Atmospheric Observations of Weather and Climate

ABSTRACT

Current observation systems that provide data for the analysis and prediction of climate and day-to-day weather are described, along with plans for future systems. The basic principles of satellite, radar, lidar, and sodar measurements are summarized. Temperature and moisture measurements on planetary and synoptic scales, ranging from satellites, the radiosonde network, aircraft, and other sounding systems are described. Wind measurements from satellites, rawinsondes, air composition from satellites, the energy budget, and surface measurements are also discussed. The measuring systems for mesoscale and convective-scale weather are then noted, including satellite-borne radiation instrumentation, and lightning imaging sensors. Operational, fixed-site, and mobile and airborne research radars, surface instrumentation, and ground-based and in-situ profiling systems, aircraft-borne and shipborne instrumentation are also summarized. Special observation issues such as coordination among providers, data assimilation considerations, and data curation are then considered. Special issues for the future are noted in the last section.

RÉSUMÉ

[Traduit par la redaction] Les systèmes d’observation actuels qui fournissent des données pour l’analyse et la prévision du climat et du temps au jour le jour sont décrits, tout comme les plans pour les systèmes ultérieurs. Les principes de base des mesures par satellite, radar, lidar et sodar sont résumés. Les mesures de température et d’humidité à l’échelle planétaire et synoptique, réalisées par les satellites, le réseau de radiosondes, les avions et d’autres systèmes de sondage, sont décrites. Les mesures du vent à partir de satellites, de sondes de radiovent, la composition de l’air à partir de satellites, le bilan énergétique et les mesures de surface sont également abordés. Les systèmes de mesure du temps à méso-échelle et à l’échelle de la convection sont ensuite présentés, y compris les instruments de mesure du rayonnement par satellite et les capteurs d’imagerie de la foudre. Les radars de recherche opérationnels, fixes, mobiles et aéroportés, les instruments de surface, les systèmes de profilage au sol et in situ, les instruments embarqués dans les avions et les navires sont aussi résumés. Les questions d’observation spéciales telles que la coordination entre les fournisseurs, les considérations relatives à l’assimilation des données et la conservation des données sont ensuite examinées. Les questions spéciales pour l’avenir sont indiquées dans la dernière section.

KEYWORDS:

• winds
• instrumental
• radar
• remote sensing
• climate processes
• data assimilation

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Notes

1 Electronically scanning radars are typically phased-array radars that are steered through hardware phase shifters, by changing the frequency slightly, or via software.

2 Each beam may be from a separate antenna or from a phased-array antenna (Balsley & Gage, 1982).

3 Since we do not include atmospheric chemistry in this review, we will not go into the details of pollutant measurement.

4 The BWER was first referred to as a “vault.”

Additional information

Funding

H. Bluestein is supported by NSF grant AGS 1947146. F. Carr acknowledges support from the National Weather Service's National Mesonet Program over the past few years. S. Goodman was supported in part by NASA Grant 80NSSC18K1689.