lst and em retrievals from seviri onboard meteosat...
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Ministério da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior Instituto de Meteorologia, I. P. Rua C – Aeroporto de Lisboa 1749-077 Lisboa – Portugal Tel.: (351) 21 844 7000 Fax: (351) 21 840 2370 e-mail: [email protected] URL: http://www.meteo.pt
à frente do nosso tempo
LST and EM retrievals from SEVIRI onboard Meteosat:
Algorithms, uncertainties, and validation
Sandra C. Freitas, Isabel F. Trigo, José Bioucas Dias,
Frank Göttsche, Folke Olesen
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à frente do nosso tempo
The LandS AF
Land S urfac e E mis s ivity
A lg orithm & E rrors
Land S urfac e Temperature
A lg orithm & E rrors
In-s itu Va lidation
LS T & LS E Produc t C harac teris tic s
Outline
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à frente do nosso tempo
AIM → Develop techniques that allow an effective use of MSG and EPS data related to:
• LAND
• LAND-ATMOSPHERE Interactions
• BIOSPHERIC Applications
Provide Products
+
User Support
FMI
LandSAF
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à frente do nosso tempo
Surface Radiation Budget
LST ↓ LongWave FluxAlbedo ↓ ShortWave Flux
Surface Water Balance
Snow Cover
Evapotranspiration
Vegetation
Fraction Veg Cover
LAI
FAPAR
Wild Fires
Fire Detection
Fire Radiative Power
Fire Risk (Europe)
SEVIRI/MeteosatAVHRR, ASCAT/MetOp
LandSAF - Products
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à frente do nosso tempo
02 03 04 05 06 07 08 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20010099
Meteosat-8 (MSG-1)
Meteosat-10 (MSG-3)
MetOp-BMeteosat-11
(MSG-4) MTG-1
MetOp-C
Meteosat-9 (MSG-2)
MetOp-A
Initial Operations Phase Feb 2005
Continuous Development & Operations PhaseMar 2007
Chronogram
LandSAF
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à frente do nosso tempoLSE – Algorithm
Fraction of Vegetation Cover
)1( FVCFVC bgvegeff −+= εεε
Vegetation Cover Method [Caselles et al.]
Effective LSE →
Trigo, I. F. et al. (2008) in IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 46.
)1(4 FVCFVCdd eff −= εε
• Each IR channel / Broad Band
• Each Land-Cover Classes (IGBP classification)
• Using spectral library values + SEVIRI response functions
Associated Uncertainties →
Excess emissivity due to multiple internal reflections
Simplification of equation
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à frente do nosso tempoLSE – Algorithm
Trigo, I. F. et al. (2008) in IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 46.
Error Bars
( ) ( )( ) ( )( )[ ] 212222 1 effbgvegbgvegeff dFVCFVCFVC εδεεδεδεδε +−+−+=
Vegetation / baresoil variability within each Land-Cover class
FVC Uncertainty
Em
issi
vity
[.]
FVC=0 FVC=0.7
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à frente do nosso tempo
Wavelength [µm]
Split-Window
Channels
SEVIRI channels & LST
Desert Areas
Evergreen Forest
High variability of EM
Solar Contamination
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• Generalised Split-Window → 10.8µ m and 12.0µ m
Trained using CLEAR SKY synthetic SEVIRI/MSG data
LST - Algorithm
CTT
BBBTT
AAALST +−∆+−+++∆+−+=2
)1
(2
)1
( 0.128.102321
0.128.102321 ε
εε
εε
εε
ε
ECMWF fcGSW parameters depend on:
1. total column water vapour2. viewing angle
( )0.128.10 __2
1IRIR LSELSE +=ε
LST depends explicitly on LSE IR10.8 & IR12.0:
0.128.10 __ IRIR LSELSE −=∆ε
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à frente do nosso tempo
4
2
0
-2
-4
4
2
0
-2
-4
4
2
0
-2
-4LS
T_E
rror
s (K
)
~ NADIR Zenith Ang ~ 40º Zenith Ang ~ 75º
0 1.5 3 4.5 (cm) 0 1.5 3 4.5 (cm) 0 1.5 3 4.5 (cm)
TCWV
Algorithm uncertainty increases with view angle & water vapour, i.e., with optical path.
LST – Algorithm Uncertainty
• Generalised Split-Window
Verified against independent dataset ( ~ 15 700 profiles).
• Assuming well known inputs ↔ without errors
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à frente do nosso tempo
Errors Bars
22
2
2
2
2 LSTf
X
fS
j jX
i iLST ji
∆+
∂∂+
∂∂= ∑∑ θσ
θσ
LST – Error Propagation
Implicit input variables↓
TCWV (uncertainty on ECMWF fc) & View angle
Algorithm uncertainty↓
Retrieval conditions
Explicit input variables↓
Sensor noise & Emissivity
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à frente do nosso tempo
22
2
2
2
2 LSTf
X
fS
j jX
i iLST ji
∆+
∂∂+
∂∂= ∑∑ θσ
θσ
EMISSIVITY
LST Error (K)
SENSOR NOISE
LST Error (K)
LST – Error Propagation
Errors Bars
WATER VAPOUR
LST Error (K)
DRY
MOIST
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à frente do nosso tempoSEVIRI LST vs In-situ data
Validation Site
Gobabeb – Namibia
- Homogeneous & dry region
- large gravel plains
CErrorBar
CRMSEo
o
9.2
1.1
==
Sep 2008
CErrorBar
CRMSEo
o
7.2
4.1
==
Nov 2008
CErrorBar
CRMSEo
o
5.2
1.2
==
Jan 2009
CErrorBar
CRMSEo
o
4.2
7.1
==
Mar 2009
0 20 40 60
SEVIRI LST (°C)
60
40
20
0
In-s
itu
LS
T (
°C)
0 20 40 60
SEVIRI LST (°C)
60
40
20
0
In-s
itu
LS
T (
°C)
RMSE < Monthly Average of ErrorBar
Main source of errors:
uncertainty on bare ground Emissivity
Higher Discrepancies
SEVIRI LST << In-situ LST
↑Clouds Contamination or
Shadows
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à frente do nosso tempo
Maskout (SLST > 4K)
LST LST Error Bars
LST - Product Characteristics
Dry regions & ↑ uncertainty on EM
Moist regions &/or ↑ View Angle
Good coverage↑ View Angle
↓ Water Vapour
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à frente do nosso tempoLST - Product Characteristics
Dissemination via Eumetcast and Web
Generation Frequency - 15 min
clear sky pixels ...
over land ...
Available since
Europe – Feb 2005
Full disk – Jul 2005
http://landsaf.meteo.pt
LST LST Error Bars
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à frente do nosso tempo
EM 3.9µm
EM 10.8µm
EM 8.7µm
EM 12.0µmEM 3 – 14µm
Dissemination upon request
Generation Frequency – daily
LSE & Error Bars
over land ...
Available since Jan 2008
LSE – Product Characteristics
http://landsaf.meteo.pt
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à frente do nosso tempo
http://landsaf.meteo.pt