SCOPE-Nowcasting / Pilot Project

Atmospheric Composition Product: Aeolian Dust Monitoring

JMA/MSC, MRI

ET-SUP-7, 2013/5/27-30

The Aeolian dust product (Visible and NIR) in JMA

Purpose:Provide the Aeolian dust product for JMA/HQ to 

monitor sand and dust storm to issue dust information for  mitigation of risks in affected area (e.g. aviation, health 

impacts, etc.).

The New Algorithm for Himawari‐8/9 Visible and NIR:‐

Developed by JMA/Meteorological Research Institute (MRI)

and JMA/Meteorological Satellite Center (MSC).‐

Based on the NOAA/NESDIS/GOES‐R/ABI

algorithm for 

aerosol.

Current Product (MTSAT , Visible):‐

AOD

over the ocean in daytime

under the clear sky

‐

Validated with surface observation in Japan

New Product (Visible and NIR):‐

AOD

over lands

(new) and the ocean, using 1DVAR

‐

2013 : Experimental retrievals ; the new algorithm    with

MODIS observation

as pseudo data

‐

2014‐

: Launch of Himawari‐8,Validated with Himawari‐8’s dataand surface observation around this area

‐

2015 : New product with provisional cloud mask     ‐

2016 : Cloud mask with improved quality 

Current Algorithm with MTSAT-2 (0300 UTC)

Aeolian Dust Optical Depth01 May 2011

New Algorithm with MODIS/Terra (0253 UTC), without cloud mask

Aeolian Dust Optical Depth01 May 2011

Current Algorithm with MTSAT-2 (0500 UTC)

New Algorithm with MODIS/Terra (0430 UTC), without cloud mask

New algorithm (MODIS)  versus Current algorithm (MTSAST‐2)

New Algorithm with MODIS/Terra (0253 UTC, 01 May 2011)

Fine mode weight

Surface reflectance

NDVI

New Algorithm with MODIS/Aqua (0430 UTC, 01 May 2011)

Fine mode weight

Surface reflectance

NDVI

Annex

Retrieve flow (Ocean, Land)

Geo‐location 

interpolationSatellite ZA

Solar ZASatellite AZ ‐

Solar AZElevation

Read Parameter 

Read Data 

Calculate NDVI 

LUTSatellite ZA

Solar ZASatellite AZ ‐

Solar AZAOD

Fine mode weightsurface reflectance

LUTAODFine mode weightsurface reflectance

RetrieveAOD, FMW, Surface ref 

Save Results 

Satellite ZASatellite AZ Solar ZASolar AZ0.64um reflectance0.865 um reflectance2.25 um reflectanceElevationLand/Sea mask

Read LUT LUT

Ocean tableLand table

Retrieve parameters

ResultsAODFine mode weightsurface reflectanceNDVI

LUT（Ocean）

Aerosol modelfine mode (r=0.044um, σ=1.96),coarse mode (r=0.37um, σ=2.37)

(Okada 2001) 

Reflectance(Masuda) 

Wind speed = 5 m/s 

fine mode weight (η)0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 

Satellite/Solar ZA 72.37, 66.46, 60., 53.09, 45.81, 

38.23, 30.43, 22.47, 14.3 (deg)

AOD 0.0, 0.02, 0.04, 0.08, 0.16, 0.32, 

0.64, 1.28, 2.56, 5.12

Solar‐Satelliteazimuth differenceevery 10‐degree grid in 0‐180 

RTM150 stream Discrete ordinate

Tow atmospheric layers 

η1

=0.2

LUT (4D)(θsun

, θsat

, φsun‐sat

, AOD)‐‐‐> (r0.51/0.64

, r0.865

)

η0

=0.0

η5

=1.0

Radiative Transfer CalculationChannel 

0.51/0.64, 0.865 (um)

LUT（Land）

Aerosol modelfine mode (r=0.044um, σ=1.96),coarse mode (r=0.37um, σ=2.37)

(Okada 2001) 

Surface reflectance (η2.25

)0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3 

Satellite/Solar ZA 72.37, 66.46, 60., 53.09, 45.81, 

38.23, 30.43, 22.47, 14.3 (deg)

Solar‐Satelliteazimuth differenceevery 10‐degree grid in 0‐180 

RTM150 stream Discrete ordinate

Tow atmospheric layers 

ρ2.25

=0.0Radiative Transfer CalculationChannel 

0.64, 0.55, 2.25 (um)

ρ2.25

=0.3AOD 0.0, 0.02, 0.04, 0.08, 0.16, 0.32, 

0.64, 1.28, 2.56, 5.12

fixed fine mode weight

LUT (4D)(θsun

, θsat

, φsun‐sat

, AOD)‐‐‐> (r0.64

, r0.55

, r2.25

)

ρ2.25

=0.0

ρ2.25

=0.3

Tables for NDVI>=0.1

Tables for NDVI<0.1

ρ0.64

calculationρ0.64

= f(NDVI, ρ2.25

)

Retrieve algorithm (Ocean, Land)

xn

= (AOD,Fine mode weight

,surface reflectance)

LUT yn

= (r0.64,r0.865

,r2.25)

H(xn

)

K

: Jacobian

Matrix

MODIS Channels 

Band Bandwidth Central wave 

length

Corresponding 

Himawari channel

1 0.620 –

0.670 0.646 0.64

2 0.841 –

0.876 0.855 0.865

7 2.105 –

2.155 2.119 2.25