Vol. 32, issue 04, article # 1

Chesnokova T.Yu., Makarova M.V., Chentsov A.V., Voronina Yu.V., Zakharov V.I., Rokotyan N.V., LANGEROCK B. Retrieval of carbon monoxide content in the atmosphere from high resolution atmospheric spectra. // Optika Atmosfery i Okeana. 2019. V. 32. No. 04. P. 257–265 [in Russian].
Copy the reference to clipboard
Abstract:

Carbon monoxide CO is a marker of the atmosphere pollution caused by fires and combustion engines emission. The regular monitoring of the CO content in the atmosphere is needed to control the air quality. In the work, the results of CO atmospheric total content retrievals from the solar spectra recorded by Fourier spectrometers placed in Saint Petersburg (59.88N, 29.83E) and Kourovka (57.038N, 59.545E) stations, are presented. The impact of the difference in CO absorption line parameters in modern spectroscopic data bases on accuracy of the CO atmospheric content retrieval from the high resolution spectra is estimated.

Keywords:

carbon monoxide, atmospheric transmission, spectroscopic databases

References:

   1. Van Leeuwen T.T., van der Werf G.R. Spatial and temporal variability in the ratio of trace gases emitted from biomass burning // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 8. P. 3611–3629. DOI: 10.5194/acp-11-3611-2011.
   2. Jiang Z., Worden J.R., Worden H., Deeter M., Jones D.B.A., Arellano A.F., Henze D.K. A 15-year record of CO emissions constrained by MOPITT CO observations // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 7, N 17. P. 4565–4583. DOI: 10.5194/acp-17-4565-2017.
   3. Yurganov L.N., Rakitin V., Dzhola A., August T., Fokeeva E., George M., Gorchakov G., Grechko E., Hannon S., Karpov A., Ott L., Semutnikova E., Shumsky R., Strow L. Satellite- and ground-based CO total column observations over 2010 Russian fires: Accuracy of top-down estimates based on thermal IR satellite data // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 15, N 11. P. 7925–7942. DOI: 10.5194/acp-11-7925-2011.
   4. Fu D., Bowman K.W., Worden H.M., Natraj V., Worden J.R., Yu S., Veefkind P., Aben I., Landgraf J., Strow L., Han Y. High-resolution tropospheric carbon monoxide profiles retrieved from CrIS and TROPOMI // Atmos. Meas. Tech. 2016. V. 9, N 6. P. 2567–2579. DOI: 10.5194/acp-11-7925-2011.
   5. Buchholz R.R., Deeter M.N., Worden H.M., Gille J., Edwards D.P., Hannigan J.W., Jones N.B., Paton-Walsh C., Griffith D.W.T., Smale D., Robinson J., Strong K., Conway S., Sussmann R., Hase F., Blumenstock T., Mahieu E., Langerock B. Validation of MOPITT carbon monoxide using ground-based Fourier transform infrared spectrometer data from NDACC // Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10, N 5. P. 1927–1956. DOI: 10.5194/amt-9-2567-2016.
   6. Chesnokova T.Y., Chentsov A.V., Rokotyan N.V., Zakharov V.I. Impact of difference in absorption line parameters in spectroscopic databases on CO2 and CH4 atmospheric content retrievals // J. Mol. Spectrosc. 2016. V. 327. P. 171–179. DOI: 10.1016/j.jms.2016.07.001.
   7. Chesnokova T.Yu., Chentsov A.V., Rokotyan N.V., Zakharov V.I. Opredelenie soderzhaniya parnikovyh gazov iz atmosfernyh spektrov solnechnogo izlucheniya s ispol'zovaniem razlichnyh spektroskopicheskih dannyh po liniyam pogloshcheniya // Optika atmosf. i okeana. 2015. V. 28, N 5. P. 489–495; Chesnokovа Т.Yu., Chentsov А.V., Rоkotyan N.V., Zakharov V.I. Retrieval of content of greenhouse gases from atmospheric spectra of solar radiation with the use of different spectroscopic data on absorption lines // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 5. P. 469–475.
   8. Rothman L.S., Gordon I.E., Barbe A., Benner D.C., Bernath P.F., Birk M., Boudon V., Brown L.R., Campargue A., Champion J.-P., Chance K., Coudert L.H., Dana V., Devi V.M., Fally S., Flaud J.-M., Gamache R.R., Goldman A., Jacquemart D., Kleiner I., Lacome N., Lafferty W.J., Mandin J.-Y., Massie S.T., Mikhailenko S.N., Miller C.E., Moazzen-Ahmadi N., Naumenko O.V., Nikitin A.V., Orphal J., Perevalov V.I., Perrin A., Predoi-Cross A., Rinsland C.P., Rotger M., Šimečková M., Smith M.A.H., Sung K., Tashkun S.A., Tennyson J., Toth R.A., Vandaele A.C., Auwera J. Vander. The HITRAN2008 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2009. V. 110, N 9–10. P. 533–572. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2009.02.013.
   9. Rothman L.S., Gordon I.E., Babikov Y., Barbe A., Chris Benner D., Bernath P.F., Birk M., Bizzocchi L., Boudon V., Brown L.R., Campargue A., Chance K., Cohen E.A., Coudert L.H., Devi V.M., Drouin B.J., Fayt A., Flaud J.-M., Gamache R.R., Harrison J.J., Hartmann J.-M., Hill C., Hodges J.T., Jacquemart D., Jolly A., Lamouroux J., Roy R.J. Le, Li G., Long D.A., Lyulin O.M., Mackie C.J., Massie S.T., Mikhailenko S., Müller H.S.P., Naumenko O.V, Nikitin A.V, Orphal J., Perevalov V., Perrin A., Polovtseva E.R., Richard C., Smith M.A.H., Starikova E., Sung K., Tashkun S., Tennyson J., Toon G.C., Tyuterev V.G., Wagner G. The HITRAN2012 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 130. P. 4–50. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2013.07.002.
10. Gordon I.E., Rothman L.S., Hill C., Kochanov R.V., Tan Y., Bernath P.F., Birk M., Boudon V., Campargue A., Chance K.V., Drouin B.J., Flaud J.-M., Gamache R.R., Hodges J.T., Jacquemart D., Perevalov V.I., Perrin A., Shine K.P., Smith M.-A.H., Tennyson J., Toon G.C., Tran H., Tyuterev V.G., Barbe A., Császár A.G., Devi V.M., Furtenbacher T., Harrison J.J., Hartmann J.-M., Jolly A., Johnson T.J., Karman T., Kleiner I., Kyuberis A.A., Loos J., Lyulin O.M., Massie S.T., Mikhailenko S.N., Moazzen-Ahmadi N., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Nikitin A.V., Polyansky O.L., Rey M., Rotger M., Sharpe S.W., Sung K., Starikova E., Tashkun S.A., Auwera J. Vander, Wagner G., Wilzewski J., Wcisło P., Yu S., Zak E.J. The HITRAN2016 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2017. V. 203. P. 3–69. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2017.06.038.
11. Jacquinet-Husson N., Crepeau L., Armante R., Boutammine C., Chédin A., Scott N.A., Crevoisier C., Capelle V., Boone C., Poulet-Crovisier N., Barbe A., Campargue A., Chris Benner D., Benilan Y., Bézard B., Boudon V., Brown L.R., Coudert L.H., Coustenis A., Dana V., Devi V.M., Fally S., Fayt A., Flaud J.M., Goldman A., Herman M., Harris G.J., Jacquemart D., Jolly A., Kleiner I., Kleinböhl A., Kwabia-Tchana F., Lavrentieva N., Lacome N., Xu L.H., Lyulin O.M., Mandin J.Y., Maki A., Mikhailenko S., Miller C.E., Mishina T., Moazzen-Ahmadi N., Müller H.S.P., Nikitin A., Orphal J., Perevalov V., Perrin A., Petkie D.T., Predoi-Cross A., Rinsland C.P., Remedios J.J., Rotger M., Smith M.A.H., Sung K., Tashkun S., Tennyson J., Toth R.A., Vandaele A.C., Auwera J. Vander. The 2009 edition of the GEISA spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2011. V. 112, N 15. P. 2395–2445. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2011.06.004.
12. Jacquinet-Husson N., Armante R., Scott N.A., Chédin A., Crépeau L., Boutammine C., Bouhdaoui A., Crevoisier C., Capelle V., Boonne C., Poulet-Crovisier N., Barbe A., Chris Benner D., Boudon V., Brown L.R., Buldyreva J., Campargue A., Coudert L.H., Devi V.M., Down M.J., Drouin B.J., Fayt A., Fittschen C., Flaud J.-M., Gamache R.R., Harrison J.J., Hill C., Hodnebrog O., Hu S.-M., Jacquemart D., Jolly A., Jiménez E., Lavrentieva N.N., Liu A.-W., Lodi L., Lyulin O.M., Massie S.T., Mikhailenko S., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Nikitin A., Nielsen C.J., Orphal J., Perevalov V.I., Perrin A., Polovtseva E., Predoi-Cross A., Rotger M., Ruth A.A., Yu S.S., Sung K., Tashkun S.A., Tennyson J., Tyuterev V.G., Auwera J. Vander, Voronin B.A., Makie A. The 2015 edition of the GEISA spectroscopic database // J. Mol. Spectrosc. 2016. V. 327. P. 31–72. DOI: 10.1016/j.jms.2016.06.007.
13. Atm12 and atm16 – the compilations from Geoffrey Toon (JPL) [Electronic resource]. URL: http://mark4sun.jpl.nasa.gov/toon/linelist/linelist.html (last access: 5.09.2018).
14. Network for the Detection of Atmospheric Composition Change (NDACC) [Electronic resource]. URL: http://www.ndsc.ncep.noaa.gov (last access: 19.05.2016).
15. Li G., Gordon I.E., Rothman L.S., Tan Y., Hu S.-M., Kassi S., Campargue A., Medvedev E.S. Rovibrational line lists for nine isotopologues of the co molecule in the X1å+ ground electronic state // Astrophys. J. Suppl. Ser. 2015. V. 216, N 1. P. 15. DOI: 10.1088/0067-0049/216/1/15.
16. Pollock C.R., Petersen F.R., Jennings D.A., Wells J.S., Maki A.G. Absolute frequency measurements of the 2–0 band of CO at 2.3 mm; Calibration standard frequencies from high resolution color center laser spectroscopy // J. Mol. Spectrosc. 1983. N 99. P. 357–368. DOI: 10.1016/0022-2852(83)90320-X.
17. Mondelain D., Sala T., Kassi S., Romanini D., Marangoni M., Campargue A. Broadband and highly sensitive comb-assisted cavity ring down spectroscopy of CO near 1.57 mm with sub-MHz frequency accuracy // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2015. V. 154. P. 35–43. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2014.11.021.
18. Cygan A., Wójtewicz S., Kowzan G., Zaborowski M., Wcisło P., Nawrocki J., Krehlik P., Śliwczyński, Lipiński M., Masłowski P., Ciuryło R., Lisak D. Absolute molecular transition frequencies measured by three cavity-enhanced spectroscopy techniques // J. Chem. Phys. 2016. V. 144. P. 214202-1–11. DOI: 10.1063/1.4952651.
19. Tan Y., Wang J., Zhao X.Q., Liu A.W., Hu S.M. Cavity ring-down spectroscopy of the fifth overtone of CO // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2017. V. 187. P. 274–279. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2016.10.003.
20. Mitsel A.A., Ptashnik I.V., Firsov K.M., Fomin A.B. Efficient technique for line-by-line calculating the transmittance of the absorbing atmosphere // Atmos. Ocean. Opt. 1995. V. 8, N 10. P. 847–850.
21. Anderson G., Clough S., Kneizys F., Chetwynd J., Shettle E. AFGL Atmospheric Constituent Profiles (0–120 km), Air Force Geophysics Laboratory. AFGL-TR-86-0110 // Environ. Res. Paper. 1986. N 954. 25 p.
22. Timofeyev Y., Virolainen Y., Makarova M., Poberovsky A., Polyakov A., Ionov D., Osipov S., Imhasin H. Ground-based spectroscopic measurements of atmospheric gas composition near Saint Petersburg Russia // J. Mol. Spectrosc. 2016. V. 323. P. 2–14. DOI: 10.1016/j.jms.2015.12.007.
23. Poberovskij A.V. Nazemnye izmereniya IK-spektrov solnechnogo izlucheniya s vysokim spektral'nym razresheniem // Optika atmosf. i okeana. 2010. V. 23, N 1. P. 56–58; Pоberovskii А.V. High-resolution ground measurements of the IR spectra of solar radiation // Atmos. Ocean. Opt. 2010. V. 23, N 2. P. 161–164.
24. EU FP7 QA4ECV, grant agreement 607405, Task 3.5 Establish independent Atmosphere reference data sets. URL: httр://www.qa4ecv.eu/ (last access: 5.09.2018).
25. Hase F., Hannigan J.W., Coffey M.T., Goldman A., Hopfner M., Jones N.B., Rinsland C.P., Wood S.W. Intercomparison of retrieval codes used for the analysis of high-resolution groundbased FTIR measurements // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2004. V. 87. P. 25–52.
26. NOAA/ESRL Physical Sciences Division, “The NCEP/NCAR Reanalysis Project”. URL: www.esrl.noaa.gov/psd/data/reanalysis (last access: 5.09.2018).
27. Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler R., Collins W., Deaven D., Gandin L., Iredell M., Saha S., White G., Woollen J., Zhu Y., Leetmaa A., Reynolds B., Chelliah M., Ebisuzaki W., Higgins W., Janowiak J., Mo K.C., Ropelewski C., Wang J., Jenne R., Joseph D. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project // Bull. Amer. Meteorol. Soc. 1996. V. 77. P. 437–471.
28. URL: https://www2.acom.ucar.edu (last access: 5.09.2018).
29. Gribanov K., Jouzel J., Bastrikov V., Bonne J.-L., Breon F.-M., Butzin M., Cattani O., Masson-Delmotte V., Rokotyan N., Werner M., Zakharov V. Developing a western Siberia reference site for tropospheric water vapour isotopologue observations obtained by different techniques (in situ and remote sensing) // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14. P. 5943–5957. URL: https://doi.org/10.5194/acp-14-5943-2014.
30. Wunch D., Toon G.C., Blavier J.F.L., Washenfelder R.A., Notholt J., Connor B.J., Griffith D.W.T., Sherlock V., Wennberg P.O. The total carbon column observing network // Philos. Trans. R. Soc. A Math. Phys. Eng. Sci. 2011. V. 369, N 1943. P. 2087–2112. DOI: 10.1098/rsta.2010.0240.
 

Back