Global Distribution of Planetary Boundary Layer Height Derived from CALIPSO

Abstract:

The global distribution of planetary boundary layer (PBL) height, which was estimated from the attenuated back-scatter observations of Cloud–Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO), is presented. In general, the PBL is capped by a temperature inversion that tends to trap moisture and aerosols. The gradient of back-scatter observed by lidar is almost always associated with this temperature inversion and the simultaneous decrease of moisture content. Thus, the PBL top is defined as the location of the maximum aerosol scattering gradient, which is analogous to the more conventional thermodynamic definition. The maximum standard deviation method, developed by Jordan et al. (2010), is modified and used to derive the global PBL heights. The derived PBL heights are not only consistent with the results of McGrath-Spangler and Denning (2012) but also agree well with the ground-based lidar measurements. It is found that the correlation between CALIPSO and the ground-based lidar was 0.73. The seasonal mean patterns from 4-year mid-day PBL heights over global are demonstrated. Also it is found that the largest PBL heights occur over the Tibetan Plateau and the coastal areas. The smallest PBL heights appear in the Tarim Basin and the northeast of China during the local winter. The comparison of PBL heights from CALIPSO and ECMWF under different land-cover conditions showed that, over ocean and forest surface, the PBL height estimated from the CALIPSO back-scatter climatology is larger than the ones estimated from ECMWF data. However, the PBL heights from ECMWF, over grass land and bare land surface in spring and summer are larger than the ones from CALIPSO.