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Evaluation of aerosol optical depth and aerosol models from VIIRS retrieval algorithms over North China Plain

机译：基于VIIRS检索算法的华北平原气溶胶光学深度和气溶胶模型评价。

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The first Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) was launched on Suomi National Polar-orbiting Partnership (S-NPP) satellite in late 2011. Similar to the Moderate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), VIIRS observes top-of-atmosphere spectral reflectance and is potentially suitable for retrieval of the aerosol optical depth (AOD). The VIIRS Environmental Data Record data (VIIRS_EDR) is produced operationally by NOAA, and is based on the MODIS atmospheric correction algorithm. The “MODIS-like” VIIRS data (VIIRS_ML) are being produced experimentally at NASA, from a version of the “dark-target” algorithm that is applied to MODIS. In this study, the AOD and aerosol model types from these two VIIRS retrieval algorithms over the North China Plain (NCP) are evaluated using the ground-based CE318 Sunphotometer (CE318) measurements during 2 May 2012 – 31 March 2014 at three sites. These sites represent three different surface types: urban (Beijing), suburban (XiangHe) and rural (Xinglong). Firstly, we evaluate the retrieved spectral AOD. For the three sites, VIIRS_EDR AOD at 550 nm shows a positive mean bias (MB) of 0.04-0.06 and the correlation of 0.83-0.86, with the largest MB (0.10-0.15) observed in Beijing. In contrast, VIIRS_ML AOD at 550 nm has overall higher positive MB of 0.13-0.14 and a higher correlation (0.93-0.94) with CE318 AOD. Secondly, we evaluate the aerosol model types assumed by each algorithm, as well as the aerosol optical properties used in the AOD retrievals. The aerosol model used in VIIRS_EDR algorithm shows that dust and clean urban models were the dominant model types during the evaluation period. The overall accuracy rate of the aerosol model used in VIIRS_ML over NCP three sites (0.48) is higher than that of VIIRS_EDR (0.27). The differences in Single Scattering Albedo (SSA) at 670 nm between VIIRS_ML and CE318 are mostly less than 0.015, but high seasonal differences are found especially over the Xinglong site. The values of SSA from VIIRS_EDR are higher than that observed by CE318 over all sites and all assumed aerosol modes, with a positive bias of 0.02-0.04 for fine mode, 0.06-0.12 for coarse mode and 0.03-0.05 for bi-mode at 440nm. The overestimation of SSA but positive AOD MB of VIIRS_EDR indicate that other factors (e.g. surface reflectance characterization or cloud contamination) are important sources of error in the VIIRS_EDR algorithm, and their effects on aerosol retrievals may override the effects from non-ideality in these aerosol models.
机译：第一个可见光红外成像辐射计套件（VIIRS）于2011年底在Suomi国家极地轨道合作伙伴（S-NPP）卫星上发射。类似于中分辨率成像分光辐射计（MODIS），VIIRS观测到了大气顶光谱反射率和潜在地适合于获取气溶胶光学深度（AOD）。 VIIRS环境数据记录数据（VIIRS_EDR）由NOAA操作生成，并基于MODIS大气校正算法。 NASA正在从适用于MODIS的“暗目标”算法版本中实验性地生成“类似于MODIS”的VIIRS数据（VIIRS_ML）。在本研究中，使用2012年5月2日至2014年3月31日在三个地点进行的地面CE318日光光度计（CE318）测量，评估了华北平原（NCP）上这两种VIIRS检索算法的AOD和气溶胶模型类型。这些站点代表三种不同的地表类型：城市（北京），郊区（乡河）和农村（兴隆）。首先，我们评估检索到的光谱AOD。对于这三个位点，在550 nm处的VIIRS_EDR AOD显示正平均偏差（MB）为0.04-0.06，相关性为0.83-0.86，在北京观察到最大的MB（0.10-0.15）。相反，在550 nm处的VIIRS_ML AOD具有0.13-0.14的更高的正MB值，并且与CE318 AOD的相关性更高（0.93-0.94）。其次，我们评估每种算法假设的气溶胶模型类型，以及在AOD检索中使用的气溶胶光学特性。 VIIRS_EDR算法中使用的气溶胶模型表明，在评估期间，灰尘和清洁的城市模型是主要模型类型。在NCP三个站点上，VIIRS_ML中使用的气溶胶模型的总体准确率（0.48）高于VIIRS_EDR（0.27）。 VIIRS_ML和CE318在670 nm处的单散射反照率（SSA）的差异大部分小于0.015，但是在整个兴隆站点发现了较大的季节性差异。来自VIIRS_EDR的SSA值高于所有位置和所有假定气溶胶模式下的CE318观测值，在440nm下，精细模式的正偏差为0.02-0.04，粗模式的正偏差为0.06-0.12，双模式的正偏差为0.03-0.05 。 SSA的高估，但VIIRS_EDR的AOD MB为正值表明，其他因素（例如，表面反射率表征或云污染）是VIIRS_EDR算法中错误的重要来源，并且它们对气溶胶回收的影响可能会覆盖这些气溶胶中不理想的影响楷模。

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