Los datos de los instrumentos TOMS y OMI se han procesado con la Versión 8 del algoritmo desarrollado por el Equipo de Proceso de Ozono del GFSC de la NASA. El algoritmo básico utiliza solo 2 longitudes de onda: 317.5 y 331.2 nm en la mayor parte de los casos y 331.2 y 360 nm para valores altos de ozono y condiciones de ángulo solar cenital elevados, casos ambos que se dan en zonas de latitudes altas. La mayor de las longitudes de onda es utilizada para fijar el valor de la reflectividad de la superficie (o la fracción del escenario cubierto por las nubes). Una vez establecidos esos valores, la longitud de onda más corta que es la que sufre la absorción importante por parte del ozono, es utilizada para derivar el ozono total. El Índice de Aerosoles (AI) proporciona una primera aproximación de la absorción de la radiación ultravioleta por parte del humo y del polvo del desierto. Este algoritmo está descrito en el documento electrónico ubicado en la página de la NASA, 2008 “TOMS algorithm theoretical basis document” o ATBD.
La NASA, de acuerdo con la política de datos existente en Estados Unidos, provee de manera libre el acceso a las series de datos de ozono obtenidos por tres diferentes TOMS embarcados en los Nimbus-7 en el periodo 1 de noviembre de 1978 hasta 6 de mayo de 1993, Meteor-3
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(satélite ruso) desde 22 de agosto de 1991 hasta 24 de noviembre de 1994, y Earth Probe desde 25 de julio de 1996 hasta 2005. Los datos se encuentran en la página web del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA http://toms.gsfc.nasa.gov/ozone/ozone.html en la que están disponibles datos digitales y mapas. En dicha página es posible obtener ficheros ASCII de los pasos del satélite sobre un observatorio determinado. Cada día tenemos las medidas procedentes de dicho instrumento referidas a la posición más próxima desde el centro del campo de visión. La estructura de los ficheros, cabecera aparte, se detalla en el ejemplo siguiente:
MJD Year Day sec-UT SCN LAT LON DIS PT SZA OZONE REF AI SOI 43813.5 1978 305 42362 12 40.47 -3.38 27 91 54.90 280.6 7.3 0.00 4 43814.5 1978 306 43402 7 40.62 -3.75 25 90 55.38 271.2 8.5 0.10 2
Siendo MJD, el día Juliano Modificado, Year el año, Day el día entre 1 y 366, sec-UT el número de segundos desde la medianoche en Tiempo Universal, SCN la posición de escaneo del instrumento TOMS, LAT y LON la latitud y longitud del centro del campo visual respectivamente, DIS la distancia entre el lugar y el centro del campo visual, SZA el ángulo solar cenital en grados, OZONE el mejor valor del total de ozono en Unidades Dobson, AI el Índice de Aerosoles del TOMS y SOI el Índice de dióxido de azufre.
Información sobre el posteriores procesos y las características de este juego de datos con los cambios efectuados sobre versiones anteriores puede encontrarse en el enlace situado en la
página del TOMS de la NASA antes mencionada:
http://toms.gsfc.nasa.gov/datainfo/n7usrguide.pdf En esta guía se encuentra el historial de las modificaciones realizadas en los algoritmos de recuperación de la información (McPeters et al., 1996b). Por el amplio uso de estos conjuntos de datos, consideramos que los datos del TOMS
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del Nimbus-7 Versión 8 forman un conjunto de datos de calidad y de interés para conocer la evolución del ozono en la Península Ibérica en dicho periodo en los puntos geográficos de las cinco estaciones en la Península Ibérica y una en Canarias como comparación.
Se ha utilizado para la elaboración de los datos, un modelo digital del terreno de 0.5 x 0.5 grados de latitud convirtiéndose dichos datos en unidades de presión utilizando la Atmósfera Estándar USA. Como las medidas no están corregidas al nivel del mar, hay que tener en cuenta el efecto de la altitud en las series de Madrid y Mont-Louis ya que sistemáticamente van a medir menos ozono total. Para el caso de Madrid, la corrección puede estimarse en unas 2-3 Unidades Dobson y para Mont-Louis por estar más elevado y a mayor latitud, entre 7 y 9 U.D.
Los datos del OMI-AURA tienen una estructura ligeramente diferente porque tienen más campos de información. Además hay bastantes días en los que existen dos observaciones de ozono, obligando a un reproceso para obtener un valor de total de ozono en columna representativo del día tal y como dan los espectrofotómetros. Se ha optado por considerar el valor promedio de los dos valores cuando ocurre esta situación tal y como se aplica a los datos de Brewer que representan un valor promedio diario de los datos que han pasado los filtros de calidad muy exigentes. Un ejemplo de la cabecera de datos y de la primera fila de ellos tomado de un sobrevuelo del OMI para Madrid es el siguiente:
MJD2000 Year DOY sec. (UT) Orbit CTP Lat. Lon. Dist. SZA Ozone 1690.546566 2004 230 47223 00484 13 40.50 -3.74 9.0 29.25 307.91 O3blwCld Surf. P. Cld. P. Cld. F. Ref. AI SOI
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En donde cada uno de las siglas de los campos significa lo siguiente:
MJD2000 : Día juliano modificado desde 2000 Year : Año
DOY : Dia del Año
sec. (UT) : Tiempo de retraso (segundos, UT) Orbit : Número de órbita del Aura
CTP : OMI Posición de barrido transversal (0-59) Lat. : CTP posición del centro del píxel latitud (grados) Lon. : CTP posición del centro del píxel longitud (grados) Dist. : Distancia entre la estación y el eCTP (km)
SZA : Angulo solar cenital (grados) Ozone : Total de ozono en columna (UD)
O3blwCld : Ozono por debajo de la fracción de nubes (UD) Surf. P. : Presión al nivel del terreno (hPa)
Cld. P. : Presión al nivel de la nube (hPa) Cld. F. : Fracción de nubes (adimensional)
Ref. : Superficie efectiva de reflectividad a 360 nm (%) AI : Índice de aerosoles en UV (adimensional) SOI : SO2 Índice (adimensional)
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C
ONTROL DE CALIDAD DE DATOS Y COMPARACIÓN DE DATOS ENTRESERIES DE DIFERENTES INSTRUMENTOS
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La medida de parámetros atmosféricos mediante instrumentos a bordo de satélites de órbita polar, sobrevolando ambos polos en cada órbita, permite obtener coberturas espaciales importantes. Una altitud de vuelo típica de estos satélites es de 800-1000 km.
El periodo se ajusta al necesario para lograr que el satélite sobrevuele un mismo punto de la tierra a la misma hora local todos los días. Este tipo de órbita recibe el nombre polar heliosíncrona y es muy utilizada por los satélites que albergan instrumentos meteorológicos ya que permite realizar las observaciones a la misma hora todos los días eliminando efectos de variabilidad diurna en la monitorización de variables meteorológicas a lo largo del tiempo. Para lograr este efecto, la órbita no sobrevuela exactamente los polos sino que tiene un ángulo de inclinación respecto al ecuador que asegura un efecto de precesión que compense el efecto de giro añadido de la Tierra al girar alrededor del Sol. Por ello la sincronización de la órbita no se realiza con la tierra sino con el sol y de ahí recibe su nombre.
Los satélites de vigilancia meteorológica suelen estar en órbita geosíncrona, sobrevolando un punto fijo de la tierra sobre el cinturón ecuatorial. Esta órbita, que obliga al satélite a girar sincronizado con la tierra, obliga a que la altura de sobrevuelo sea de 36.000 km lo cual reduce de manera importante la precisión de las medidas de cualquier parámetro atmosférico. La ventaja importante de esta órbita es que permite un muestreo de una parte importante de la superficie terrestre en decenas de minutos. Teóricamente la superficie visible desde esa órbita se acerca al 50% de la superficie de la tierra, pero en las zonas próximas al limbo la información
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no es utilizable por lo que la cobertura efectiva es inferior al 40%, por ello es preciso poner un rosario de satélites en órbita ecuatorial para cubrir correctamente la superficie. Las zonas polares, no obstante quedan mal cubiertas. Los instrumentos a bordo de los satélites de los años 80 muestreaban cada media hora. En la actualidad el tiempo se ha reducido a 10 ó 15 minutos pudiendo llegar a 5 minutos en ocasiones especiales sobre zonas con amenazas tales como huracanes. En el caso de los instrumentos a bordo de los satélites de órbita polar, como se explicó en el Capítulo 3 cuando se presentón el TOMS, el barrido lateral del instrumento permite cubrir un pasillo de 3000 km en cada órbita, permitiendo al menos una medición diaria en zonas ecuatoriales y varias mediciones en latitudes medias y altas. Con ello se obtiene una cobertura global diaria.
Sin embargo, tanto en instrumentos a bordo de satélites geoestacionarios, como para instrumentos en órbita polar, es muy importante comparar las medidas obtenidas con la de instrumentos similares pero basados en tierra. Como ya explicamos en el Capítulo 3, el TOMS se diseñó en la época en que el principal instrumento de medición del total de ozono en columna era el espectrofotómetro Dobson. Por ello, las pocas longitudes de onda en las que mide la radiación reflejada por la tierra en el espectro ultravioleta coinciden con algunas del Dobson. Por ello, la principal fuente de calibración de datos de TOMS han sido dichos instrumentos (WMO, 1996).
Hay que notar el avance que supuso la introducción de los espectrofotómetros Brewer en facilidad de operación, automatización y de fiabilidad a largo plazo,que ha hecho que se realicen muchas campañas conjuntas de comparación de datos entre ambos tipos de espectrofotómetro y también con datos de TOMS aunque las longitudes de este último no coincidan. Por otra parte,
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la fiabilidad demostrada por los procedimientos de calibración de este tipo de aparatos (Redondas et al., 2002, 2008) ofrece una garantía de calidad para realizar estas comparaciones. A lo largo de este capítulo vamos a mostrar la comparación directa de valores de TOC obtenidos por los sobrevuelos de TOMS y los datos de estaciones Brewer de Madrid y Murcia. Realizaremos también una comparación de los datos del OMI para ambos emplazamientos. Finalmente, nos centraremos en el periodo desde junio a agosto para aplicar una técnica de selección de casos partiendo de los datos de radiación solar que permitirá aislar días de cielos despejados en atmósfera clara, días con presencia de aerosoles y días con nubosidad.