Quasi-­‐Global  Precipita2on  as  Depicted  in  the    GPCP  V2.2  and  TMPA  V7  G.J. Huffman1, D.T. Bolvin1,2, EJ. Nelkin1,2, R.F. Adler3

1: NASA/GSFC Laboratory for Atmospheres 2: Science Systems and Applications, Inc. 3: Univ. of Maryland College Park/ESSIC

http://precip.gsfc.nasa.gov

How  best  to  use  precipita2on  es2mates  from  a  diverse,  changing,  uncoordinated  set  of  satellites  with  various  •  Periods  of  record  •  Regions  of  coverage  •  Sensor-­‐specific  strengths  and  weaknesses?    We  seek  the  longest-­‐possible  rela2vely  homogeneous  record  of  “global”  precipita2on  •  Global  Precipita2on  Climatology  Project  (GPCP)  

 •      Climate  Data  Record  (CDR)  standards    •      emphasize  homogeneity  over  fine-­‐scale  accuracy  

•  TRMM  Mul2-­‐satellite  Precipita2on  Analysis  (TMPA)    •      High-­‐Resolu2on  Precipita2on  Product  (HRPP)  approach    •      emphasize  fine-­‐scale  accuracy  over  homogeneity  

•  Less-­‐emphasized  goal  in  each  is  also  important,  of  course    Each  dataset  was  upgraded  this  year  •  GPCP  changes  are  rela2vely  modest,  although  important  

 •      introduc2on  of  SSMIS  (F17)    •      next  upgrade  of  GPCC  product  (par2cularly  China)  

•  TMPA  is  more  substan2al    •      addi2onal  periods  of  data  (boxes  on  diagram  below)    •      improved  IR  record  for  1998  –  February  2000    •      updated  algorithms  (GPROF,  in  par2cular)    •      consistently  reprocessed  data  records    •      single  source  of  gauge  analysis    •      publica2on  of  addi2onal  intermediate  data  fields  

BACKGROUND  

GPCP  monthly  Mul2-­‐Satellite  (MS)  •  1979  –  July  1987  

 •      OLR  Precipita2on  Index  calibrated  from  overlap  with  GPCP  in  the              later  period  

•  August  1987  –  present    •      lower  lat.:  IR  calibrated  by  single  6  a.m./p.m.  microwave  product    •      higher  lat.:  GPCP-­‐adjusted  cloud  volume  proxy  

 “Produc2on”  TMPA  monthly  MS  •  All  microwave  products  calibrated  to  TRMM  Combined  Instrument  •  3-­‐hour  holes  filled  by  microwave-­‐calibrated  IR  •  3-­‐hour  fields  accumulated  for  month    For  both,  MS  and  GPCC  gauge  analysis  combined  to  Satellite-­‐Gauge  (SG)  product  with  weigh2ng  by  es2mated  inverse  error  variance    Each  SG  tends  to  follow  the  calibrators  •  Over  land  –  the  GPCC  gauge  analysis  •  Over  ocean  –  satellite  calibrator  

QUICK  COMPARISON  OF  GPCP  AND  TMPA  ALGORITHMS  AND  INPUTS  

TMPA  V.7  (blue)  follows  calibrator  (TRMM  Combined  Instrument,  TCI;  green)  •  3-­‐5%  offset  results  from  unresolved  issues  with  the  calibra2on  

 scheme    TMPA  V.7  exceeds  TMPA  V.6  (black)  •  “Sag”  in  V.6  resulted  from  using  a  series  of  early  AMSU  precipita2on    data  sets  in  2000-­‐2007  (even  despite  calibra2on!)  •  V.7  uses  a  consistently  processed  AMSU  (and  MHS)  algorithm  

 throughout    The  GPCP  V2.2  (red)  is  generally  consistent  with  TMPA  V.7  •  Overall  average  is  lower  •  Rela2vely  strong  correla2on  in  month-­‐to-­‐month  varia2on  •  Interannual  varia2on  

 •  also  well-­‐correlated    •  GPCP  has  a  larger  range    •  GPCP  tends  to  lag  by  a  few  months    •      presumably  calibrators  have  a  major  role  in  determining  these              characteris2cs  

TIME  SERIES  COMPARISON  FOR  TROPICAL  OCEAN  

COMPARISON  TO  MONTHLY  ATOLL  GAUGES  

SUMMARY  

The  (quasi-­‐)global  2me  series  and  paierns  of  precipita2on  agree  rather  well  between  GPCP  V2.2.  and  TMPA  V.7    Large-­‐scale  quan2ta2ve  differences  tend  to  stem  from  the  calibrators  –  a  “trusted”  satellite  over  ocean,  gauge  over  land  •  This  puts  a  lot  of  focus  on  the  calibrators  •  Modelers  see  these  differences  as  a  huge  issue  

Data  issues:  •  Atolls  specifically  selected  for  lack  of  orography  

 •      presumably  representa2ve  of  “open  ocean”  •  Atolls  are  not  included  in  the  GPCC  gauge  analysis  

 •      therefore,  these  are  independent  data  for  both  plots  •  All  these  are  single  gauges  

 •      there  is  an  issue  comparing  point  gauge              measurements  to  satellite  grid  box  es2mates  

 Period  of  record  is  longer  for  GPCP    TMPA  rela2vely  unbiased  across  most  rain  rates  •  Even  if  TMPA  V.7  is  3-­‐5%  high  (see  Time  Series),  the  bias  

 is  beier  than  for  GPCP  V2.2  •  By  eye,  both  seem  to  show  a  break  in  slope  around  10  

 mm/d  

1998     2000   2004  

TMI,PR,TMI/PR  combo.  

2002  

SSM/I  F14  

SSM/I  F13  

SSM/I  F15  

AMSU  N16  AMSU  N15  

AMSU  N17  

AMSR-­‐E  

CPC  Merged  IR  

NCDC  GriSat-­‐B1  IR    

2006  

SSMIS  F16  

MHS  N18  MHS  N19  

SSMIS  F17  

2008   2010  

MHS  MetOp  

SSMIS  F18  

GPCP  Monitoring  Analysis  (gauge)  

GPCC  Full  Analysis  (gauge)    

2012  

1980   1990  1985  

SSM/I  F11  

SSM/I  F08  

SSM/I  F13  

AIRS  soundings  

TOVS  soundings  

1995  

SSMIS  F17  

2000   2005  

GPCC  Monitoring  Analysis  (gauge)  

GPCC  Full  Analysis  (gauge)    

2010  

OPI  leo-­‐,  geo-­‐IR  GPI  

 Graphs  show  data  records  used  in  TMPA  (top)  and  GPCP  SG  (right)  

Periods  of  record  not  used  in  the  datasetS  are  shown  in  lighter  color  

Addi2onal  data  records  used  in  TMPA  V.7  are  boxed  

TMPA V.7!

GPCP V2.2!

COMPARISONS  OF  CLIMATOLOGIES  

Monthly  (and  long-­‐term)  difference  governed  by:  •  Land:  precipita2on  gauge  analysis  

 •  significant  upgrades  in  the  GPCC  version  used    •  changes  mostly  posi2ve    •  mostly  in  complex  terrain  

•  Ocean:  calibra2ng  satellite  es2mator    •  modest  upgrades  in  TCI    •  but,  V.6  had  low  bias  over  much  of  this  period  due  to  AMSU      algorithm  issues    •  V.7  has  small  posi2ve  offset  from  (new,  higher)  TCI  

V.7 – V.6 (mm/d)

Version 7 (mm/d)

Version 6 (mm/d)

GPCP V2.2 (mm/d)

TMPA V.7 (mm/d)

TMPA V.7 – GPCP V2.2 (mm/d)

TMPA  V.7  –  V.6  (1998-­‐2010)  

TMPA  V.7  –  GPCP  V2.2  (1998-­‐2010)  

TMPA  averaged  to  GPCP’s  2.5°  grid    Monthly  (and  long-­‐term)  difference  governed  by:  •  Land:  precipita2on  gauge  analysis  

 •  both  use  the  latest  GPCC  analysis    •  results  very  similar    •  some  differences  due  to  interpola2ng  gauge  analysis  to  TMPA  scale,      and  to  satellite  differences  in  gauge-­‐sparse  regions  

•  Ocean:  calibra2ng  satellite  es2mator    •  GPCP  uses      •        Microwave  Emission  Brightness  Temperature  Histogram                  (METH)  log-­‐normal  fiied  histogram  approach      •      TOVS/AIRS  cloud  volume  proxy  at  higher  la2tudes    •  TMPA  uses        •      TCI  calibra2on,  extended  past  orbital  band  (35°N-­‐S)  

 TMPA  has  less  land-­‐sea  contrast  in  Mari2me  Con2nent,  Southeast  Asia  •  Coastal  zones  have  the  biggest  difference,  but  it’s  not  just  the  

 problema2c  “coast”  area    TMPA  (both  V.6  and  V.7)  has  secondary  maximum  running  from  Hawaii  to  the  Philippines    GPCP  is  higher  at  higher  la2tudes  because  •  METH  tends  to  be  higher  than  TCI  and  GPROF-­‐based  esimates  •  The  TOVS/AIRS  es2mates  tend  to  be  higher  and  kick  in  at  

 la2tude  45°-­‐55°,  depending  on  season  

FUTURE  

The  real-­‐2me  TMPA  (TMPA-­‐RT)  Version  7  has  been  retrospec2vely  processed  from  March  2000  through  May  2012  •  Using  TMPA-­‐RT  V.7  code,  but  en2re  archived  record  of  input  •  Data  are  posted,  but  not  officially  announced  •  Quality  control  is  under  way;  seeking  “early  users”    TMPA  will  be  superseded  by  IMERG  in  1-­‐2  years    GPCP  development  is  ac2ve  •  Version  2  is  being  reworked  as  an  official  NOAA  CDR  •  Version  3  development  has  just  been  funded  by  NASA  

TMPA V.7!

GPCP V2.2!