Abstract Near-surface specific humidity (qa) and air temperature (Ta) over the global ocean are important meteorological variables, but they cannot be retrieved directly from remote sensing. Many efforts have been made to develop algorithms that derive qa and Ta from multisensor microwave and/or infrared observations using in situ measurements as training datasets. However, uncertainty remains large in the resultant qa and Ta retrievals. In this study, 147 moored surface buoys are used to examine how buoy measured qa and Ta are related to satellite microwave brightness temperature (Tb) on the spatial scale from the warm/humid tropics to the cold/dry high latitudes. It is found that the Tb – qa and Tb – Ta relations are structured along two distinct, near-linear bands, with the primary band in the warm/humid regime and a secondary (weaker) band in the cold/dry regime. The step-like transition (or separation) between the two regimes occurs at 8–10 g kg−1 for qa and 14–17 °C for Ta. The evidence suggests that one algorithm may not be sufficient to extract qa and Ta from Tb in all regimes. Therefore, a high-latitude enhancement is added to the global algorithm so that the qa and Ta retrievals in the dry/cold regime can be specifically addressed. The new algorithms are applied to 11 microwave sensors, including SSM/I, SSMIS, and AMSU-A, from 1988 to 2016. Based on the 475,717 buoy collocations during the 29-year period, the retrieved qa and Ta have root-mean-square differences of 0.82 g kg−1 and 0.51 °C, respectively.

中文翻译：

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多微波传感器近地表气温和比湿度的状态依赖反演算法

摘要 全球海洋近地表比湿度（qa）和气温（Ta）是重要的气象变量，但不能直接通过遥感反演。已经做出了许多努力来开发算法，这些算法使用原位测量作为训练数据集，从多传感器微波和/或红外观测中推导出 qa 和 Ta。然而，由此产生的 qa 和 Ta 检索的不确定性仍然很大。在这项研究中，147 个系泊表面浮标用于检查浮标测量的 qa 和 Ta 与卫星微波亮温 (Tb) 在从暖/湿热带到冷/干高纬度的空间尺度上的关系。发现 Tb – qa 和 Tb – Ta 关系沿着两个不同的近线性带构建，主要波段在温暖/潮湿状态下，次级（较弱）波段在寒冷/干燥状态下。两种状态之间的阶梯状转变（或分离）发生在 qa 为 8–10 g kg-1 和 Ta 为 14–17 °C 时。证据表明，一种算法可能不足以在所有情况下从 Tb 中提取 qa 和 Ta。因此，在全局算法中添加了高纬度增强，以便可以专门解决干/冷状态下的 qa 和 Ta 反演。新算法应用于11个微波传感器，包括SSM/I、SSMIS和AMSU-A，从1988年到2016年。基于29年期间475,717个浮标搭配，反演的qa和Ta有均值根-分别为 0.82 g kg−1 和 0.51 °C 的平方差。两种状态之间的阶梯状转变（或分离）发生在 qa 为 8–10 g kg-1 和 Ta 为 14–17 °C 时。证据表明，一种算法可能不足以在所有情况下从 Tb 中提取 qa 和 Ta。因此，在全局算法中添加了高纬度增强，以便可以专门解决干/冷状态下的 qa 和 Ta 反演。新算法应用于11个微波传感器，包括SSM/I、SSMIS和AMSU-A，从1988年到2016年。基于29年期间475,717个浮标搭配，反演的qa和Ta有均值根-分别为 0.82 g kg−1 和 0.51 °C 的平方差。两种状态之间的阶梯状转变（或分离）发生在 qa 为 8–10 g kg-1 和 Ta 为 14–17 °C 时。证据表明，一种算法可能不足以在所有情况下从 Tb 中提取 qa 和 Ta。因此，在全局算法中添加了高纬度增强，以便可以专门解决干/冷状态下的 qa 和 Ta 反演。新算法应用于11个微波传感器，包括SSM/I、SSMIS和AMSU-A，从1988年到2016年。基于29年期间475,717个浮标搭配，反演的qa和Ta有均值根-分别为 0.82 g kg−1 和 0.51 °C 的平方差。全局算法中添加了高纬度增强功能，以便可以专门解决干/冷状态下的 qa 和 Ta 反演问题。新算法应用于11个微波传感器，包括SSM/I、SSMIS和AMSU-A，从1988年到2016年。基于29年期间475,717个浮标搭配，反演的qa和Ta有均值根-分别为 0.82 g kg−1 和 0.51 °C 的平方差。全局算法中添加了高纬度增强功能，以便可以专门解决干/冷状态下的 qa 和 Ta 反演问题。新算法应用于11个微波传感器，包括SSM/I、SSMIS和AMSU-A，从1988年到2016年。基于29年期间475,717个浮标搭配，反演的qa和Ta有均值根-分别为 0.82 g kg−1 和 0.51 °C 的平方差。