Том 31, номер 07, статья № 7

Антохина О. Ю., Антохин П. Н., Аршинова В. Г., Аршинов М. Ю., Белан Б. Д., Белан С. Б., Белов В. В., Гриднев Ю. В., Давыдов Д. К., Ивлев Г. А., Козлов А. В., Law K. S., Nedelec Ph., Paris J.-D.., Рассказчикова Т. М., Савкин Д. Е., Симоненков Д. В., Скляднева Т. К., Толмачев Г. Н., Фофонов А. В. Сравнение распределения концентраций газовых примесей воздуха, измеренных дистанционными и контактными средствами над Российским сектором Арктики. // Оптика атмосферы и океана. 2018. Т. 31. № 07. С. 542–550. DOI: 10.15372/AOO20180707.    PDF
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Сравниваются данные самолетного и спутникового зондирований на границе континент–океан в районе Карского моря, полученные в октябре 2014 г. Использовано 11 синхронно измеренных профилей над континентальной частью и 7 над океаном. Оказалось, что для СН4 и СО2 характерно завышение спутником концентраций в слое 0–8 км над континентальной частью Арктического региона и занижение над океаном. Завышение спутником концентрации метана над континентом составляет 28 млрд-1 в пограничном слое и резко возрастает в средней (182 млрд-1) и верхней (113 млрд-1) тропосфере. Занижение над океаном составляет в среднем 37 млрд-1 в пограничном слое, 73 и 71 млрд-1 – в средней и верхней тропосфере. Над континентом различие в концентрациях СО2, измеренных разными приборами, составляет в среднем в пограничном слое 18,2 млн-1 и может изменяться от 3,2 до 26,5 млн-1. В средней тропосфере (4 км) средние различие уменьшаются до 10,8 млн-1. При этом диапазон различий даже несколько увеличивается: 0,6–25,5 млн-1. В верхней тропосфере (8 км) средняя разница в показаниях обоих приборов уменьшается до 2,8 млн-1. Над океаном занижение по амплитуде оказывается больше. При этом для СО и О3 сопоставление дало приемлемые результаты.

Ключевые слова:

Арктика, атмосфера, воздух, вертикальное распределение, газы, дистанционное зондирование

Список литературы:

1. Shepherd T.G. Effects of a warming Arctic // Science. 2016. V. 353, N 6303. P. 989–990.
2. Johannessen O.M., Kuzmina S.I., Bobylev L.P., Miles M.W. Surface air temperature variability and trends in the Arctic: New amplification assessment and regionalisation // Tellus A. 2016. V. 68. P. 28234. URL: http://dx.doi.org/10.3402/tellusa.v68.28234.
3. Arnold S.R., Law K.S., Brock C.A., Thomas J.L., Starkweather S.M., Salzen K., Stohl A., Sharma S., Lund M.T., Flanner M.G., Petaja T., Tanimoto H., Gamble J., Dibb J.E., Melamed M., Johnson N., Fider M., Tynkkynen V.-P., Baklanov A., Eckhardt S., Monks S.A., Browse J., Bozem H. Arctic air pollution: Challenges and opportunities for the next decade // Elementa: Sci. Atmos. 2016. N 4. 16 p.
4. Evangeliou N., Balkanski Y., Hao W.M., Petkov A., Silverstein R.P., Corley R., Nordgren B.L., Urbanski S.P., Eckhardt S., Stohl A., Tunved P., Crepinsek S., Jefferson A., Sharma S., Njgaard J.K., Skov H. Wildfires in northern Eurasia affect the budget of black carbon in the Arctic – a 12-year retrospective synopsis (2002–2013) // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16, N 12. P. 7587–7604.
5. Нагурный А.П. Анализ данных измерений концетрации диоксида углерода в приледном слое атмосферы на ледовой дрейфующей станции «Северный Полюс-35» (2007–2008 гг.) // Метеорол. и гидрол. 2010, № 9. С. 55–61.
6. Нагурный А.П., Макштас А.П. Концентрация метана в пограничном слое атмосферы по данным измерений на дрейфующих ледовых станциях «Северный полюс-36» и «Северный полюс-39» // Метеорол. и гидрол. 2016. № 3. С. 63–71.
7. Пипко И.И., Пугач С.П., Семилетов И.П. Динамика СО2 на шельфе Восточно-Сибирского моря // Метеорол. и гидрол. 2010. № 9. С. 62–73.
8. Semiletov I.P., Shakhova N.E., Pipko I.I., Pugach S.P., Charkin A.N., Dudarev O.V., Kosmach D.A., Nishino S. Space-time dynamics of carbon and environmental parameters related to carbon dioxide emissions in the Buor-Khaya Bay and adjacebt part of Laptev Sea // Biogeosci. 2013. V. 10, N 9. P. 5977–5996.
9. Yu J., Xie Z., Sun L., Kang H., He P., Xing G. δ13C–CH4 reveals CH4 variations over oceans from mid-latitudes to the Arctic // Sci. Rep. 2015. V. 5, N 13760. 9 p.
10. Giamarelou M., Eleftheriadis K., Nyeki S., Torseth K., Biskos G. Indirect evidence of the composition of nucleation mode atmospheric particles in the high Arctic // J. Geophys. Res.: Atmos. 2016. V. 121, N 2. P. 965–975.
11. Myhre C.L., Ferre B., Platt M., Silyakova A., Hermansen O., Allen G., Pisso I., Schmidbauer N., Stohl A., Pitt J., Jansson P., Greinert J., Percival C., Fjae-raa A.M., O´Shea, Gallagher M., Breton M.L., Bo-wer K.N., Bauguitte S.J.B., Dalsoren S., Vadakkepuliyambatta S., Fisher R.E., Nisbet E.G., Lowry D., Myhre G., Pyle J.A., Cain M., Mienert J. Extensive release of methane from Arctic seabed west of Svalbard during summer 2014 // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43, N 9. P. 4624–4631.
12. Quennehen B., Schwarzenboeck A., Schmale J., Schneider J., Sodemann H., Stohl A., Ancellet G., Crumeyrolle S., Law K.S. Physical properties of pollution aerosol particles transported from North America to Greenland as measured during the POLARCAT summer campaign // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 21. P. 10947–10963.
13. Groot Zwaaftink C.D., Grythe H., Skov H., Stohl A. Substantial contribution of northern high-latitude sources to mineral dust in the Arctic // J. Geophys. Res.: Atmos. 2016. V. 121, N 23. P. 13678–13697.
14. Burrows J.P., Martin R. Satellite observations of tropospheric trace gases and aerosols. Introduction // IGAC Newslett. 2007. N 35. P. 2–7.
15. Tollefson J. Carbon-sensing satellite system faces high hurdles // Nature (Gr. Brit.). 2016. V. 533, N 7604. P. 446–447.
16. Popkin G. Commercial space sensors go high-tech // Nature (Gr. Brit.). 2017. V. 545, N 7655. P. 397–398.
17. Costantino L., Cuesta J., Emili E., Coman A., Foret G., Dufour G., Eremenko M., Chailleux Y., Beekmann M., Flaud J.-M. Potential of multispectral synergism for observing ozone pollution by combining IASI-NG and UVNS measurements from the EPS-SG satellite // Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10, N 4. P. 1281–1298.
18. Dupont R., Pierce B., Worden J., Hair J., Fenn M., Hamer P., Natarajan M., Schaack T., Lenzen A., Apel E., Dibb J., Diskin G., Huey G., Weinheimer A., Kondo Y., Knapp D. Attribution and evolution of ozone from Asian wild fires using satellite and aircraft measurements during the ARCTAS campaign // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12, N 1. P. 169–188.
19. Tanaka T., Miyamoto Y., Morino I., Machida T., Nagahama T., Sawa Y., Matsueda H., Wunch D., Kawakami S., Uchino O. Aircraft measurements of carbon dioxide and methane for the calibration of ground-based high-resolution Fourier Transform // Atmos. Meas. Tech. 2012. V. 5, N 8. P. 2003–2012.
20. Inoue M., Morino I., Uchino O., Miyamoto Y., Saeki T., Yoshida Y., Yokota T., Sweeney C., Tans P.P., Bi-raud S.C., Machida T., Pittman J.V., Kort E.A., Tanaka T., Kawakami S., Sawa Y., Tsuboi K., Matsueda H. Validation of XCH4 derived from SWIR spectra of GOSAT // Atmos. Meas. Tech. 2014. V. 7, N 9. P. 2987–3005.
21. De Laat A.T.J., Aben I., Deeter M., Nedelec P., Eskes H., Attie J.-L., Ricaud P., Abida R., Amraoui L.E., Landgraf J. Validation of nine years of MOPITT V5 NIR using MOZAIC/IAGOS measurements: Biases and long-term stability // Atmos. Meas. Tech. 2014. V. 7, N 11. P. 3783–3799.
22. Marey H.S., Hashisho Z., Fu L., Gille J. Spatial and temporal variation in CO over Alberta using measurements from satellites, aircraft, and ground stations // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15, N 7. P. 3893–3908.
23. Антохина О.Ю., Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Неделэк Ф., Париж Ж.-Д., Рассказчикова Т.М., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Вертикальное распределение газовых и аэрозольных примесей воздуха над Российским сектором Арктики // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 12. С. 1043–1052; Antokhina O.Yu., Anto-khin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Belan S.B., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Nédélec Ph., Rasskazchikova T.M., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Vertical distributions of gaseous and aerosol admixtures in air over the Russian Arctic // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 3. P. 300–310.
24. August T., Klaer D., Schlussel P., Hultberg T., Crapeau M., Arriga A., Carroll A.O., Coppens D., Munro R., Calbet X. IASI on Metop-A: Operational Level 2 retrievals // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2012. V. 113, N 4. P. 1340–1371.
25. Crevoisier C., Ch´edin A., Matsueda H., Machida T., Armante R., Scott N.A. First year of upper tropospheric integrated content of CO2 from IASI hyperspectral infrared observations // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9, N 14. P. 4797–4810.
26. Crevoisier C., Clerbaux C., Guidard V., Phulpin T., Armante R., Barret B., Camy-Peyret C., Chaboureau J.-P., Coheur P.-F., Crepeau L., Dufour G., Labonnote L., Lavanant L., Hadji-Lazaro J., Herbin H. Towards IASI-New Generation (IASI-NG): Impact of improved spectral resolution and radiometric noise on the retrieval of thermodynamic, chemistry and climate variables // Atmos. Meas. Tech. 2014. V. 7, N 12. P. 4367–4385.
27. Аршинов М.Ю., Афонин С.В., Белан Б.Д., Белов В.В., Гриднев Ю.В., Давыдов Д.К., Мачида Т., Нэдэлек Ф., Париж Ж.-Д., Фофонов А.В. Сравнение спутниковых и самолетных измерений газового состава в тропосфере над югом Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 9. С. 773–782.
28. Аршинов М.Ю., Афонин С.В., Белан Б.Д., Белов В.В., Гриднев Ю.В., Давыдов Д.К., Нэдэлек Ф., Париж Ж.-Д., Фофонов А.В. Сравнение спутниковых и самолетных измерений газового состава в тропосфере над Сибирским регионом в период лесных пожаров 2012 года // Исслед. Земли из космоса. 2014. № 1. С. 72–84.
29. Crevoisier C., Nobileau D., Armante R., Crepeau L., Machida T., Sawa Y., Matsueda H., Schuck T., Thonat T., Pernin J., Scott N.A., Chedin A. The 2007–2011 evolution of tropical methane in the mid-troposphere as seen from spase by MetOp-A/IASI // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13, N 8. P. 4279–4289.
30. Xiong X., Barnet C., Maddy E.S., Cambacorta A., King T.S., Wofsy S.C. Mid-upper tropospheric methane retrieval from IASI and its validation // Atmos. Meas. Tech. 2013. V. 6, N 9. P. 2255–2265.
31. Юрганов Л.Н., Лейфер А. Оценки эмиссии метана от некоторых арктических и приарктических районов по данным орбитального интерферометра IASI // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13, № 3. С. 173–183.
32. Юрганов Л.Н., Лейфер А., Лунд Майр К. Сезонная и межгодовая изменчивость атмосферного метана над морями Северного Ледовитого океана по спутниковым данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13, № 2. С. 107–119.
33. Кухарский А.В., Успенский Ф.Б. Мониторинг содержания диоксида углерода в тропосфере над бореальными экосистемами Сибири // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т. 7, № 4. С. 204–210.
34. Кухарский А.В., Успенский Ф.Б. Определение средней концентрации диоксида углерода в тропосфере по данным спутникого ИК-зондировщика высокого спектрального разрешения // Метеорол. и гидрол. 2009. № 4. С. 15–28.
35. Успенский А.Б., Кухарский А.В., Романов С.В., Рублев А.Н. Мониторинг концентрации диоксида углерода и общего содержания метана в тропосфере над Сибирью по данным спутниковых ИК-зондировщиков AIRS, IASI // Исслед. Земли и космоса. 2011. № 1. С. 14–21.
36. Michalak A.M., Bruhwiler L.M.P., Tans P.P. A geostatistical approach to surface flux estimation of atmospheric trace gases // J. Geophys. Res. 2004. V. 109, iss. D14. P. D14109. DOI:10.1029/2003JD004422.
37. De Wachter E.D., Barret B., Flochmoen E.L., Pave-lin E., Matricardi M., Clerbaux C., Hadji-Lazaro J., George M., Hurtmans D., Coheur P.F., Nedelec P., Cammas J.P. Retrieval of MetOp-A/IASI CO profiles and vilidation with MOZAIC // Atmos. Meas. Tech. 2012. V. 5, N 11. P. 2843–2857.
38. Boynard A., Clerbaux C., Clarisse L., Safieddine S., Pommier M., Damme M.V., Bauduin S., Oudot C., Lazaro J.H. First simultaneous space measurements of atmospheric pollutants in the boundary // Geophys. Res. Lett. 2014. V. 41, N 2. P. 645–651.
39. Carcia O.E., Sepulveda E., Schneider M., Hase F., August T., Blumenstock T., Munro R., Comez-Pelaez A.J., Hultberg T., Redondas A., Barthlott S., Wiegele A., Gonzalez Y., Sanroma E. Consistency and quality assessment of the Metop-A/IASI and Metop-B/IASI operational trace gas products (O3, CO, N2O, CY4, and CO2) in the subtropical North Atlantic // Atmos. Meas. Tech. 2016. V. 9, N 5. P. 2315–2333.
40. Cuesta J., Eremenko M., Liu X., Dufour G., Cai Z., Horfner M., Clarmann T., Sellito P., Foret G., Gaubert B., Beekmann M., Orphal J., Chance K., Spurr R., Flaud J.-M. Satellite observation of lowermost tropospheric ozone by multispectral synergism of IASI thermal infrared and GOME-2 ultraviolet measurements over Europe // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13, N 13. P. 9675–9693.
41. Safieddine S., Clerbaux C., George M., Hadji-Lazaro J., Hurtmans D., Coheur P.-F., Wespes C., Loyola D., Valks P., Hao N. Tropospheric ozone and nitrogen dioxide measurements in urban and rural regions as seen by IASI and GOME-2 // J. Geophys. Res.: Atmos. 2013. V. 118, N 18. P. 10555–10566.
42. Oetjen H., Payne V.H., Kulawik S.S., Eldering A., Worden J., Edwards D.P., Francis G.L., Worden H.M., Clerbaux C., Lazaro J.H., Hurtmans D. Extending the satellite data record of tropospheric ozone profiles from Aura-TES to MetOp-IASI: Characterisation of optimal estimation retrievals // Atmos. Meas. Tech. 2014. V. 7, N 12. P. 4223–4236.
43. Smith N., Smith Sr. W.L., Weisz E., Revercomb H.E. AIRS, IASI, and CrIS retrieval records at climate scales: An investigation into the propagation of systematic uncertainty // J. Appl. Meteorol. Climatol. 2015. V. 54, N 7. P. 1465–1481.
44. Boynard A., Hurtmans D., Koukoli M.E., Goutail F., Bureau J., Safieddine S., Lerot C., Hadji-Lazaro J., Wespes C., Pommereau J.P., Pazmino A., Zyrichidou I., Balis D., Barbe A., Mikhailenko S.N., Loyo-la D., Valks P., Roozendael M.V., Coheur P.F., Clerbaux C. Seven years of IASI ozone retrievals from FORLI: Validation with independent total column and vertical profile measurements // Atmos. Meas. Tech. 2016. V. 9, N 9. P. 4327–4353.
45. Wespes C., Hurtmans D., Clerbaux C., Coheur P.-F. O3 variability in the troposphere as observed by IASI over 2008–2016: Contribution of atmospheric chemistry and dynamics // J. Geophys. Res.: Atmos. 2017. V. 122, N 4. P. 2429–2451.
46. Wespes C., Emmons L., Edwards D.P., Hannigan J., Hurtmans D., Saunois M., Coheur P.-F., Clerbaux C., Coffey M.T., Batchelor R.L., Lindenmaier R., Strong K., Weinheimer A.J., Nowak J.B., Ryerson T.B., Crounse J.D., Wennberg P.O. Analysis of ozone and nitric in spring and summer Arctic pollution using aircrat, ground-based, satellite observations and MOZART-4 model: Source attribution and partitioning // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12, N 1. P. 237–259.
47. Pommier M., Clerbaux C., Law K.S., Ancellet G., Ber-nath P., Coheur P.-F., Hadji-Lazaro J., Hurtmans D., Nedelec P., Ravett F., Ryerson T.B., Schlager H., Weinheimer A.J. Analysis of IASI tropospheric O3 data over the Arctic during POLARCAT campaigns in 2008 // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12, N 16. P. 7371–7389.
48. Gazeaux J., Clerbaux C., George M., Hadji-Lazaro J., Kuttippurath J., Coheur P.-F., Hurtmans D., Deshler T., Kovilakam M., Campbell P., Guidard V., Rabier F., Thepaut J.-N. Intercomparison of polar ozone profiles by IASI/MetOp sounder with 2010 Concordiasi ozonesonde observations // Atmos. Meas. Tech. 2013. V. 6, N 3. P. 613–620.
49. Аршинова В.Г., Белан Б.Д., Ивлев Г.А., Рассказчикова Т.М., Симоненков Д.В., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Комплексная оценка состояния воздушного бассейна Норильского промышленного района. Ч. 4. Вертикальная стратификация примесей // Оптика атмосф. и океана. 2006. Т. 19, № 10. С. 905–908.
50. Белан Б.Д., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Вертикальное распределение озона в тропосфере над югом Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 9. С. 777–783; Belan B.D., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Ozone vertical distribution in the troposphere over south regions of Western Siberia // Atmos. Ocean. Opt. 2011. V. 24, N 2. P. 181–187.
51. Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Недэлэк Ф., Paris J.-D., Рассказчикова Т.М., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Крупномасштабные исследования газового и аэрозольного состава воздуха над Сибирским регионом // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 3. С. 232–239.
52. Белан Б.Д. Озон в тропосфере. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2010. 488 с.