Theoretical and Applied Climatology

, Volume 37, Issue 3, pp 136–149

Estimation of daytime downward longwave radiation at the surface from satellite and grid point data

  • P. Schmetz
  • J. Schmetz
  • E. Raschke
Article

DOI: 10.1007/BF00867847

Cite this article as:
Schmetz, P., Schmetz, J. & Raschke, E. Theor Appl Climatol (1986) 37: 136. doi:10.1007/BF00867847

Summary

A hybrid method is developed for the estimation of the daytime downward longwave radiation flux (DLF) at the surface. The method makes use of the grid point thermodynamic fields at the surface and at the 1000 and 850 hPa levels. The cloud parameters are derived from the infrared and visible image data of the satellite METEOSAT-2. The calculation of the DLF is split into a clear-sky contribution, which is calculated from empirical formulae, and a cloud contribution which depends on cloud amount, cloud base height, and temperature.

A sensitivity test to perturbations in the relevant parameters resembles closely the response of a multispectral radiation scheme, however the humidity dependence under clear sky has been identified as a weak point. A comparison of the method using observed input parameters with simultaneous measurements of the DLF yields an RMS error of 12.2 W/m2.

The method is applied for mapping the DLF over western Europe and the Mediterranean using satellite images for two days near midday and ancillary grid point data obtained during the ALPEX experiment. A comparison with ground measurements of 4 stations in West Germany shows a mean deviation of 3.9 W/m2 and an RMS error of 11.6 W/m2. The method is a first attempt to estimate the DLF at regional scales from satellite data on the cloud field and grid point analysis data on the thermodynamic field.

Zusammenfassung

Zur Schätzung des abwärts gerichteten langwelligen Strahlungsflusses (DLF) während des Tages an der Erdoberfläche wird eine Hybridmethode entwickelt. Die Methode verwendet Gitterpunkt-thermodynamische Felder am Boden und auf den 1000 und 850 h Pa-Flächen. Die Wolkenparameter stammen von den Bilddaten im infraroten und sichtbaren Bereich des Satelliten METEOSAT-2. Die Berechnung des DLF teilt sich in einen, aus empirischen Formeln berechneten Beitrag des wolkenlosen Himmels und einen Beitrag durch Wolken, welcher von der Wolkenmenge, von der Höhe der Wolkenbasis und der Temperatur abhängt.

Ein Test der Empfindlichkeit auf Störungen in den relevanten Parametern ist der Reaktion eines multispektraligen Strahlungsschemas sehr ähnlich, obwohl die Feuchtigkeitsabhängigkeit unter wolkenlosem Himmel als Schwachpunkt herausgefunden wurde. Ein Vergleich der Methode unter Verwendung beobachteter Inputparameter bei gleichzeitigen Messungen des DLF ergibt einen RMS-Fehler von 12.2 W/m2.

Diese Methode wird für die Kartierung des DLF über Westeuropa und dem Mittelmeer angewendet. Dazu werden Satellitenbilder von zwei Tagen um Mittag und zusätzliche Gitterpunktdaten, die während des ALPEX-Experiments gewonnen wurden, verwendet. Ein Vergleich mit Bodenmessungen von 4 Stationen in West-deutschland zeigt eine mittlere Abweichung von 3.9 W/m2 und einen RMS-Fehler von 11.6 W/m2. Diese Methode ist ein erster Versuch, den DLF im regionalen Bereich aus Satellitendaten des Wolkenfeldes und Gitterpunkt-Analysedaten des thermodynamischen Feldes zu schätzen.

Copyright information

© Springer-Verlag 1986

Authors and Affiliations

  • P. Schmetz
    • 1
  • J. Schmetz
    • 2
  • E. Raschke
    • 1
  1. 1.Institut für Geophysik und MeteorologieUniversität zu KölnFederal Republic of Germany
  2. 2.European Space Operations CentreDarmstadtFederal Republic of Germany