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Pat Arnott, Dec 2003 DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter Pat Arnott, John Walker, Hans Moosmüller Desert Research Institute University of Nevada Reno NV Objectives: Quantify aerosol scattering and absorption at the ground and aloft. Link laboratory (Reno Aerosol Optics Experiment), ground-based, and aircraft measurements to assist with understanding instrument issues. Use complementary measurements from diverse instruments to compare and contrast opinions about aerosol optics. Use closure in the form of Extinction = Scattering + Absorption where possible to sort good and bad measurements.

DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

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DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter. Objectives: Quantify aerosol scattering and absorption at the ground and aloft. Link laboratory (Reno Aerosol Optics Experiment), ground-based, and aircraft measurements to assist with understanding instrument issues. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, John Walker, Hans Moosmüller

Desert Research Institute

University of Nevada

Reno NV

Objectives:

Quantify aerosol scattering and absorption at the ground and aloft.

Link laboratory (Reno Aerosol Optics Experiment), ground-based, and aircraft measurements to assist with understanding instrument issues.

Use complementary measurements from diverse instruments to compare and contrast opinions about aerosol optics.

Use closure in the form of Extinction = Scattering + Absorption where possible to sort good and bad measurements.

Page 2: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

CART SITE IN-SITU AEROSOL OPTICS

• AbsorptionDRI Photoacoustic: 532 nm and 1047 nm.**DRI 7 wavelength Aethalometer 370, 470, 521, 590, 660, 880, 950 nm.UNIV. WA Custom PSAP 467, 530, 660 nm.NOAA Standard PSAP 550 nm.*

• ScatteringNOAA TSI Nephelometer 450, 550, 700 nm. (Backscatter fraction as well.)*DRI Integrating Sphere Nephelemeter, 532 nm. Laser-based instrument with forward truncation angle ≈ 1 deg**THERMOANDERSON MIE instrument operating at 2 wavelengths.

• ExtinctionDRI Cavity Ringdown Instrument, 532 nm. Modified from RAOS for more effective aerosol sampling, and to reduce the need for purge flow corrections.**

* Instruments at both the GIF and AOS trailer (standard setup).** Instruments for closure comparison at 532 nm.

Page 3: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

Aerosol Optics Instruments at the SGP CART SITE

DRI PA absorption at 532 nm, 1047 nm, CRD, and IS Neph and PSAPs

Page 4: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

Aerosol Absorption at the CART site: Time Series.

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134.5 136 138 140 142 144 146 148 150ARM IOP SGP GIF TRAILER, 2003

Hourly Averaged Data

PSAP 550 nm

PA 532 nm adjusted to 550 nm

Bap 550 nm PSAP aos

Event around day 143 UTC most well-defined and agreed upon. 23 May 2003.

Page 5: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

Aerosol Absorption at the CART site: Scatter Plots.

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Bap (Mm-1) PA

SGP 2003550 nm, STP

Force Through The OriginPSAP = 1.02 PAR^2 = 0.53, Hourly Data

Message: Agreement among PSAP’s, and between PA is less good than we have seen in the past.

Page 6: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

Aerosol Optics Closure at the CART site: 532 nm Time Series

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200

300

400

500

600

124 129 134 139 144 149Julian Day 2003

Hourly Averaged Data

Scat_532DRIneph_1/Mm

Ext532DRIpa_1/Mm

Abs_532DRIpa_1/Mm

Page 7: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

Aerosol Optics Closure at the CART site: 532 nm Scatter Plot

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DRI CRD EXT 532 nm (Mm-1)

• Ext = Abs + Sca

Page 8: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

Aerosol Scattering at the CART site: 532 nm, DRI IS and TSI Interpolated Data (10 um cut on AOS, no cut on DRI).

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70

125 130 135 140 145 150ARM IOP SGP, 2003

Hourly Averaged Data

AOS NEPH 532 nm Interpolation

DRI NEPH 532 nm RH DRI NEPH

Page 9: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

Aerosol Scattering at the CART site: 532 nm, DRI IS and TSI Interpolated Data

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0 20 40 60 80 100 120

Bsp (Mm-1) DRI NEPH 532 nm

TSI = 0.83 DRI - 1.05 Mm-1

R2 = 0.99

DATA SUBSET:DRI NEPH RH < 40%

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0 20 40 60 80 100 120

Bsp (Mm-1) DRI NEPH 532 nm

TSI =1.09 DRI - 1.66 Mm-1

R2 = 0.96

DATA SUBSET:DRI NEPH RH < 40%

Page 10: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

532 nm Single Scatter Albedo Histograms SGP CART SITE

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Single Scatter Albedo 532 nm AOS TSI & PSAPRH<40% @ DRI Neph

DRI IS Nephelometer and DRI PA AbsorptionAT 532 nm

NOAA TSI NEPH AND PSAP532 nm INTERPOLATION

Page 11: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

IN-SITU AEROSOL OPTICS ALOFT

• AbsorptionDRI Photoacoustic: 676 nm.

UNIV. WA Custom PSAP 467, 530, 660 nm.

• ScatteringUNIV. WA TSI NEPH 450, 550, 700 nm, and Humidification System. (More details from the UW).

NASA AMES Reciprocal Nephelometer 676 nm.

• ExtinctionNASA AMES Cavity Ringdown Instrument, 676 nm.

Page 12: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

Photoacoustic Measurements of Aerosol Light Absorption at 676 nm from the Twin Otter Aircraft

Page 13: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

Pancakes Layers of Asian Smoke from the Air 27 May 3(Photo by Roy the Co-pilot)

Page 14: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

May 27th: Layers Aloft Aerosol Optics at 660 nm.

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0 50 100 150 200 250 300 350 400

UW Single Scatter Albedo 660 nm

UW Bsp 660 nm (Mm-1) STP

Page 15: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

May 27th: Layers Aloft Aerosol Light Absorption at 660 nm and 676 nm

-2

0

2

4

6

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147.595 147.645 147.695 147.745 147.79527 May 2003

ARM IOP SGP

PSAP Ave

PA 676nm

Page 16: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

Example of Photoacoustic Data Quality Metric Aloft.

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0

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12000

14000

147.55 147.6 147.65 147.7 147.75 147.827 May 2003

ARM IOP SGP

PA Measurement Quality

Pressure Altitude

Prior to flight

Page 17: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

A Single Layer was observed on 28 May 2003

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0 50 100 150 200 250 300 350 400

UW Single Scatter Albedo 660 nm28 May 2003

UW Bsp 660 nm (Mm -1) STP

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0 2 4 6 8 10 12 14 16

Bap (Mm-1) PSAP STP

Page 18: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

Time series of light absorption from the 28th of May

-2

0

2

4

6

8

10

148.76 148.78 148.8 148.82 148.84 148.86 148.88 148.9 148.9228 May 2003

ARM IOP SGP

PSAP Ave

PA 676

Page 19: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

To Do And Possible PapersCART SITE:

‘Validate’ the TSI and DRI neph comparisons.

Compare light absorption values with the UW PSAP that was in the GIF trailer.

(Hourly averages of all DRI Aerosol Optics Data are in the archive)AIRCRAFT:

Comb cabin files for aircraft altitude and ambient pressure versus time to better assign an ambient Babs value to the photoacoustic data. (raw data and draft 2 minute time average data are in the archive.)

(Collective Job) Assign time intervals to all legs, and do leg averages.

Combine with CART SITE data when the aircraft was low over the site to compare data.

PAPERS

1. Instrument comparison from CART SITE data.

2. Measurements of aerosol optics aloft (instrument comparison and case studies), especially light absorption.

Page 20: DRI Aerosol Optics at the SGP CART Site and on the Twin Otter

Pat Arnott, Dec 2003

Thanks for your attention…