses for monthly-mean Ch4 temperature shows annual cycle, and the lower-stratospheric warming due to volcanic eruptions. The analyses near the Korean peninsula show that lower-stratospheric temperature, out of phase with that for troposphere, increases in winter and decreases in summer. In the first mode for anomaly over the tropical Pacific, MSU and reanalyses indicate lower-stratospheric warming due to volcanic eruptions. In the second mode MSU and GEOS present Quasi-Biennial Oscillation (QBO) while NCEP, El Ni${\tilde{n}}$o. Volcanic eruption and QBO have more impact on lower-stratospheric thermal state than El Ni${\tilde{n}}$o. The EOF over the tropical Atlantic is similar to that over the Pacific, except a negligible effect of El Ni${\tilde{n}}$o. This study suggests that intercomparison of satellite data with model reanalyses may estimate relative accuracy of both data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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