Abstract The study elucidate upon the evaluation of satellite retrievals with ground based aerosol optical depth (AOD) measurements, their utilization in LiDAR ratio (LR) estimation, boundary layer (BL) height determination and the case studies on aerosol transport over Himalayan region. The AOD retrievals from the latest level-2 data collections (C5.1 and C6.0) of MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) onboard Aqua and Terra satellites and Cloud-Aerosol LiDAR and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO) versions (4.10 and 3) are subjected for quantitative analysis to assess the level of agreement with the quality assured level-2 ground based AErosol RObotic NETwork (AERONET) measurements over Manora peak (29.36° N, 79.46°E), a high altitude site in the Himalayas. Analysis revealed that the AOD from the latest MODIS Terra C6.0 deep blue (DB) 30 km × 30 km and CALIPSO ver. 4.10 (overpass within ~ 100 km distance) are in a very good agreement (R ≥ 0.9) with that from coincident AERONET measurements averaged over the span of ± 30 min. About 77% of the AOD retrieved using MODIS and ~ 87% from CALIPSO were found to be within the expected error (EE) limits. The AOD comparison between MODIS Terra C6.0 DB and CALIPSO ver. 4.10, suggested their synergic use for aerosol characterization over Himalayas. In comparison to the ver. 3, CALIPSO ver. 4.10 is found to have undergone substantial changes, and their long term inter-comparison in the grid 28.86°-29.86° N and 78.96°–79.96° E revealed that their vertical feature and aerosol sub-types are in agreement of ~ 94.6% and ~ 68.6%, respectively. Utilizing the AOD retrievals from AERONET and MODIS collections, the iteratively computed LR for three LiDAR systems was found to be lower ( 43) during summer. Study on the BL height estimations suggested that the wavelet covariance transform (WCT) method for CALIPSO could be the best choice as compared to the threshold method, and complements well with the specific humidity gradient method used with the radiosonde observation. Case studies on the continental transport of smoke plumes emanating from crop-residue burning in post-monsoon, and long range transport of aerosols and dust over the region in summer are also discussed using the collocated measurements from ground-based AERONET and LiDAR, in conjunction with MODIS, CALIPSO, reanalysis data and trajectory modeling.

中文翻译：

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喜马拉雅复杂地形上MODIS和CALIPSO气溶胶反演的评估和利用

摘要 本研究阐明了卫星反演的地基气溶胶光学深度 (AOD) 测量评估、它们在 LiDAR 比率 (LR) 估计、边界层 (BL) 高度确定和喜马拉雅地区气溶胶传输案例研究中的应用。从搭载 Aqua 和 Terra 卫星的中分辨率成像光谱仪 (MODIS) 以及 Cloud-Aerosol LiDAR 和红外探路者卫星观测 (CALIPSO) 版本（4.10 和3) 进行定量分析，以评估与质量有保证的 2 级地面气溶胶机器人网络 (AERONET) 在喜马拉雅山高海拔地区马诺拉峰 (29.36° N, 79.46°E) 上测量的一致性水平。分析显示，来自最新 MODIS Terra C6.0 深蓝 (DB) 30 公里 × 30 公里和 CALIPSO 版本的 AOD。4.10（约 100 公里距离内的立交桥）与在 ± 30 分钟跨度内平均的重合 AERONET 测量结果非常一致（R ≥ 0.9）。发现使用 MODIS 检索的约 77% 的 AOD 和来自 CALIPSO 的约 87% 位于预期误差 (EE) 限制内。MODIS Terra C6.0 DB 和 CALIPSO ver. 之间的 AOD 比较。4.10，建议它们协同用于喜马拉雅山上的气溶胶表征。与版本相比。3、CALIPSO ver. 发现 4.10 发生了实质性的变化，它们在 28.86°-29.86° N 和 78.96°-79.96° E 的网格中的长期比对显示它们的垂直特征和气溶胶子类型的一致性约为 94.6% 和~ 68.6%，分别。利用来自 AERONET 和 MODIS 集合的 AOD 检索，发现三个 LiDAR 系统的迭代计算 LR 在夏季较低 (43)。BL 高度估计的研究表明，与阈值方法相比，CALIPSO 的小波协方差变换 (WCT) 方法可能是最佳选择，并且与无线电探空仪观测中使用的特定湿度梯度方法相辅相成。还结合使用地面 AERONET 和 LiDAR 的配置测量，讨论了季风后作物残留物燃烧产生的烟羽的大陆传输案例研究，以及夏季该地区气溶胶和灰尘的远程传输使用 MODIS、CALIPSO、再分析数据和轨迹建模。发现三个 LiDAR 系统的迭代计算 LR 在夏季较低 (43)。BL 高度估计的研究表明，与阈值方法相比，CALIPSO 的小波协方差变换 (WCT) 方法可能是最佳选择，并且与无线电探空仪观测中使用的特定湿度梯度方法相辅相成。还结合使用地面 AERONET 和 LiDAR 的配置测量，讨论了季风后作物残留物燃烧产生的烟羽的大陆传输案例研究，以及夏季该地区气溶胶和灰尘的远程传输使用 MODIS、CALIPSO、再分析数据和轨迹建模。发现三个 LiDAR 系统的迭代计算 LR 在夏季较低 (43)。BL 高度估计的研究表明，与阈值方法相比，CALIPSO 的小波协方差变换 (WCT) 方法可能是最佳选择，并且与无线电探空仪观测中使用的特定湿度梯度方法相辅相成。还结合使用地面 AERONET 和 LiDAR 的配置测量，讨论了季风后作物残留物燃烧产生的烟羽的大陆传输案例研究，以及夏季该地区气溶胶和灰尘的远程传输使用 MODIS、CALIPSO、再分析数据和轨迹建模。BL 高度估计的研究表明，与阈值方法相比，CALIPSO 的小波协方差变换 (WCT) 方法可能是最佳选择，并且与无线电探空仪观测中使用的特定湿度梯度方法相辅相成。还结合使用地面 AERONET 和 LiDAR 的配置测量，讨论了季风后作物残留物燃烧产生的烟羽的大陆传输案例研究，以及夏季该地区气溶胶和灰尘的远程传输使用 MODIS、CALIPSO、再分析数据和轨迹建模。BL 高度估计的研究表明，与阈值方法相比，CALIPSO 的小波协方差变换 (WCT) 方法可能是最佳选择，并且与无线电探空仪观测中使用的特定湿度梯度方法相辅相成。还结合使用地面 AERONET 和 LiDAR 的配置测量，讨论了季风后作物残留物燃烧产生的烟羽的大陆传输案例研究，以及夏季该地区气溶胶和灰尘的远程传输使用 MODIS、CALIPSO、再分析数据和轨迹建模。