the new sun sky lunar cimel ce318 t. a step forward in ... › eventpapers › session2 › posters2...

13
The new sunskylunar Cimel CE318T. A step forward in monitoring aerosols and water vapour.   A. BARRETO 1,2 , E. CUEVAS 1 , M. J. GRANADOSMUÑOZ 3 , L. ALADOSARBOLEDAS 3 , P. M. ROMERO 1 , J. GRÖBNER 4 , N. KOUREMETI 4 , A. F. ALMANSA 1,2 , T. STONE 5 , C. TOLEDANO 6 , R. ROMÁN 6 , M. SOROKIN 7 , B. HOLBEN 7  and M. CANINI 2   1 Izaña Atmospheric Research Center (IARC), Agencia Estatal de Meteorología (AEMET), 38001, Santa Cruz de Tenerife, Spain. 2 Cimel Electronique, 75011, Paris, France. 3 Department of Applied Physics, University of Granada, 18001, Granada, Spain. 4 PhysikalischMeteorologisches Observatorium Davos and World Radiation Center (PMOD/WRC), 7260, Davos, Switzerland. 5 US Geological Survey, 86001, Flagstaff, USA. 6 Grupo de Óptica Atmosférica, Universidad de Valladolid, 47002, Valladolid, Spain. 7 NASA/Goddard Space Flight Center, 20771, Greenbelt, USA.   ABSTRACT  We introduce in this study the new multiband photometer CE318T, which permits a complete cycle of diurnal atmospheric aerosol and water vapor monitoring. This new instrument allows us to extend the current photometric information, restricted to light period, to nighttime using both the Sun and the Moon as light sources. That means a substantial improvement in aerosol and water vapour monitoring compared to that provided by the previous AERONET (Aerosol RObotic NETwork) standard CE318N photometer.   Taking the advantage of the new CE318T features, we propose four different calibration techniques nocturnal calibration: the LunarLangley method for absolute calibration, the Ratio Moon and Ratio Sun methods for calibration transference (using nighttime and daytime master vs. secondary coincident measurements, respectively), and the SunMoon gain factor method. The latter method requires a reference instrument daytime calibrated and an integrating sphere (not necessarily calibrated), and it is not dependent on any lunar irradiance model. The two last techniques are new and significantly reduce the previous calibration complexities inherent to nocturnal calibration.  A comprehensive performance evaluation is carried out in this study, including a quantitative estimation of Aerosol Optical Depth (AOD) uncertainty by means of error propagation theory, a daytime AOD evaluation at Izaña by comparing CE318T measurements with collocated information from independent reference instruments, including the World Radiation Centre (WRC) Precision Filter Radiometer (PFR) and the new WRCPSR (Precision Spectroradiometer), a nocturnal AOD evaluation at Granada using a collocated star photometer, and a nocturnal AOD evaluation performed at Izaña by means of a day/night coherence transition test using the master CE318T and daytime data from the CE318N AERONET master.  Our results show the ability of the new CE318T to capture the diurnal cycle of aerosols as well as shortterm atmospheric variations, critical for climate studies.     

Upload: others

Post on 09-Feb-2021

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • The new sun‐sky‐lunar Cimel CE318‐T. A step forward in monitoring aerosols and water vapour.   A. BARRETO 1,2, E. CUEVAS1, M. J. GRANADOS‐MUÑOZ3, L. ALADOS‐ARBOLEDAS3, P. M. ROMERO1, J. GRÖBNER4, N. KOUREMETI4, A. F. ALMANSA1,2, T. STONE5, C. TOLEDANO6, 

    R. ROMÁN6, M. SOROKIN7, B. HOLBEN7 and M. CANINI2  1Izaña Atmospheric Research Center (IARC), Agencia Estatal de Meteorología (AEMET), 38001, Santa 

    Cruz de Tenerife, Spain. 2Cimel Electronique, 75011, Paris, France. 

    3Department of Applied Physics, University of Granada, 18001, Granada, Spain. 4Physikalisch‐Meteorologisches Observatorium Davos and World Radiation Center (PMOD/WRC), 7260, 

    Davos, Switzerland. 5US Geological Survey, 86001, Flagstaff, USA. 

    6Grupo de Óptica Atmosférica, Universidad de Valladolid, 47002, Valladolid, Spain. 7NASA/Goddard Space Flight Center, 20771, Greenbelt, USA. 

      ABSTRACT  We introduce in this study the new multiband photometer CE318‐T, which permits a complete cycle of diurnal atmospheric aerosol and water vapor monitoring. This new instrument allows us  to  extend  the  current  photometric  information,  restricted  to  light  period,  to  night‐time using both the Sun and the Moon as  light sources. That means a substantial  improvement  in aerosol and water  vapour monitoring  compared  to  that provided by  the previous AERONET (Aerosol RObotic NETwork) standard CE318‐N photometer.   Taking  the  advantage  of  the  new  CE318‐T  features,  we  propose  four  different  calibration techniques nocturnal calibration: the Lunar‐Langley method for absolute calibration, the Ratio Moon  and  Ratio  Sun  methods  for  calibration  transference  (using  night‐time  and  daytime master vs. secondary coincident measurements,  respectively), and the Sun‐Moon gain  factor method.  The  latter  method  requires  a  reference  instrument  daytime  calibrated  and  an integrating sphere (not necessarily calibrated), and it is not dependent on any lunar irradiance model.  The  two  last  techniques  are  new  and  significantly  reduce  the  previous  calibration complexities inherent to nocturnal calibration.  A comprehensive performance evaluation  is carried out  in this study,  including a quantitative estimation of Aerosol Optical Depth (AOD) uncertainty by means of error propagation theory, a  daytime  AOD  evaluation  at  Izaña  by  comparing  CE318‐T measurements  with  collocated information  from  independent  reference  instruments,  including  the World Radiation Centre (WRC) Precision Filter Radiometer (PFR) and the new WRC‐PSR (Precision Spectroradiometer), a nocturnal AOD evaluation at Granada using a collocated star photometer, and a nocturnal AOD evaluation performed at  Izaña by means of a day/night coherence  transition  test using the master CE318‐T and daytime data from the CE318‐N AERONET master.  Our results show the ability of the new CE318‐T to capture the diurnal cycle of aerosols as well as short‐term atmospheric variations, critical for climate studies.     

  • 1. INTRODUCTION 

    In the  literature remarked efforts have been made to study the diurnal dynamics and 

    evolution of aerosols in the atmosphere, with the aim of filling the current gaps in the 

    aerosol optical depth (AOD) time series at night‐time.  In this regard, star photometry 

    and  moon  photometry  have  appeared  as  feasible  solutions  for  aerosol  nocturnal 

    monitoring.  The  most  outstanding  works  have  been  developed  by  Leitener  et  al. 

    (1995), Pérez‐Ramírez et al. (2015) and Baibakov et al. (2015) in star photometry, and 

    by Berkoff et al. (2011) and Barreto et al. (2013a,b) in moon photometry. 

    This work  is based  in  the  recent  results  reported by Barreto et al.  (2016), who have 

    presented  the  new  sun‐sky‐lunar  photometer  CE318‐T.  The  ability  of  the  CE318‐T 

    device to perform day and night measurements, in addition to the new improvements 

    introduced in the CE318‐T, make this new instrument suitable to improve our current 

    knowledge of aerosol dynamic and distribution. 

    The CE318‐T most important features are presented in Sect. 2. In this section we also 

    presented the instruments used to evaluate the CE318‐T performance at daytime and 

    night‐time:  a  Precision  Filter Radiometer  (PFR),  a  Precision  Filter  Spectroradiometer 

    (PSR), the Aerosol RObotic NETwork (AERONET) master Cimel (CE318‐AERONET) as well 

    as a star photometer. The measurements sites are described in Sect. 3, and  in Sect. 4 

    we summarized the CE318‐T calibration methods, as well as the uncertainties involved 

    in each method. The results of the comparison analysis are presented  in Sect. 5, and 

    the main conclusions of this work in Sect. 6. 

     

    2. INSTRUMENTS 

    We  have  presented  in  this  study  the  new  sun‐sky‐lunar  Cimel  318‐T  photometer, 

    previously presented in Barreto et al (2016). CE318‐T is a combination of the standard 

    CE318‐N  reference  instrument  in  AERONET  network  (CE318‐AERONET),  extensively 

    described in Holben et al. (1998), and the prototype CE318‐U (Barreto et al. 2013a, b), 

    able  to perform nocturnal measurements using  the Moon as  light source. Therefore, 

    this new device is able to perform daytime and night‐time photometric measurements, 

  • allowing  us  to  extract  a  complete  cycle  of  diurnal  aerosol  and  water  vapor 

    measurements.  This  instrument  performs  three  different  measurements  at  an 

    approximate  field  of  view  of  1.29º  at  the  same  10 wavelengths  than  the  previous 

    CE318‐AERONET  instruments: spectral direct sun and moon  irradiance measurements 

    as well as spectral sky radiance measurements. The most outstanding  feature of this 

    new device is the improved tracking system (a new four quadrant detector to track the 

    Sun and the Moon), new control boxes using micro‐stepping technology to control the 

    robots (smoothed movements and pointing resolution improved up to 0.003º), data is 

    stored  and  transferred  with  32  bits  (digital  gains  are  no  longer  necessary)  and 

    atmospheric pressure is measured using a barometer installed in the control box.  

    We have also used independent AOD measurements in order to evaluate the CE318‐T 

    performance. These instruments are presented in Fig. 1. AERONET AOD Level 2.0 data 

    at Izaña and Granada and AOD data from a four‐wavelength (367.6, 412.1, 501.0 and 

    863.1 nm) Global Atmosphere Watch  (GAW) PFR at  Izaña have been  retrieved  for a 

    daytime intercomparison. We have also included AOD extracted from a PSR prototype 

    installed  at  Izaña  during  April,  May  and  June,  2014,  providing  coincident 

    measurements  with  PFR.  This  spectroradiometer  measures  direct  solar  irradiance 

    between 300 and 1020 nm, with a resolution ranging from 1.4 and 6 nm. More details 

    of this instrument can be found in Gröbner et al. (2012). The intercomparison at night‐

    time  has  been  carried  out  at  Granada  station  by  means  of  the  EXCALIBUR  star 

    photometer  (Astronómica  S.  L.).  See  Pérez‐Ramírez  et  al.  (2008,  2012)  for  further 

    details. 

     

     

  • Figu

     

    3. M

    This 

    statio

    locat

    Rese

    is a h

    as a 

    level

    affec

    abso

    Gran

    south

    Atmo

    Rese

     

     

     

     

    ure 1: Instrum

    MEASUREM

    work has b

    ons. The GA

    ted  in  Tene

    earch Cente

    high mount

    result of  th

    . Due  to  its

    cted  by  mi

    olute sun an

    nada station

    h‐east  of 

    ospheric  Ph

    earch (IISTA‐

    mentation us

    MENTS SITES

    been carried

    AW Izaña At

    erife  (Canar

    r (IARC) fro

    tain station

    he  strong  i

    s  location  i

    neral  dust 

    d moon cal

    n (37.16N; 

    Spain  in  a

    hysics  Grou

    ‐CEAMA). 

    sed for the d

    Izaña and 

    d out using 

    tmospheric

    ry  Islands, 

    om the State

    n representa

    nversion  te

    n  the proxi

    outbreaks,

    ibration sta

    3.60W; 68

    a  non‐indu

    up  (GFAT) 

    aylight and n

    Granada, re

    measurem

    c Observato

    Spain).  It  is

    e Meteorol

    ative of  fre

    emperature

    mity of  the

    ,  especially

    ation for AE

    80 m a.s.l.)

    strialized  m

    at  the  An

    night‐time in

    spectively.

    ments perfor

    ry (28.31N

    s managed 

    ogical Agen

    ee  troposph

     normally  l

    e Saharan d

    y  in  summe

    ERONET‐Eur

      is an AERO

    metropolita

    ndalusian  I

    ntercomparis

    rmed at Iza

    N; 16.49W;

    by  the  Iza

    ncy of Spain

    here backgr

    ocated belo

    desert,  Izañ

    ertime.  Thi

    rope. 

    ONET statio

    an  area,  m

    nstitute  fo

    son performe

    aña and Gra

    ; 2373 m a.s

    aña Atmosp

    n (AEMET). 

    round cond

    ow  the  stat

    ña  is sporad

    s  site  is  an

    on  located  i

    managed  by

    or  Earth  Sy

     

    ed at 

    anada 

    s.l.) is 

    pheric 

    Izaña 

    itions 

    tion’s 

    dically 

    n  the 

    n the 

    y  the 

    ystem 

  • 4. CE318‐T CALIBRATION 

    CE318‐T calibration for daytime measurements is similar to the technique proposed by 

    Holben et al. (1998) for CE318‐AERONET. Barreto et al. (2016) performed a thorough 

    study about  the CE318‐T  calibration during night‐time. They proposed  four different 

    calibration techniques to calibrate this new instrument.  

    4.1. CE318‐T absolute calibration at night‐time: Lunar Langley Method 

    The  CE318‐T  absolute  calibration  at  night‐time  is  attained by means of  the 

    Lunar Langley method (LLM), a modification of the previous Langley method 

    for daytime absolute calibration, especifically developed to be applied under 

    variable illumination conditions, as is the case of the Moon. This methodology 

    requires the use of the Robotic Lunar Observatory (ROLO) model (Kieffer and 

    Stone, 2005) to estimate the Moon’s extraterrestrial irradiance (I0). Once I0 is 

    estimated at each channel wavelength  (I0,λ), we can extract the  instrument’s 

    calibration constant (ҡλ) from the Eq. 1. 

    , , ∙ ҡ                                                   (Eq. 1) 

    4.2. CE318‐T calibration transference at night‐time 

    Barreto  et  al.  (2013a,  2016)  proposed  different  techniques  to  transfer  the 

    calibration  from  a master  instrument  to  a  secondary  instrument.  The  Ratio 

    Moon  (RM)  calibration  technique  uses  the  ratio  of  coincident 

    master/secondary nocturnal measurements  (DCNM and DCNS,  respectively)  to 

    do that, while the Ratio Sun method uses coincident measurements at daytime 

    (DCDM  and  DCDS,  respectively).  Both  techniques  are  based  on  the  following 

    equation:  

    , , ∙ ~ , ∙                                      (Eq. 2) 

    with    denoted as Ratio Moon and  denoted as Ratio Sun. The fourth technique for calibration transference is the Sun‐Moon Gain factor 

    technique, based on previous works developed by Berkoff  et  al.  (2011)  and 

    Barreto et al. (2013a). This technique  involves the estimation of the different 

  • amplification  used  in  sun  and moon measurements  to  transfer  directly  the 

    daytime  calibration  to  night‐time.  This  estimation  can  be  performed  in 

    laboratory using an integrating sphere to estimate the moon/sun amplification 

    (G), using the daytime calibration (V0,λ) and the extraterrestrial solar irradiance 

    (E0,λ). 

    ҡ ,,∙                                              (Eq. 3) 

    This  calibration  method  only  requires  a  sun‐calibrated  instrument  and 

    daytime measurements, not depending on the ROLO lunar irradiance model.  

    4.3. Uncertainty in CE318‐T calibration 

    Barreto et al. (2016) also estimated the CE318‐T uncertainty involved in these 

    four  different  calibration methods.  Their  results  are  presented  in  Table  1, 

    showing similar uncertainties in the four calibration methods, with maximum 

    AOD uncertainties  for  low  illumination  conditions of 0.017  in  case of visible 

    spectral range, and 0.021 in case of longer wavelength range. 

     

    Table 1: Estimated AOD standard combined uncertainty (uAOD) extracted from Barreto et al. 

    (2015) for different moon’s illumination (full moon or FM and quarter moon or QM). We have 

    included the four different calibration techniques: Lunar‐Langley Method (LLM), Ratio Moon 

    (RM), Ratio Sun (RS) and sun‐moon gain factor method (SMG).  

       VIS 440 NM nIR 

    LLM  FM QM ±0.011‐0.013 ±0.012‐0.014 

    ±0.011‐0.013 ±0.012‐0.016 

    ±0.012‐0.017 ±0.013‐0.018 

    RM  FM QM ±0.011‐0.013±0.012‐0.014 

    ±0.011‐0.013±0.012‐0.017 

    ±0.013‐0.017±0.014‐0.018 

    RS  FM QM ±0.012‐0.014 ±0.013‐0.015

    ±0.012‐0.014 ±0.013‐0.017

    ±0.015‐0.020 ±0.016‐0.021

    SMG  FM QM ±0.016 ±0.017 

    ±0.016 ±0.017‐0.019 

    ±0.016 ±0.017 

     

     

     

  • 5. R

     

    5

    Figur

    perf

    RESULTS OF

    5.1. AOD da

    We  hav

    AERONE

    2014. W

    perform

    includes

    showed

    AERONE

    errors (

    and CE3

    and MB

    re 2: AOD sca

    ormed at Iza

    F THE INTER

    aytime inter

    ve  intercom

    ET,  PFR  and

    We present 

    med with th

    s  the  main

    d a good agr

    ET compari

    RMSE) ≤ 0.0

    318‐T/PSR 

    B and RMSE 

    atterplot at 5

    aña during M

    RCOMPARIS

    rcompariso

    mpared  day

    d  PSR  at  Iz

    in Fig. 2 th

    he four  inde

    n  statistics

    reement be

    son showed

    002, with h

    comparison

     0.99

    gression  coe

    T, PFR and P

    tted line repr

    CE318‐T,  CE

    March  to 

    D measurem

    . This figure

    sis.  Our  re

    18‐T and CE

    oot mean sq

    . The CE318

    efficients >

    SR measurem

    resents the l

    E318‐

    June, 

    ments 

    e also 

    esults 

    E318‐

    quare 

    8/PFR 

    > 0.99 

     

    ments 

    inear 

  • 5

    Figur

    (trian

    5.2. AOD nig

    We  ha

    measur

    nights in

    using st

    ones  si

    evolutio

    and  sta

    betwee

    500 nm

    higher d

    0.018.  T

    star pho

    CE318‐T

    problem

     

    re 3: AOD at 

    ngles), CE318

    ght‐time int

    ave  comp

    ements per

    n August, 2

    tar photom

    milar  to  th

    on in this tim

    ar  photom

    n CE318‐T 

    m, with MBs

    discrepancie

    This  latter 

    otometry an

    T  field  instr

    m in the sta

    870 nm, 500

    8‐T at daytim

    m

    tercompari

    ared  noct

    rformed at 

    014 (7‐8, 8‐

    meter measu

    he  CE318‐T 

    me period w

    eter  data 

    and  star p

    s up  to 0.0

    es in case o

    result  show

    nd also high

    ruments. W

    r photomet

    0 nm and 440

    me (asteriscs)

    moon is mar

    ison at Gran

    turnal  CE3

    Granada in 

    ‐9, 11‐12 an

    urements a

    measurem

    with CE318‐

    (for  night‐

    hotometer 

    13 and RM

    of 440 nm c

    wed  higher

    her than the

    We attribute

    ter in this sp

    0 nm measu

    ) and CE318‐

    rked with the

     

     

     

     

    nada 

    318‐T  and

    a tempora

    nd 14‐15). T

    t 880, 500 

    ments. We 

    ‐AERONET d

    ‐time).  The

    in  this per

    MSEs up  to 

    channel, wit

    r  difference

    e maximum

    ed these dis

    pecific chan

    red in Grana

    ‐T night‐time

    e vertical line

      star  ph

    l window of

    This analysis

    and 440 n

    present  in 

    data (for da

    ere  is  a  g

    riod  in case

    0.009. How

    th MB = ‐0.

    es  than  tho

    m uncertaint

    screpancies

    nnel.  

    ada using the

    e (circles) in A

    e. 

    otometer 

    f ±15 min in

    s was perfo

    m channels

    Fig.  3  the 

    aytime), CE3

    good  agree

    e of 870 nm

    wever, we  f

    033 and RM

    ose  expecte

    ties expecte

     to a calibr

    e star photom

    August, 2014

    AOD 

    n four 

    rmed 

    s,  the 

    AOD 

    318‐T 

    ment 

    m and 

    found 

    MSE = 

    ed  for 

    ed for 

    ration 

    meter 

    4. Full 

  • Table 2: Main AOD statistics of the CE318‐T and star photometer intercomparison performed 

    in Granada during August, 2014. Mean bias (MB), root mean square error (RMSE), Pearson 

    coefficient (r) and number of coincidences (N) are included. Extracted from Barreto et al. 

    (2016) 

    Channel (nm)  MB  RMSE  r  N 

    870  ‐0.001  0.003  0.946  15 

    500  0.013  0.009  0.937  15 

    440  ‐0.033  0.018  0.911  14 

     

    5.3. AOD day/night transition coherence test at Izaña 

    We  have  completed  the  CE318‐T  performance  evaluation  by  means  of  a 

    day/night transition coherence test performed at Izaña in four different moon 

    cycles  in March, April, May  and  June,  2014.  In  this  60‐days period we have 

    compared CE318‐AERONET daylight and CE318‐T nocturnal measurements in a 

    1‐h  period  during moonset‐sunrise  (MS‐SR)  and  sunset‐moonrise  (SS‐SR)  for 

    different  illumination  conditions,  assuming  stable  AOD  conditions  to  assure 

    the  day/night/day  comparison.  In  this  respect, we  have  excluded  the  AOD 

    information for June 12‐13, 14‐15 and 15‐16,  in which a significant change  in 

    AOD  is observed  (three dust outbreaks affecting  the station).   We present  in 

    Fig. 4 an example of  the AOD evolution extracted  in  June, 2014.  It  is a good 

    example of the coherence between CE318‐AERONET daylight AOD and CE318‐

    T nocturnal AOD. Our results showed MB ≤ 0.015 for channels with λ ≤ 870 nm 

    in  case  of  those  nights  before  full moon  (MS‐SR).  Higher  differences MB   0.6), especially in 

    1640 nm channel. Only MBs 

  • Fig

    AER

     

    6. C

    We 

    phot

    Rega

    and 

    inher

    calib

    Ratio

    meas

    meth

    trans

    rang

    We h

    analy

    CE31

    repo

    for  s

    carri

    gure 4: AOD 

    RONET is pre

    CONCLUSIO

    have  summ

    tometer  an

    arding calibr

    the  Sun‐M

    rent  to  no

    rate  refere

    o Sun  techn

    surements 

    hod  avoids

    sference by

    ing from 0.0

    have evalua

    ysis at Izaña

    18‐AERONET

    rted discrep

    sun photom

    ed  out  an 

    day/night ev

    esented with

    NS 

    marized  in 

    d  the  diffe

    ration at nig

    oon  Gain  f

    cturnal  cal

    ence  instrum

    nique allow

    (uAOD  rangi

      the  use 

    y means of 

    016‐0.019).

    ated  the CE

    a involving s

    T. We have 

    pancies bet

    metry  in  the

    intercomp

    volution at Iz

    h asteriscs an

    displa

    this  paper

    erent  calib

    ght‐time, th

    factor  tech

    ibration. W

    ments with 

    ws us  to  tran

    ing  from  0.

    of  a  lunar

    a  simple a

      

    E318‐T perf

    several refe

     also used i

    tween the f

    e AERONET

    parison  at 

    zaña during 

    nd shaded in 

    ayed with sq

    r  the  main

    ration  app

    he Lunar La

    niques  allo

    With  the  Lu

    uncertaint

    nsfer  the d

    .012  to  0.0

    r  irradiance

    and easily  i

    formance a

    erence inde

    nformation

    four instrum

    T  and GAW

    night‐time 

    June, 2014.  

    yellow. Nigh

    uares. 

      characteri

    roaches  fo

    ngley meth

    ow  the  red

    unar  Langle

    ties  ranging

    aylight cali

    021), while 

    e  model  to

    mplemente

    at daytime 

    pendent in

    n from the P

    ments simila

    ‐PFR netwo

    at  Granad

    Daytime dat

    ht‐time data 

    istics  of  th

    r  daytime 

    hod as well 

    uction  of  t

    ey method 

    g  from 0.01

    bration usi

    the  Sun‐M

    o  perform 

    ed  laborato

    by means o

    struments, 

    PSR prototy

    ar to the pre

    orks  (≤0.01

    da  station 

    ta from CE31

    from CE318

    he  new  CE3

    and  night‐

    as the Ratio

    the  comple

    we  are  ab

    11  to 0.018

    ng only day

    oon Gain  f

    the  calibr

    ory  routine 

    of a compa

    such as PFR

    ype. This an

    ecision expe

    ). We have

    by  means 

     

    18‐

    ‐T is 

    318‐T 

    ‐time. 

    o Sun 

    exities 

    ble  to 

    8.  The 

    ytime 

    factor 

    ration 

    (uAOD 

    arison 

    R and 

    alysis 

    ected 

    e  also 

    of  a 

  • nocturnal  intercomparison of AOD extracted  from a CE318‐T and a star photometer. 

    This evaluation showed similar discrepancies for 870 nm and 500 nm channels (≈0.01) 

    but higher  for 440 nm channel  (≈0.03), pointing  to a calibration problem  in  the  star 

    photometer in this channel. 

    Finally, we performed a coherence test between AERONET daylight AOD and CE318‐T 

    night‐time AOD  at  Izaña  in  the 1‐h period  after  and before  sunset and  sunrise. Our 

    results  showed  a  good  consistency  between  daytime  and  night‐time  AOD  values 

    (provided stable aerosol loads are assured) in case of channels at λ≤870 nm. For near 

    infrared channels this consistency was only observed for moon illumination ≥ 90%. This 

    test  also  showed  the  existence  of  a  nocturnal  cycle  on  AOD  impacting  more 

    significantly in 1640 nm channel. Further investigations are required to understand the 

    source of this problem and to minimize this cycle. 

    Our results demonstrate the ability of the new CE318‐T to capture the diurnal cycle of 

    aerosols as well as short‐term atmospheric variations, critical  for climate studies and 

    crucial  for  high‐latitude  locations,  given  the  extended  periods  of  darkness  during 

    winter. 

     

    7. ACKNOWLEDGEMENTS  

    This  work  has  been  developed  within  the  framework  of  the  activities  of  the  World 

    Meteorological  Organization  (WMO)  Commission  for  Instruments  and  Methods  of 

    Observations  (CIMO)  Izaña  Testbed  for  Aerosols  and  Water  Vapor  Remote  Sensing 

    Instruments.  The  AERONET  sun  photometers  at  Izaña  have  been  calibrated  within  the 

    AERONET‐Europe TNA, supported by the European Community‐Research Infrastructure Action 

    under the FP7 ACTRIS grant agreement no. 262254. The GAW‐PFR network for AOD at WMO‐

    GAW global observatories has been  implemented by  the World Optical Depth Research and 

    Calibration Center  (WORCC). The Granada GNSS  station belongs  to  the  Instituto Andaluz de 

    Geofísica. This work has also been supported by the Andalusia regional government through 

    projects  P12‐RNM‐2409  and  P10‐RNM‐6299,  by  the  Spanish  Ministry  of  Science  and 

    Technology  through project CGL2013‐45410‐R; and  finally by  the EU  through ACTRIS project 

    (EU INFRA‐2010‐1.1.16‐262254).  

  • 8. REFERENCES 

    Barreto, A., Cuevas, E., Damiri, B., Guirado, C., Berkoff, T., Berjón, A. J., Hernández, Y., 

    Almansa, F., and Gil, M.: A new method  for nocturnal aerosol measurements with a 

    lunar  photometer  prototype,  Atmos. Meas.  Tech.,  6,  585‐‐598,  doi:  10.5194/amt‐6‐

    585‐2013, 2013a. 

    Barreto, A., Cuevas, E., Damiri, B., Romero, P. M., and Almansa, F.: Column water vapor 

    determination in night period with a lunar photometer prototype, Atmos. Meas. Tech., 

    6, 2159‐‐2167, doi:10.5194/amt‐6‐2159‐2013, 2013b. 

    Barreto, Á., Cuevas, E., Granados‐Muñoz, M.‐J., Alados‐Arboledas, L., Romero, P. M., Gröbner, 

    J., Kouremeti, N., Almansa, A. F., Stone, T., Toledano, C., Román, R., Sorokin, M., Holben, B., 

    Canini, M.,  and  Yela, M.:  The  new  sun‐sky‐lunar  Cimel  CE318‐T multiband  photometer  –  a 

    comprehensive performance evaluation, Atmos. Meas. Tech., 9, 631‐654, doi:10.5194/amt‐9‐

    631‐2016, 2016. 

    Berkoff, T. A., Sorokin, M., Stone, T., Eck, T. F., Hoff, R., Welton, E., and Holben, B.: 

    Nocturnal  aerosol  optical  depth  measurements  with  a  small‐aperture  automated 

    photometer  using  the  moon  as  a  light  source,  J.  Atmos.  Ocean.  Tech.,  doi: 

    10.1175/JTECH‐D‐10‐05036.1, 2011. 

    Gröbner, J., Kouremeti, N., de Coulon, E., Dürig, F., Gyo, M., Soder, R., and Waser, D.: 

    Spectroradiometer  for  Spectral  Aerosol  Optical  Depth  and  Solar  Irradiance 

    Measurements,  Annual  Report  PMOD,  p.13,  2012,  available  at: 

    http://www.pmodwrc.ch/annual_report/annualreport2012.pdf, 2012. 

    Holben,  B.  N.,  Eck,  T.  F.,  Slutsker,  I.,  Tanré,  D.,  Buis,  J.  P.,  Setzer,  A.,  Vermote,  E., 

    Reagan,  J. A., Kaufman, Y.  J., Nakajima, T., Lavenu, F.,  Jankowiak,  I., and Smirnov A.: 

    AERONET  ‐‐  A  federated  instrument  network  and  data  archive  for  aerosol 

    characterization, Remote Sens. Environ., 66, 1‐‐16, 1998. 

    Leiterer,  U.,  Naebert,  A.,  Naebert,  T.,  and  Alekseeva,  G.:  A  new  star  photometer 

    developed for spectral aerosol optical thickness measurements in Lindenberg, Contrib. 

    Atmos. Phys., 68, 133‐141, 1995. 

  • Kieffer, H. H.  and  Stone,  T. C.:  The  spectral  irradiance of  the moon, Astron.  J., 129, 

    2887‐‐2901, 2005. 

    Pérez‐Ramírez,  D.,  Aceituno,  J.,  Ruiz,  B.,  Olmo,  F.  J.,  and  Alados‐Arboledas,  L.: 

    Development  and  calibration  of  a  star‐photometer  to measure  the  aerosol  optical 

    depth: Smoke observations at a high mountain site, Atmos. Environ., 42, 2733‐‐2738, 

    2008. 

    Pérez‐Ramírez, D., Lyamani, H., Olmo, F.  J., Whiteman, D. N., Navas‐Guzmán, F., and 

    Alados‐Arboledas,  L.:  Cloud  screening  and  quality  control  algorithm  for  star 

    photometer  data:  assessment  with  lidar  measurements  and  with  all‐sky  images, 

    Atmos. Meas. Tech., 5, 1585‐‐1599, doi: 10.5194/amt‐5‐1585‐2012, 2012.