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Impact of sampling frequency in the analysis of tropospheric ozone observations

Authors :
Jean-Francois Lamarque
Martin G. Schultz
Simone Tilmes
Catherine Wespes
Valérie Thouret
Marielle Saunois
Louisa K. Emmons
National Center for Atmospheric Research [Boulder] (NCAR)
Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE)
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Modélisation INVerse pour les mesures atmosphériques et SATellitaires (SATINV)
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Ozone et Précurseurs (O3P )
Laboratoire d'aérologie (LAERO)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institute for Energy and Climate Research (IEK)
Forschungszentrum Jülich GmbH | Centre de recherche de Juliers
Helmholtz-Gemeinschaft = Helmholtz Association-Helmholtz-Gemeinschaft = Helmholtz Association
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Source :
Atmospheric chemistry and physics 12, 6757-6773 (2012). doi:10.5194/acp-12-6757-2012, Atmospheric Chemistry and Physics, Atmospheric Chemistry and Physics, 2012, 12, pp.6757-6773. ⟨10.5194/acp-12-6757-2012⟩, Atmospheric Chemistry and Physics, Vol 12, Iss 15, Pp 6757-6773 (2012), Atmospheric chemistry and physics / Discussions 11, 27107-27137 (2011). doi:10.5194/acpd-11-27107-2011, Atmospheric Chemistry and Physics, European Geosciences Union, 2012, 12, pp.6757-6773. ⟨10.5194/acp-12-6757-2012⟩
Publication Year :
2012
Publisher :
EGU, 2012.

Abstract

Measurements of ozone vertical profiles are valuable for the evaluation of atmospheric chemistry models and contribute to the understanding of the processes controlling the distribution of tropospheric ozone. The longest record of ozone vertical profiles is provided by ozone sondes, which have a typical frequency of 4 to 12 profiles a month. Here we quantify the uncertainty introduced by low frequency sampling in the determination of means and trends. To do this, the high frequency MOZAIC (Measurements of OZone, water vapor, carbon monoxide and nitrogen oxides by in-service AIrbus airCraft) profiles over airports, such as Frankfurt, have been subsampled at two typical ozone sonde frequencies of 4 and 12 profiles per month. We found the lowest sampling uncertainty on seasonal means at 700 hPa over Frankfurt, with around 5% for a frequency of 12 profiles per month and 10% for a 4 profile-a-month frequency. However the uncertainty can reach up to 15 and 29% at the lowest altitude levels. As a consequence, the sampling uncertainty at the lowest frequency could be higher than the typical 10% accuracy of the ozone sondes and should be carefully considered for observation comparison and model evaluation. We found that the 95% confidence limit on the seasonal mean derived from the subsample created is similar to the sampling uncertainty and suggest to use it as an estimate of the sampling uncertainty. Similar results are found at six other Northern Hemisphere sites. We show that the sampling substantially impacts on the inter-annual variability and the trend derived over the period 1998–2008 both in magnitude and in sign throughout the troposphere. Also, a tropical case is discussed using the MOZAIC profiles taken over Windhoek, Namibia between 2005 and 2008. For this site, we found that the sampling uncertainty in the free troposphere is around 8 and 12% at 12 and 4 profiles a month respectively.

Details

Language :
English
ISSN :
16807316 and 16807324
Database :
OpenAIRE
Journal :
Atmospheric chemistry and physics 12, 6757-6773 (2012). doi:10.5194/acp-12-6757-2012, Atmospheric Chemistry and Physics, Atmospheric Chemistry and Physics, 2012, 12, pp.6757-6773. ⟨10.5194/acp-12-6757-2012⟩, Atmospheric Chemistry and Physics, Vol 12, Iss 15, Pp 6757-6773 (2012), Atmospheric chemistry and physics / Discussions 11, 27107-27137 (2011). doi:10.5194/acpd-11-27107-2011, Atmospheric Chemistry and Physics, European Geosciences Union, 2012, 12, pp.6757-6773. ⟨10.5194/acp-12-6757-2012⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....abb6006d6a368034cca622b9b3a4b666
Full Text :
https://doi.org/10.5194/acp-12-6757-2012