Intercalibration of the infrared channels between GMS-5 and GOES-9

Abstract

This study investigates intercalibration between the GOES-9 Imager and GMS-5 VISSR infrared channels. Observed and simulated brightness temperatures from GOES-9 and GMS-5 are used for this purpose. The observed brightness temperatures are obtained from images observed just before the switchover from GMS-5 to GOES-9; the simulated brightness temperatures are computed by MODTRAN 3.7. In the comparison of the horizontal images, a difference between GOES-9 and GMS-5 is recognized, as expected from their spectral response functions and each radiative path. Further, as the result of the statistical comparison of observed brightness temperatures with the same radiative path length from the satellites within the cloud-free ocean area, discrepancies inconsistent with simulations are detected. The averages of the discrepancies between GOES-9 and GMS-5 with respect to residuals of the observed from simulated brightness temperatures are 0.7 K for the infrared window channel 1 (IR1), 0.28 K for the infrared window channel 2 (IR2) and 2.4 K for the water vapor channel (WV). Potential sources of the differences are inaccurate calibration, the unveiled degradation of the sensors and the satellites, systematic error in the simulated brightness temperatures, etc. In order to identify the source, further research is necessary. Despite the fact that the sources are unconfirmed, the result of this study may be of help to revise the algorithms of GOES-9 applications. For instance, a linear relationship is found between GOES-9 and GMS-5 with respect to difference between the IR1 and IR2 brightness temperatures.

静止気象衛星による西太平洋域の観測が、2003年5月22日にGMS-5からGOES-9に切り替わった。本レポートは、各衛星に搭載されているイメージャの赤外チャネルに関して行ったインターキャリブレーション調査結果である。調査には、GMS-5からGOES-9への切り替え直前に得られた同時刻の観測輝度温度データを利用した。また、MODTRAN3.7による放射計算で得られた計算輝度温度データも比較対象とした。平面図の比較からは、観測データと計算データにはほぼ同じ衛星間の差が見られ、応答関数と放射光路長に関する衛星間の違いが確認できた。さらに、雲のない海洋上で、放射光路長が2衛星間で小さい領域に関して、輝度温度データの比較統計を行った。その結果、応答関数の違いでは説明ができない衛星間の差が確認された。観測輝度温度から計算輝度温度を引いた差に関して、GOES-9とGMS-5との差を計算した結果は、赤外窓領域チャネル1(IR1)で0.7K、赤外窓領域チャネル2(IR2)で0.28K、そして水蒸気チャネル(WV)で2.4Kであった。この差の原因としては、キャリブレーションの誤差、センサや衛星の劣化、計算輝度温度データの誤差などが考えられるが、それを突き止めるためにはさらなる調査が必要である。原因は判っていないが、本調査による結果は、GOES-9衛星プロダクトアルゴリズムの調整に活用できる。例えば、IR1とIR2の輝度温度差に関して、GOES-9とGMS-5との間には線形関係が確認された。