Earth Science Reference Handbook [ Missions: Aura ] 101

Earth Science Reference Handbook

[ Missions: Aura ]  107

OMI

Ozone Monitoring Instrument 

OMI Background 

OMI  is  an  advanced  hyperspec-

tral  imaging  spectrometer  with 

a  114º  field  of  view.  Its  nadir 

spatial  resolution  ranges  from  

13 km × 24 km to 13 km × 48 km 

for ozone profiles. It has a 2600–km 

viewing swath that runs perpendicu-

lar to the orbit track so that OMI’s 

swaths almost touch at the equator, 

enabling complete coverage of the 

sunlit portion of the atmosphere each day. OMI contains two spec-

trometers: one measures the UV in the wavelength range of 270–380 

nm, while the other measures the visible in the range of 350–500 

nm.  Both  spectrometers  have  a  bandpass  of  about  0.5  nm  with 

spectral sampling over the range 0.15–0.32 nm/pixel, depending on 

wavelength. OMI uses a charge–coupled device (CCD) solid–state 

detector array to provide extended spectral coverage for each pixel 

across the measurement swath.

 

OMI is Aura’s primary instrument for tracking global ozone 

change and continues the high–quality column–ozone record be-

gun in 1970 by the Nimbus–4 BUV. Because OMI has a broader 

wavelength  range  and  better  spectral  resolution  than  previous 

instruments, i.e., OMI’s horizontal resolution is about four times 

greater than that of TOMS, OMI can also measure column amounts 

of trace gases important to ozone chemistry and air quality. The 

data from OMI can be used to map aerosols and estimate ultraviolet 

radiation reaching Earth’s surface.

 

OMI was built by Dutch Space and TNO TPD in the Neth-

erlands in co–operation with Finnish VTT and Patria Advanced 

Solutions Ltd. KNMI (Royal Netherlands Meteorological Institute) 

is  the  Principal  Investigator  Institute.  Overall  responsibility  for 

the OMI mission lies with the Netherlands Agency for Aerospace 

Programmes (NIVR), with the participation of the Finnish Meteo-

rological Institute (FMI). 

 

OMI Contributions to Science Questions

Is the Stratospheric Ozone Layer Recovering?

OMI continues the 25–year satellite ozone record of SBUV and 

TOMS, mapping global ozone change (column amounts and pro-

files); data returned is used to support congressionally mandated 

and international ozone assessments. OMI has a broader wavelength 

range and better spectral resolution than previous ozone measur-

ing instruments, and this should help scientists resolve differences 

among  satellite  and  ground–based  ozone  measurements.  OMI 

also measures the atmospheric column amounts of radicals such 

as  nitrogen  dioxide  (NO

2

),  bromine  oxide  (BrO),  and  chlorine 

dioxide (OClO).

Key OMI Facts

Heritage: Total Ozone Mapping 

Spectrometer (TOMS), Solar Backscatter 

Ultraviolet (SBUV), Global Ozone 

Monitoring Experiment (GOME), Scanning 

Imaging Absorption Spectrometer for 

Atmospheric Chartography (SCIAMACHY), 

Global Ozone Monitoring by Occultation of 

Stars (GOMOS)

Instrument Type: Wide–field imaging 

spectroradiometer

Scan Type: Non–scanning

Spectral Bands: 

Visible: 350–500 nm

UV–1: 270–314 nm

UV–2: 306–380 nm

Spectral Resolution: 0.63–0.42 nm full 

width at half maximum (FWHM)

Spectral Sampling: 2–3 for FWHM

Dimensions: 50 cm × 40 cm × 35 cm

Mass: 46.06 kg

Power: 56 W (operational average)

Duty Cycle: 60 minutes on daylight side

Data Rate: 0.77 Mbps (average)

Telescope FOV: 114

o

 (2600 km on ground)

IFOV: 3 km, binned to 13 km × 24 km

Detector: CCD, 780 × 576 (spectral × 

spatial) pixels

Pointing (arcsec)  

(platform+instrument, pitch:roll:yaw, 3σ):

Accuracy: 275:275:275

Knowledge: 28:28:28

Stability (6 s): 28:28:28

Calibration: A white–light source is 

included onboard, as well as Light–

Emitting Diodes (LEDs), a multi–surface 

solar–calibration diffuser, and a scrambler 

that scrambles the polarization from the 

back–scattered radiation.

Contributors

Industry Design and Assembly: Dutch 

Space (Netherlands), TNO (Netherlands), 

VTT (Finland), and Patria Advanced 

Solutions Ltd. (Finland)

Space Agencies and Funding: NIVR 

(Netherlands), with participation of FMI 

(Finland)

Responsible Centers: KNMI (Netherlands) 

and FMI (Finland)

---

Earth Science Reference Handbook

108  [ Missions: Aura ]

Key TES Facts

Heritage: Atmospheric Trace Molecule 

Spectroscopy experiment (ATMOS), 

Stratospheric CRyogenic Infrared 

Balloon Experiment (SCRIBE), Airborne 

Emission Spectrometer (AES)

Instrument Type: Infrared–Imaging 

Fourier Transform Spectrometer

Scan Type: Both limb and nadir 

scanning; fully targetable

Spectral Range: 3.2–15.4 µm, with four 

single–line arrays optimized for different 

spectral regions

Maximum Sampling Time: 16 s w/signal–

to–noise ratio of up to 200:1

Swath: 5.3 km × 8.5 km

Spatial Resolution: 0.53 km × 5.3 km

Dimensions:

Stowed: 140 cm × 130 cm × 135 cm

Deployed: 304 cm × 130 cm × 135 cm

Mass: 385 kg

Thermal Control: 2 pulse–tube coolers, 

heater, radiators

Thermal Operating Range: 0–30º C

Power: 334 W

Duty Cycle: Variable

Data Rate: 6.2 Mbps (peak); 4.9 Mbps 

(average)

FOV: +45º to –72º along–track, ±45º 

cross–track

Instrument IFOV: 12 × 7.5 mrad

Pointing Requirements 

(platform+instrument, 3σ):

Control: 156 arcsec (pitch)

Knowledge: 124 arcsec

Stability: 156 arcsec (over 50 s)

Calibration: On–board 340–K blackbody; 

cold space. 

Responsible Center: NASA JPL 

What are the Processes Controlling Air Quality?

Tropospheric ozone, nitrogen dioxide, sulfur dioxide, and aerosols 

are four of the U.S. Environmental Protection Agency’s six criteria 

pollutants. OMI maps tropospheric column totals of sulfur diox-

ide and aerosols. Scientists can take advantage of the synergistic 

nature of the Aura instruments and combine measurements from 

OMI, MLS, and HIRDLS, to produce maps of tropospheric ozone 

and nitrogen dioxide. In addition, OMI also measures the tropo-

spheric ozone precursor formaldehyde. Scientists plan to use OMI 

measurements of ozone and cloud cover to derive the amount of 

ultraviolet (UV) radiation reaching Earth’s surface. The National 

Weather Service will use OMI data to forecast high UV index days 

for public health awareness.

How is Earth’s Climate Changing?

OMI tracks ozone, dust, smoke, biomass burning, and industrial 

aerosols in the troposphere. OMI’s UV measurements allow sci-

entists to better distinguish reflecting and absorbing aerosols, an-

other important step forward in helping scientists more accurately 

represent aerosols in climate models. 

OMI Principal Investigators

Pieternel  Levelt,  Royal  Netherlands  Meteorological  Institute 

(KNMI) (Netherlands)

Johanna Tamminen, Finnish Meteorological Institute (Finland)

Ernest Hilsenrath, NASA Goddard Space Flight Center (U.S.)

OMI URL

www.knmi.nl/omi

TES

Tropospheric Emission Spectrometer

TES Background

TES  is  a  high–resolution  infrared–imaging  Fourier  Transform 

Spectrometer with spectral coverage of 3.2–15.4 µm at a spectral 

resolution of 0.025/cm. The instrument can provide information 

on essentially almost all radiatively active gases in Earth’s lower 

atmosphere, both night and day. TES makes both limb and nadir 

observations. In the limb mode, TES has a height resolution of 

2.3 km, with coverage from the surface to 34 km altitude. In the 

nadir mode, TES has a spatial resolution of 5.3 km × 8.5 km. The 

instrument can be pointed to any target within 45° of the local verti-

cal. TES uses the same cryogenic refrigeration system described 

under HIRDLS to allow for detection of weak infrared radiation 

from Earth’s atmosphere.

---