home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NASA Climatology Interdisciplinary Data Collection / NASA Climatology Interdisciplinary Data Collection - Disc 2.iso / readmes / readme.czcs_opc < prev    next >
Text File  |  1998-03-04  |  23KB  |  507 lines

  1.                               [CIDC FTP Data]
  2.                            [CZCS IDC Data on FTP]
  3.  
  4. Data Access
  5.  
  6.      CZCS Data
  7.  
  8.                                    [rule]
  9.  
  10. Readme Contents
  11.  
  12.      Data Set Overview
  13.           Sponsor
  14.           Original Archive
  15.           Future Updates
  16.  
  17.      The Data
  18.           Characteristics
  19.           Source
  20.  
  21.      The Files
  22.           Format
  23.           Name and Directory Information
  24.           Companion Software
  25.  
  26.      The Science
  27.           Theoretical Basis of Data
  28.           Processing Sequence and Algorithms
  29.           Scientific Potential of Data
  30.           Validation of Data
  31.  
  32.      Contacts
  33.           Points of Contact
  34.  
  35.      References
  36.  
  37.                                    [rule]
  38.  
  39. Data Set Overview
  40.  
  41.      This data set is a collection of monthly composites of ocean
  42.      chlorophyll concentration derived from the Coastal Zone Color
  43.      Scanner (CZCS) instrument flown aboard the Nimbus-7 satellite from
  44.      October 1978 through June 1986. This concentration provides a
  45.      direct measure of the abundance of phytoplankton and its
  46.      variability in space and time over most of the world's oceanic
  47.      regions. The CZCS data set represents the only source of
  48.      satellite-derived, global oceanic biomass productivity, and serves
  49.      as an important precursor to the next generation of advanced ocean
  50.      color instruments. These include the Sea-Viewing Wide
  51.      Field-of-View Sensor (SeaWiFS), launched on August 1, 1997, and
  52.      future missions conducted as part of NASA's Earth Science
  53.      enterprise.
  54.  
  55.      Sponsor
  56.      The production and distribution of this data set are being funded
  57.      by NASA's Earth Science enterprise. The data are not copyrighted;
  58.      however, we request that when you publish data or results using
  59.      these data please acknowledge as follows:
  60.  
  61.           The authors wish to thank the Distributed Active Archive
  62.           Center (Code 902.2) at the Goddard Space Flight Center,
  63.           Greenbelt, MD, 20771, for producing the data in its
  64.           present format and distributing them. The original data
  65.           products were produced by the Nimbus Project Office in
  66.           collaboration with the NASA Goddard Space Flight Center
  67.           Space Data and Computing Division, the NASA GSFC
  68.           Laboratory for Oceans, and the University of Miami
  69.           Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science.
  70.           Goddard's share in these activities was sponsored by
  71.           NASA's Earth Science enterprise.
  72.  
  73.      Original Archive
  74.      The geophysical data from which this CZCS monthly composite data
  75.      set is derived were produced by the Nimbus Project Office in
  76.      collaboration with the NASA Goddard Space Flight Center (GSFC)
  77.      Space Data and Computing Division, the NASA GSFC Laboratory for
  78.      Oceans, and the University of Miami Rosenstiel School of Marine
  79.      and Atmospheric Science. This global processing effort was
  80.      initiated in 1985 and completed in early 1990. See Feldman et al.
  81.      (1989) for a complete description of the processing system used to
  82.      generate these products. The level 3 monthly composite data
  83.      product, with a spatial resolution of 20 km at the equator, was
  84.      used to generate these 1 degree x 1 degree averages. The complete
  85.      suite of CZCS-derived geophysical parameters is currently
  86.      available from the Distributed Active Archive Center (DAAC) at
  87.      NASA GSFC.
  88.  
  89.      Future Updates
  90.      The CZCS data set is currently classified as a static data set,
  91.      and is unlikely to be reprocessed in the near term due to new data
  92.      sources, including the Ocean Color and Temperature Sensor (OCTS),
  93.      which operated from August 1996 to May 1997, and SeaWiFS.
  94.  
  95. The Data
  96.  
  97.      Characteristics
  98.  
  99.         * Parameters: Chlorophyll (pigment) concentration, defined as
  100.           the sum of the concentrations of chlorophyll-a and
  101.           phaeophytin- a
  102.  
  103.         * Units: mg/m^3
  104.         * Typical Range (monthly average):
  105.                0.05 mg/m^3 (e.g., tropical non-coastal waters) to 30
  106.                mg/m^3 (e.g., coastal waters, North Pacific, North
  107.                Atlantic)
  108.  
  109.         * Temporal Coverage: November 1978 - June 1986
  110.         * Temporal Resolution: monthly composites, monthly composites
  111.           over temporal coverage of data set,
  112.           and composites over temporal coverage of data set.
  113.  
  114.         * Spatial Coverage: Global Ocean
  115.         * Spatial Resolution: 1 degree x 1 degree
  116.  
  117.      Source
  118.      The data source for this data set was the Coastal Zone Color
  119.      Scanner (CZCS) flown on Nimbus-7.
  120.  
  121.      Nimbus-7 was launched in October 1978 and was a research-and-
  122.      development satellite serving as a stabilized, Earth observing
  123.      platform for the testing of advanced systems for sensing and
  124.      collecting data in the pollution, oceanographic, and
  125.      meteorological disciplines. It provided an opportunity to assess
  126.      each instrument's operation in the space environment and to
  127.      collect a sizable body of data with the global and seasonal
  128.      coverage needed for support of each experiment. The mission also
  129.      extended and refined the sounding and atmospheric structure
  130.      measurement capabilities demonstrated by experiments on previous
  131.      Nimbus observatories.
  132.  
  133.      Nominal orbit parameters for the Nimbus-7 spacecraft are
  134.  
  135.           Launch date: 10/24/78
  136.           Orbit: Sun synchronous, near polar
  137.           Nominal altitude: 955 km
  138.           Inclination: 99.3 degrees
  139.           Nodal period: 104 minutes
  140.           Nodal Increment: 26.1 degrees
  141.           Equatorial crossing time: 11:50 AM (local time)
  142.  
  143.      CZCS, one of eight instruments aboard Nimbus-7, had six spectral
  144.      bands (channels); four chiefly for ocean color, each of 20
  145.      nanometer (nm) band width and centered at 443, 520, 550, and 670
  146.      nanometers. These are referred to as channels 1 through 4,
  147.      respectively. Channel 5 sensed reflected solar radiance, but had a
  148.      100 nanometer bandwidth centered at 750 nanometers and a dynamic
  149.      range that was more suited to land. Channel 6 operated in the 10.5
  150.      to 12.5 micrometer region and sensed emitted thermal radiance for
  151.      derivation of equivalent black body temperature of the sea
  152.      surface. Channel 6 failed within the first year of the mission,
  153.      though, and so was not used in the global processing effort.
  154.  
  155.      The following lists the primary purpose of each CZCS channel.
  156.  
  157.           433-453 nm (blue) -- chlorophyll absorption
  158.           510-530 nm (green) -- chlorophyll concentration
  159.           540-560 nm (yellow) -- Gelbstoffe concentration
  160.           660-680 nm (red) -- aerosol absorption
  161.           700-800 nm (far red) -- land and cloud detection
  162.  
  163.      CZCS was a cross-track scanning system. The Instrument Field of
  164.      View (IFOV) of each detector was .865 mrad, yielding a resolution
  165.      of 825 m at the satellite subpoint. The swath covered 1566 km in
  166.      width from a maximum scan angle of approximately 40 degrees. Data
  167.      were then transmitted to a receiving station at a rate of 800
  168.      kbps.
  169.  
  170.      Due to the power demands of the various onboard experiments, the
  171.      CZCS sensor was operated on an intermittent schedule. In 1981 it
  172.      was determined that the sensitivity of the other CZCS channels was
  173.      degrading with time; in particular channel 4. Sensitivity
  174.      degradation was persistent and increased during the rest of the
  175.      mission. In mid- 1984, Nimbus-7 mission personnel experienced
  176.      turn-on problems with the CZCS system, which were related to power
  177.      supply problems. Spontaneous shut down of the CZCS system began
  178.      occurring as well and persisted for the rest of the mission. From
  179.      March 9, 1986, to June 1986 the CZCS system was given highest
  180.      priority for the collection of a contemporaneous data set of ocean
  181.      color. It was turned off in June 1986.
  182.  
  183.      A detailed description of the CZCS instrument and the Nimbus-7
  184.      satellite is available on the Goddard Space Flight Center
  185.      Worldwide Web site.
  186.  
  187. The Files
  188.  
  189.      Format
  190.  
  191.         * File Size: 259200 bytes, 64800 data values
  192.         * Data Format: IEEE floating point notation
  193.         * Headers, trailers and delimiters: none
  194.         * Land, water, or ice mask: land and ice (-999.9)
  195.         * Fill value: -99.
  196.         * Image orientation: North to South
  197.                Start position: (179.5W, 89.5N)
  198.                End position: (179.5E, 89.5S)
  199.  
  200.      Name and Directory Information
  201.  
  202.      Naming Convention:
  203.  
  204.      The file naming convention for the CZCS data files is
  205.  
  206.           czcs.chlrcn.1nmego.[yymm].ddd (monthly composite)
  207.           czcs.chlrcn.1ncego.[mm].ddd (monthly climate)
  208.           czcs.chlrcn.1nxego.ddd (data set climate)
  209.  
  210.      where:
  211.  
  212.           czcs = data product designator (CZCS)
  213.           chlrcn = parameter name (chlorophyll concentration)
  214.           1 = number of levels
  215.           n = vertical coordinate, n = not applicable
  216.           m or c = temporal period, m = monthly c = climatology
  217.           e = horizontal grid resolution, e = 1 x 1 degree
  218.           go = spatial coverage, g0 = global ocean
  219.           yy = year
  220.           mm = month
  221.           ddd = file type designation (bin=binary, ctl=GrADS control
  222.           file)
  223.  
  224.      Directory Path
  225.  
  226.           /data/inter_disc/biosphere/czcs_color/yyyy
  227.           /data/inter_disc/biosphere/czcs_color/climate
  228.  
  229.      where yyyy is the year.
  230.  
  231.      Companion Software
  232.      Several software packages have been made available on the CIDC
  233.      CD-ROM set. The Grid Analysis and Display System (GrADS) is an
  234.      interactive desktop tool that is currently in use worldwide for
  235.      the analysis and display of earth science data. GrADS meta-data
  236.      files (.ctl) have been supplied for each of the data sets. A GrADS
  237.      gui interface has been created for use with the CIDC data. See the
  238.      GrADS document for information on how to use the gui interface.
  239.  
  240.      Decompression software for PC and Macintosh platforms have been
  241.      supplied for datasets which are compressed on the CIDC CD-ROM set.
  242.      For additional information on the decompression software see the
  243.      aareadme file in the directory:
  244.  
  245.           software/decompression/
  246.  
  247.      Sample programs in FORTRAN, C and IDL languages have also been
  248.      made available to read these data. You may also acquire this
  249.      software by accessing the software/read_cidc_sftwr directory on
  250.      each of the CIDC CD-ROMs
  251.  
  252. The Science
  253.  
  254.      Theoretical Basis of Data
  255.      The theory of measurement behind remote sensing of oceanic
  256.      chlorophyll is based on the fact that the content of water, be it
  257.      organic or inorganic particulate matter or dissolved substances,
  258.      affects its color. Ocean water, containing very little particulate
  259.      matter, scatters light as a Rayleigh scatterer with the well known
  260.      deep purple or bluish color of the ocean. As particulate matter is
  261.      added to the water, the scattering characteristics are changed and
  262.      the color is changed. Photosynthetic pigments as found in
  263.      phytoplankton (e.g., chlorophyll-a) preferentially absorb higher
  264.      energy blue light but reflect green light through scattering
  265.      processes similar to those that result in the "greenness" of land
  266.      vegetation. Thus, as the concentration of phytoplankton increases,
  267.      ocean color shifts from blue to green. However, some
  268.      phytoplankton, such as the various red tide organisms, can change
  269.      the water to colors such as red, yellow, blue-green, or mahogany.
  270.      Inorganic particulate matter in water, such as that originating
  271.      from river discharge, has a different color from organic material,
  272.      typically brownish in color but sometimes varying with red. By
  273.      sensing the color with very high signal-to-noise ratios, the CZCS
  274.      measurements provide a mechanism for analyzing that color for the
  275.      content of the water.
  276.  
  277.      The relationship between chlorophyll content of the ocean and the
  278.      measured CZCS radiances in the blue and green portion of the
  279.      visible electromagnetic spectrum is described further in Ocean
  280.      Color from Space
  281.  
  282.      Processing Sequence and Algorithms
  283.      The algorithm used for estimating the chlorophyll content of the
  284.      ocean from CZCS measurements involves the use of radiance ratios
  285.      as described in Gordon et al. (1980) and Gordon et al. (1983).
  286.  
  287.      The general form of the equation is
  288.  
  289.           log(C) = a + b*log[Lw(1)/Lw(2)]
  290.  
  291.      where
  292.           C is the chlorophyll concentration (mg/m^3)
  293.           a,b are regression coefficients
  294.           Lw(1),Lw(2) are the atmospherically corrected radiances for a
  295.           pair of CZCS channels
  296.  
  297.      For CZCS chlorophyll processing, these channel pairs are taken to
  298.      be
  299.  
  300.           (443, 550 nm), for C < 1.5 mg/m^3
  301.           (520, 550 nm), for C > 1.5 mg/m^3
  302.  
  303.      The regression coefficients are different for the two wavelength
  304.      pairs. They are also somewhat dependent on the type of
  305.      phytoplankton present as well as the amount of suspended
  306.      particulates (Viollier and Sturm 1984).
  307.  
  308.      The atmospherically corrected radiances represent the energy
  309.      exiting at the ocean-atmosphere interface after penetrating the
  310.      surface and being reflected back by inorganic and organic matter
  311.      in subsurface layers. These so-called "water-leaving radiances"
  312.      are the radiances the satellite would have observed in the absence
  313.      of an overlying atmosphere.
  314.  
  315.      Thus, the fundamental quantity of interest, Lw, which contains
  316.      information on the chlorophyll content of the ocean, can be
  317.      expressed as
  318.  
  319.           Lw(i)=L(i)-La(i)=L(i)-Lr(i)-Lp(i)
  320.  
  321.      where
  322.  
  323.           L(i) is the satellite-measured backscattered radiance at
  324.           wavelength i
  325.           La(i) is the atmospheric contribution to the radiance at
  326.           wavelength i
  327.           Lr(i) is the molecular (Rayleigh) scattering contribution to
  328.           the radiance at wavelength i
  329.           Lp(i) is the atmospheric aerosol scattering contribution to
  330.           the radiance at wavelength i
  331.  
  332.      The molecular and aerosol scattering contributions also
  333.      incorporate the effect of ozone on the radiances, since the CZCS
  334.      channels are located in that part of the visible spectrum
  335.      containing the weak Chappuis ozone absorption band. Ozone data
  336.      derived from the Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) aboard
  337.      the same satellite is used for this purpose. The atmospheric
  338.      contribution to the satellite- observed radiances is on the order
  339.      of 80% to 90% of the signal. Thus an accurate means of determining
  340.      this contribution is required to extract meaningful information on
  341.      ocean composition from the observed radiances. The procedure for
  342.      performing the atmospheric correction of CZCS radiances can be
  343.      found in more detail in Williams et al. (1985).
  344.  
  345.      Once the chlorophyll estimates have been derived from individual
  346.      CZCS measurements, the resultant data are then binned to a fixed,
  347.      linear latitude-longitude array of dimension 1024 lines by 2048
  348.      pixels, corresponding to a spatial resolution of about 18 km at
  349.      the equator. All of the individual chlorophyll values falling
  350.      within each pixel area are averaged together over four time
  351.      scales: daily, 5-day, monthly, and annually. As part of the
  352.      averaging process, the input values are first screened for cloud
  353.      and land contamination, the presence of Sun glint, abnormal values
  354.      of water-leaving radiances, and low solar angle, among others.
  355.      After averaging, the composite chlorophyll concentrations are
  356.      converted to 8-bit values using appropriate scale and offset
  357.      coefficients. Because of the poor and highly variable temporal and
  358.      spatial sampling the level 3 CZCS averages are generally referred
  359.      here to as composites instead of averages. The resulting Level 3
  360.      Composite data product is one of the official CZCS archive
  361.      products located in the Goddard DAAC, and is the data set from
  362.      which the monthly 1 degree x 1 degree chlorophyll product is
  363.      derived.
  364.  
  365.      A more detailed description of the CZCS data processing system is
  366.      described in the appropriate sections of Satellite Ocean Color
  367.      background document.
  368.  
  369.      The following steps were performed by the Goddard DAAC on the
  370.      original Level 3 Monthly Composite data to create this data set.
  371.      For each month and each 1 degree x 1 degree latitude-longitude
  372.      grid box
  373.  
  374.        1. All scaled (8-bit) chlorophyll values in the 2048 x 1024
  375.           input array located within a circular area circumscribing the
  376.           given grid box were arithmetically averaged together to
  377.           produce the composite value of scaled chlorophyll for that
  378.           grid box.
  379.        2. All resulting composite values in the 360 x 180 monthly array
  380.           were then converted from their byte values (1 to 245) to the
  381.           corresponding floating point chlorophyll values using the
  382.           following transformation equation:
  383.                Log(chlorophyll) = .012*(byte value) - 1.4
  384.        3. Pixel values of 0 (no data) were set to -99.
  385.        4. Pixel values of 246-251 were not used in the original file.
  386.        5. Pixel values of 253 (land), 254 (ice), and 255 (continental
  387.           outline) were all set to -999.9.
  388.        6. The resulting remapped chlorophyll data (with embedded
  389.           land/ice mask) were output to a flat IEEE binary file.
  390.        7. Twelve monthly climatology (each month is a composite of the
  391.           entire temporal for that month) files were derived from the
  392.           monthly composite chlorophyll data.
  393.        8. One composite climatology file (over temporal coverage of
  394.           data set) was produced from the twelve monthly climatology
  395.           files.
  396.  
  397.      Scientific Potential of Data
  398.      CZCS data provide the only source of global measurements related
  399.      to ocean biological productivity and its regional and temporal
  400.      variability over both short- and long-time scales. It is an
  401.      important source of information for a wide range of studies
  402.      pertinent not only to ocean biology but also to physical
  403.      oceanography and atmosphere and ocean interactions. Some
  404.      applications of the data include
  405.  
  406.         * studies of phytoplankton dynamics (e.g., phytoplankton
  407.           blooms) as a function of nutrient availability and the
  408.           seasonal variation of solar energy required for
  409.           photosynthesis (Brock et al. 1992, Wroblewski et al. 1988)
  410.  
  411.         * correlation studies relating the enhancement or suppression
  412.           of primary production to localized, transient phenomena such
  413.           as coastal upwelling or large-scale cyclic phenomena such as
  414.           El Niño (McClain et al. 1984, Feldman et al. 1984)
  415.  
  416.         * use of the imagery to locate fronts, eddies coastal currents,
  417.           and other circulation features (Deuser et al. 1988)
  418.  
  419.         * understanding of the role of marine biomass in the global
  420.           carbon cycle and how it may relate to environmental change
  421.           and influence global climate (Moore and Bolin 1986, Sundquist
  422.           and Broecker (eds) 1985)
  423.  
  424.      In addition, the phytoplankton population as measured by
  425.      corresponding oceanic chlorophyll content can act as a natural
  426.      tracer for the presence of pollutants that suppress plant growth,
  427.      or for subtle changes in the environment (e.g., sea surface
  428.      temperature or salinity) that may affect phytoplankton growth.
  429.  
  430.      Validation of Data
  431.      Not available at this revision.
  432.  
  433. Contacts
  434.  
  435.      Points of Contact
  436.      For information about or assistance in using any DAAC data,
  437.      contact
  438.  
  439.           EOS Distributed Active Archive Center (DAAC)
  440.           Code 902.2
  441.           NASA Goddard Space Flight Center
  442.           Greenbelt, Maryland 20771
  443.           Internet: daacuso@daac.gsfc.nasa.gov
  444.           301-614-5224 (voice)
  445.           301-614-5268 (fax)
  446.  
  447. References
  448.  
  449.      Brock, J.C., and C.R. McClain. 1992. Interannual variability in
  450.      phytoplankton blooms observed in the northwestern Arabian Sea
  451.      during the southwest Monsoon. J. Geophys. Res., 97(C1):733- 750.
  452.  
  453.      Deuser, W.G., F.E. Muller-Karger, and C. Hemleben. 1988. Temporal
  454.      variations of particle fluxes in the deep subtropical and tropical
  455.      North Atlantic: Eulerian versus LaGrangian effects. J. Geophys.
  456.      Res., 93(C6):6857-6862.
  457.  
  458.      Feldman, G., D. Clark, and D. Halpern. 1984. Satellite color
  459.      observations of the phytoplankton distribution in the eastern
  460.      equatorial Pacific during the 1982-1983 El Niño . Science,
  461.      226(4678):1069-1071.
  462.  
  463.      Gordon, H.R., D.K. Clark, J.L. Muller, and W.A. Hovis. 1980.
  464.      Phytoplankton pigments from the Nimbus-7 coastal zone color
  465.      scanner: Comparisons with surface measurements. Science,
  466.      210:63-66.
  467.  
  468.      Gordon, H.R., D.K. Clark, J.W. Brown, O.B. Brown, R.H. Evans, and
  469.      W.W. Broenkow. 1983. Phytoplankton pigment concentrations in the
  470.      Middle Atlantic Bight: Comparison of ship determinations and CZCS
  471.      estimates. Appl. Opt., 22(1):20-36.
  472.  
  473.      McClain, C.R., L.J. Pietrafesa, J.A. Yoder. 1984. Observations of
  474.      Gulf stream-induced and wind-driven upwelling in the Georgia Bight
  475.      using ocean color and infra-red imagery. J. Geophys. Res.,
  476.      89:3705-3723.
  477.  
  478.      Moore, B., and B. Bolin. 1986. The oceans, carbon dioxide, and
  479.      global climate change. Oceanus, 29(4):9-15.
  480.  
  481.      Sundquist, E.T., and W.S. Broecker (eds). 1985. The Carbon Cycle
  482.      and Atmospheric CO2 Natural Variations Archean to Present,
  483.      American Geophysical Union, Washington, DC, 627 pp.
  484.  
  485.      Viollier, M., and B. Sturm. 1984. CZCS data analysis in turbid
  486.      coastal water. J. Geophys. Res., 89:4977-4985.
  487.  
  488.      Williams, S.P., E.F. Szajna, and W.A. Hovis. 1985. Nimbus-7
  489.      Coastal Zone Color Scanner (CZCS) Level 2 Data Product User's
  490.      Guide, NASA Tech. Mem. 86202, Washington, DC.
  491.  
  492.      Wroblewski, J.S., J.L. Sarmiento, and G.R. Flierl. 1988. An ocean
  493.      basin scale model of plankton dynamics in the North Atlantic 1.
  494.      Solutions for the climatological oceanographic conditions in May.
  495.      Global Biogeochem. Cycles, 2(3):199-218.
  496.  
  497.   ------------------------------------------------------------------------
  498.  
  499.                  [NASA] [GSFC]  [Goddard DAAC] [cidc site]
  500.  
  501.                   NASA  Goddard      GDAAC        CIDC
  502.  
  503. Last update:Fri Aug 22 18:12:39 EDT 1997
  504. Page Author: Page Author: George Serafino -- serafino@daac.gsfc.nasa.gov
  505. Web Curator: Daniel Ziskin -- ziskin@daac.gsfc.nasa.gov
  506. NASA official: Paul Chan, DAAC Manager -- chan@daac.gsfc.nasa.gov
  507.