TROPOMI O3 全球垂直柱浓度日产品用户指南说明书

TROPOMI/O3
Sentinel-5P/TROPOMI/O3
日产品
SDTF团队*
Satellite Data To Freshman）
（
Source:
/
最新修订日期：2022年1月*Correspond to Juliet at*********************
目录
1关于TROPOMI/O3数据及其相关背景介绍 (3)
1.1Sentinel-5P的介绍 (3)
1.2TROPOMI的介绍 (3)
1.3TROPOMI/O3的介绍 (4)
2数据分析 (5)
2.1数据过滤 (5)
2.2数据平均 (6)
2.3数据保存 (6)
3产品文件格式和内容 (8)
3.1全球O3垂直柱浓度 (8)
3.2全球O3垂直柱浓度可视化产品 (8)
4参考文献 (9)
5附录 (9)
如何引用：Zhu,L.,(2022,January3),total ozone column daily Product,Satellite Data To Freshman,retrieved from .
Or in the text:Data retrieved from Satellite Data To Freshman
(,last access:YYYY,MM DD).
1关于TROPOMI/O3数据及其相关背景介绍
1.1Sentinel-5P的介绍
Sentinel-5P卫星于2017年10月13日从俄罗斯普列谢茨克航天发射场成功发射，是欧洲GMES（环境与安全全球监视）项目的预先运行低轨卫星。

该卫星用于填补现有的大气监测监视载荷（包括ESA卫星Envisat上的SCIAMACHY 和NASA卫星Aura上的OMI）与未来先进载荷（指ESA的卫星Sentinel-5）之间的空档期。

Sentinel-5P是一颗低地球轨道卫星，兼容小型发射器。

Sentinel-5P使用高倾角轨道（约98.7°）。

Sentinel-5P轨道是近极地、太阳同步轨道，在平均当地太阳时13:30有一个上升交点赤道交叉点。

在太阳同步轨道上，表面总是以相同的太阳角度照射。

轨道周期为16天（每天14个轨道，每个周期227个轨道）。

轨道参考高度约为824公里[2]。

Sentinel-5P任务的主要目标是执行具有高时空分辨率的大气测量，用于空气质量、臭氧和紫外线辐射以及气候监测和预测。

1.2TROPOMI的介绍
Tropospheric Monitoring Instrument(TROPOMI)是搭载在Copernicus Sentinel-5Precursor(S5P)卫星上用于大气成分观测的仪器,可以有效的观测全球各地大气中痕量气体组分，包括NO2、O3、SO2、HCHO、CH4和CO等重要的与人类活动密切相关的指标，加强了对气溶胶和云的观测。

TROPOMI是迄今为止技术性能先进、空间分辨率最高的大气监测光谱仪，成像幅宽达2600km，每日覆盖全球各地，成像分辨率达到了7km×3.5km，可测量紫外-可见波长(270~500纳米)、近红外(710~770纳米)和短波红外(2314~2382纳米)[3]。

与以往的中分辨率成像光谱仪(MODIS)、O3层观测仪(OMI)、O3绘图和廓线仪装置(OMPS)和大气成分分析光谱仪(SCHIMACHY)等大气成分监测遥感仪器相比有大幅提高。

TROPOMI的测量原理如图1所示。

图1.TROPOMI的测量原理
（来源：Sentinel-5precursor/TROPOMI Level2Product User Manual Ozone total column）特别地，TROPOMI的NO2和CO“近实时”数据细节特征较为丰富，将开启大气环境遥感监测新的应用领域，可为定位污染物来源地、识别污染重点地区提供有力的数据支撑，为大气环境遥感监测增加新的数据源选择。

1.3TROPOMI/O3的介绍
我们用于生产TROPOMI/O3日度产品的数据来自Sentinel-5P/TROPOMI/L2__O3___数据集，该数据可以从此网站(https://s5phub.copernicus.eu/dhus/#/home)下载。

我们使用的是当前版本的O3_Level2_v2.2.1数据产品，数据集的每个文件包含每日一段时间内（Start of granule in UTC-End of the granulein UTC）的大气元
素的0.1°×0.1°空间网格映射，每天共14个轨道，图2为某天的其中一个轨道所示的O3垂直柱浓度可视化图像。

O3Level2文件可用于许多不同的目的，包括数据同化、模型验证、与地面遥感观测或飞机原位剖面观测的比较。

此外，数据可直接用于显示O3的日变化。

图2.单个L2__O3___文件的O3垂直柱浓度可视化图象
2数据分析
2.1数据过滤
我们从L2__O3___数据产品中检索2级的O3日数据产品，单个文件表示一天内某一时段的数据，再根据数据质量进行过滤，以0.1°×0.1°分辨率进行网格化。

我们用一天内所有的L2__O3___数据文件平均化处理后，制作成O3日度L3全球垂直柱浓度产品文件，推导O3日度L3全球垂直柱浓度数据的算法将在2.2中提供。

TROPOMI/L2__O3___数据集文件中都提供了数据过滤参数qa_value，指示检索结果的状态和质量。

““qa_value”参数将处理标志总结为一个连续值，给出质量百分比：100%是最佳值，0%是处理失败。

qa_value在0(无数据)和1(全质量数据)之间变化。

可以应使用它来移除qa_value小于所需阈值的测量值.”[1]
在O3的使用者手册中推荐使用者在使用数据时忽略qa_value<0.5的数据，因此我们选择忽略qa_value<0.5对应的O3垂直柱浓度数据，对所有使用的TROPOMI/L2__O3___数据集文件都进行了qa_value<0.5对应的数据过滤操作。

2.2数据平均
我们对每日的14个L2__O3___数据文件（每天共14个轨道）进行平均处理，得到每日网格化数据。

地球被划分为全球网格单元格(0.1°纬度×0.1°经度)。

对于位于同一网格单元中的数据点，我们将变量的值求和，同时计算该网格单元中的数据点个数。

在数据求和矩阵和数据点个数矩阵相除之后得到在时间和空间上的平均。

最终，制作成O3日度L3全球垂直柱浓度产品文件。

2.3数据保存
一般情况下，对于大小为[M’,N’]的矩阵，第一个索引沿垂直方向排列，第二个索引沿水平方向排列。

数据中心位于0到N=N’-1的整数位置，以及从0到M=M’-1的整数位置。

下面的矩阵放置图显示了如何在边界框中填充数据。

此处，[M，N]确定网格的最小纬度和最大经度，而[0，0]确定网格的最小经度和最大纬度。

2D矩阵数据布局的示意图
在csv文件中，每个网格单元格的坐标(经度、纬度)由中心点决定。

第一行和第一列记录相应的坐标。

但是，在txt文件中不存放和显示坐标。

数据保存在csv文件中的一个示例
数据保存在txt文件中的一个示例
绘制数据时，投影如下图所示。

数据平面投影实例
3产品文件格式和内容
提供.csv 和.txt 格式的数据产品。

将有一个zip 文件命名为TROPOMI_col_O 3_yyyymmdd_v221_gridded.zip （“yyyy”:年份,“mm”:月份,“dd”:日数）。

3.1全球O 3垂直柱浓度
字段名定义纬度单位格式数据格式TROPOMI_col_O 3_yyyymmdd_v221_gridded （“yyyy”:year,“mm”:mo
nth,“dd”:day ）
O 3垂直柱浓
度
纬度，经度
mol/m 2
“.csv”,“.txt”
浮点数
3.2全球O 3垂直柱浓度可视化产品
属性：
文件名字段名格式TROPOMI_col_O3_yyyymmdd_v221_gridded
（“yyyy”:year,“mm”:month,“dd”:day ）
O 3垂直柱浓度
“.png”
O3全球垂直柱浓度分布图示例
4参考文献
[1]Sentinel-5precursor/TROPOMI Level2Product User Manual Ozone total column.
[2]https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions/sentinel-5p
[3]https://sentinel.esa.int/web/sentinel/user-guides/sentinel-5p-tropomi
5附录
目前L2__O3___的数据产品有三种不同时间处理的数据产品可用：NRT、OFFL、REPROCESSING。

·NRT(near-real-time)：此数据的时效性最好，一般在观测到3小时左右即可获取，但是数据质量可能较差。

·OFFL(offline)：离线数据。

数据时效性相对于NRT滞后一些，但是数据质
量较高。

·RPRP(reprocessing)：经过多次处理之后的数据，数据质量可能更好，但时效性最差。

下表给出了我们使用L2__O3__数据集源文件时选用的数据产品类型和得到的O3日度L3全球垂直柱浓度产品文件的可用日期。

日度产品（分辨率：0.1°×0.1°）
源文件
数据类型
年月日期
RPRO 201851-31 201861-30 201871-11 2018711-31 201881-31 201891-30 2018101-31 2018111-30 2018121-31 201911-31 201921-28 201931-31 201941-11 2019423-30 201951-31 201961-30 201971-31 201981-31 201991-30 2019101-31 2019111-30
TROPOMI O 3全球垂直柱浓度日产品用户指南11
OFFL
2019121-31202011-31202021-29202031-312020
41-30202051-31202061-30202071-31202081-31202091-302020101-312020111-302020121-31202111-31202121-28202131-31202141-30202151-31202161-30202171-312021
8
1-7
表.日度产品可用日期。