The lack of aerosol information over the cryosphere introduces large uncertainties to our understanding of phenomenon, known as the Arctic Amplification (AA) and its feedback mechanisms. The aerosol optical depth (AOD) describes the optical characteristics of aerosol loading. This paper describes a novel algorithm, which retrieves AOD above snow-covered regions from the measurements of the up-welling radiation at the top of atmosphere, observed by the Advanced Along-Track Scanning Radiometer (AATSR) and the Sea and Land Surface Temperature Radiometer (SLSTR) instruments. The algorithm optimizes the generic eXtensible Bremen Aerosol/cloud and surfacE parameters Retrieval (XBAER) approach for longer wavelengths over the cryosphere. The algorithm utilizes the characteristics of solar bidirectional distribution properties of snow and aerosol at wavelength 3.7 μm to derive above-snow-AOD. Since the impact of fine-mode aerosol on 3.7 μm is ignorable, the retrieved AOD in this manuscript represents mainly coarse-mode dominated part. A novel method to extract the solar reflection part at 3.7 μm is presented and used in the surface parameterization. Two aerosol types (sea salt-dominated and dust-dominated) are used and the best-fit type is derived by an iterative procedure, using a Look-Up-Table (LUT) approach. Sensitivity studies of the impact on the retrieved AOD using XBAER algorithm, which investigate the impacts of aerosol type, snow surface emissivity and potential cloud contamination under typical AATSR observation conditions, are presented. The sensitivity studies show that the surface parametrization and aerosol typing are suitable for the retrieval of above-snow-AOD over the Arctic snow-covered region. AOD observations retrieved in this study from AATSR (2002–2012) observation collocated with those from the Aerosol Robotic Network (AERONET) sites over Greenland show good agreement. 72.1% of the match-ups fall into the expected error envelope of (±0.15AOD ± 0.025). The AATSR derived above-snow-AOD at 0.55 μm research product has also been compared with Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO) aerosol product, the Mineral Aerosols Profiling from Infrared Radiances (MAPIR) derived Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI) AOD research product, and the Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2) AOD simulations over Greenland on April 2011. The comparison reveals that all datasets show similar patterns for the AOD above Greenland. The AOD is smaller in central Greenland and larger over the coastline regions. The XBAER derived above-snow-AOD has improved coverage, as compared to that of the existing AATSR aerosol product. The transition between above-snow-AOD and AOD derived over surrounding ocean surfaces does not indicate any systematic errors. Two aerosol transport events have been well-captured by the XBAER derived above-snow-AOD research product. The new algorithm is also applied to the SLSTR onboard Sentinel-3 demonstrating new SLSTR above-snow-AOD data products, and its value for research in the changing AOD during the period of Arctic Amplification.

中文翻译：

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利用被动遥感反演冰冻圈上空气溶胶光学深度

冰冻圈气溶胶信息的缺乏给我们对现象的理解带来了很大的不确定性，称为北极放大 (AA) 及其反馈机制。气溶胶光学深度 (AOD) 描述了气溶胶载荷的光学特性。本文描述了一种新算法，该算法通过高级沿轨道扫描辐射计 (AATSR) 和海陆表面温度辐射计观测到的大气顶部上升流辐射的测量值来反演积雪区域上方的 AOD。 (SLSTR) 仪器。该算法针对冰冻圈上更长的波长优化了通用的可扩展不来梅气溶胶/云和表面参数检索 (XBAER) 方法。该算法利用雪和气溶胶在波长3.7μm处的太阳双向分布特性，推导出雪上AOD。由于细模式气溶胶对 3.7 μm 的影响可以忽略不计，因此本手稿中检索到的 AOD 主要代表粗模式主导部分。提出了一种提取 3.7 μm 太阳反射部分的新方法，并将其用于表面参数化。使用了两种气溶胶类型（以海盐为主和以尘埃为主），最适合的类型是通过使用查找表 (LUT) 方法的迭代程序得出的。介绍了使用 XBAER 算法对反演 AOD 影响的敏感性研究，该算法研究了典型 AATSR 观测条件下气溶胶类型、雪面发射率和潜在云污染的影响。敏感性研究表明，地表参数化和气溶胶分型适合于反演北极积雪地区的雪上AOD。本研究中从 AATSR (2002-2012) 观测中检索到的 AOD 观测与来自格陵兰上空气溶胶机器人网络 (AERONET) 站点的观测显示出良好的一致性。72.1% 的对局落入 (±0.15AOD ± 0.025) 的预期误差范围内。AATSR 衍生的 0.55 μm 雪上 AOD 研究产品还与云气溶胶激光雷达和红外探路者卫星观测 (CALIPSO) 气溶胶产品、红外辐射矿物气溶胶剖面 (MAPIR) 衍生的红外大气探测干涉仪 (IASI) 进行了比较) AOD 研究产品，以及研究和应用的现代回顾分析，2011 年 4 月格陵兰上空的第 2 版 (MERRA-2) AOD 模拟。比较显示所有数据集都显示格陵兰上空的 AOD 类似模式。AOD 在格陵兰中部较小，在海岸线区域较大。与现有的 AATSR 气溶胶产品相比，源自雪上 AOD 的 XBAER 具有更高的覆盖范围。雪上 AOD 和周围海洋表面 AOD 之间的过渡没有表明任何系统误差。XBAER 衍生的雪上 AOD 研究产品已经很好地捕获了两个气溶胶传输事件。新算法还应用于 Sentinel-3 上的 SLSTR，展示了新的 SLSTR 雪上 AOD 数据产品，及其在北极放大期间变化的 AOD 中的研究价值。比较表明，所有数据集都显示格陵兰上方 AOD 的相似模式。AOD 在格陵兰中部较小，在海岸线区域较大。与现有的 AATSR 气溶胶产品相比，源自雪上 AOD 的 XBAER 具有更高的覆盖范围。雪上 AOD 和周围海洋表面 AOD 之间的过渡没有表明任何系统误差。XBAER 衍生的雪上 AOD 研究产品已经很好地捕获了两个气溶胶传输事件。新算法还应用于 Sentinel-3 上的 SLSTR，展示了新的 SLSTR 雪上 AOD 数据产品，及其在北极放大期间变化的 AOD 中的研究价值。比较表明，所有数据集都显示格陵兰上方 AOD 的相似模式。AOD 在格陵兰中部较小，在海岸线区域较大。与现有的 AATSR 气溶胶产品相比，源自雪上 AOD 的 XBAER 具有更高的覆盖范围。雪上 AOD 和周围海洋表面 AOD 之间的过渡没有表明任何系统误差。XBAER 衍生的雪上 AOD 研究产品已经很好地捕获了两个气溶胶传输事件。新算法还应用于 Sentinel-3 上的 SLSTR，展示了新的 SLSTR 雪上 AOD 数据产品，及其在北极放大期间变化的 AOD 中的研究价值。AOD 在格陵兰中部较小，在海岸线区域较大。与现有的 AATSR 气溶胶产品相比，源自雪上 AOD 的 XBAER 具有更高的覆盖范围。雪上 AOD 和周围海洋表面 AOD 之间的过渡没有表明任何系统误差。XBAER 衍生的雪上 AOD 研究产品已经很好地捕获了两个气溶胶传输事件。新算法还应用于 Sentinel-3 上的 SLSTR，展示了新的 SLSTR 雪上 AOD 数据产品，及其在北极放大期间变化的 AOD 中的研究价值。AOD 在格陵兰中部较小，在海岸线区域较大。与现有的 AATSR 气溶胶产品相比，源自雪上 AOD 的 XBAER 具有更高的覆盖范围。雪上 AOD 和周围海洋表面 AOD 之间的过渡没有表明任何系统误差。XBAER 衍生的雪上 AOD 研究产品已经很好地捕获了两个气溶胶传输事件。新算法还应用于 Sentinel-3 上的 SLSTR，展示了新的 SLSTR 雪上 AOD 数据产品，及其在北极放大期间变化的 AOD 中的研究价值。雪上 AOD 和周围海洋表面 AOD 之间的过渡没有表明任何系统误差。XBAER 衍生的雪上 AOD 研究产品已经很好地捕获了两个气溶胶传输事件。新算法还应用于 Sentinel-3 上的 SLSTR，展示了新的 SLSTR 雪上 AOD 数据产品，及其在北极放大期间变化的 AOD 中的研究价值。雪上 AOD 和周围海洋表面 AOD 之间的过渡没有表明任何系统误差。XBAER 衍生的雪上 AOD 研究产品已经很好地捕获了两个气溶胶传输事件。新算法还应用于 Sentinel-3 上的 SLSTR，展示了新的 SLSTR 雪上 AOD 数据产品，及其在北极放大期间变化的 AOD 中的研究价值。