The concentration profile of nitric acid and other species over Saskatchewan in August 1998: Retrieval from data recorded by thermal‐emission radiometry
Brendan M. Quine, Matthew Toohey, James R. Drummond, Kimberly Strong, Debra Wunch, Clive Midwinter, C. Thomas McElroy
2005
ATMOSPHERE-OCEAN
We present vertical mixing ratio profiles for nitric acid (HNO 3 ) recorded during the Middle Atmosphere Nitrogen TRend Assessment (MANTRA) 1998 balloon flight over Saskatchewan, Canada. The profiles are based on radiance spectra containing HNO 3 thermal-emission features and were collected during balloon ascent and over a latitude and longitude interval (52°± 0. 2°N, 106.6°± 0.5°W) between 3:30 and 6:30 am local time (9:30 and 12:30 UTC), 24 August 1998. The spectra were simultaneously
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... by two radiometer instruments in the 715-1250 cm -1 atmospheric window at an approximate instrument resolution of 20 cm -1 . Profiles of ozone (O 3 ), methane (CH 4 ) and nitrous oxide (N 2 O) based on emission features in the same observation window are also presented. Raw radiance measurements are analysed using a forward estimation technique to recover multiple gas profiles from very low-spectral resolution measurements of atmospheric radiance. The technique uses detailed atmosphere and instrument models and a least-mean-squares estimator to iterate maximum-likelihood volume mixing ratio (VMR) from 7 to 30 km on a 2-km grid. The analysis approach described is adaptable to other retrievals of multiple constituents from low-resolution spectra recorded by lowercost, robust instrumentation developed for balloon and space flight. Averaging kernels and an error analysis are included in order to illustrate instrument sensitivity to vertical composition and expected accuracy. Results from each instrument compare favourably and show close agreement with HNO 3 climatology results based on satellite observations made by the Microwave Limb Sounding (MLS) instrument, 1992-94. RESUMÉ [Traduit par la rédaction] Nous présentons les profils verticaux de rapport de mélange pour l'acide nitrique (HNO 3 ) enregistrés durant le vol de ballon de 1998 de l'Évaluation des tendances de l'azote dans l'atmosphère moyenne (MANTRA), en Saskatchewan, au Canada. Les profils sont basés sur les spectres de radiance affichant les caractéristiques d'émission thermique du HNO 3 et ont été captés durant l'ascension du ballon dans un intervalle de latitudes et de longitudes (52°± 0,2°N, 106,6°± 0,5°W) entre 3h30 et 6h30, heure locale (0930 UTC et 1230 UTC), le 24 août 1998. Les spectres ont été simultanément enregistrés par deux radiomètres dans la fenêtre atmosphérique 715-1250 cm -1 avec une résolution d'approximativement 20 cm -1 . Nous présentons aussi les profils du CFC-11, du CFC-12, de l'ozone (O 3 ), du méthane (CH 4 ) et de l'oxyde nitreux (N 2 O) basés sur les caractéristiques d'émission dans la même fenêtre d'observation. Les mesures de radiance brutes sont analysées au moyen d'une technique d'estimation prospective pour extraire des profils de gaz multiples à partir de mesures de très faible résolution spectrale de la radiance atmosphérique. La technique utilise des modèles atmosphérique et instrumentaux détaillés et un estimateur des moindres carrés pour itérer le rapport de mélange en volume le plus vraisemblable de 7 à 30 km avec un pas de grille de 2 km. La méthode d'analyse décrite est adaptable à l'extraction d'autres constituants multiples à partir des spectres de basse résolution enregistrés par les instruments moins chers et robustes mis au point pour les ballons et les vols spatiaux. Les facteurs de pondération ainsi qu'une analyse des erreurs sont inclus pour montrer la sensibilité de l'instrument à la composition verticale et la précision attendue. Les résultats pour chaque instrument se comparent favorablement et affichent une bonne correspondance avec les résultats de la climatologie du HNO 3 basés sur les observations satellitaires faites par le Sondeur du limbe hyperfréquences (
doi:10.3137/ao.430407
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