Том 35, номер 11, статья № 5

Виролайнен Я. А., Тимофеев Ю. М., Поберовский А. В., Поляков А. В. Анализ информативности наземного ИК спектроскопического метода определения вертикальной структуры содержания HNO3 в атмосфере. // Оптика атмосферы и океана. 2022. Т. 35. № 11. С. 906–911. DOI: 10.15372/AOO20221105.
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Азотная кислота играет важную роль в химии атмосферы, поэтому в настоящее время ее содержание активно измеряется различными методами и приборами. Наземный метод (измерения солнечного ИК-излучения Фурье-спектрометрами высокого спектрального разрешения Bruker Optics IFS 125HR) позволяет определять не только общее содержание HNO3, но и ее содержание в отдельных атмосферных слоях. Анализ рядов содержания HNO3 на станции NDACC St. Petersburg за 2009–2021 гг. показал, что в среднем в рассматриваемых спектроскопических измерениях содержится около трех независимых параметров, что позволяет получать информацию о содержании HNO3 в нескольких слоях атмосферы. Средняя случайная погрешность определения содержания HNO3 составляет 3,9; 14 и 1,6% для всей толщи атмосферы, тропосферы (ниже 15 км) и стратосферы (выше 15 км) соответственно. Таким образом, данный метод более чувствителен к изменениям стратосферного, чем тропосферного содержания HNO3. Поглощение солнечного излучения азотной кислотой в измеряемых спектрах перекрывается с поглощением водяным паром, поэтому информативность и точность измерений HNO3 максимальны в зимнее время и минимальны в летнее: зимой измерения проходят преимущественно при низком Солнце и низком влагосодержании в атмосфере, летом – наоборот.

Ключевые слова:

азотная кислота в атмосфере, информативность и точность измерений, вертикальное разрешение, дистанционная ИК-спектроскопия

Список литературы:

1. Solomon S. Stratospheric ozone depletion: A review of concepts and history // Rev. Geophys. 1999. V. 37, N 3. P. 275–316.
2. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2002. World Meteorological Organization Global Ozone Research and Monitoring Project. Rep. N 47. Geneva: WMO, UNEP, 2003. 485 p.
3. Smyshlyaev S.P., Galin V.Ya., Shaarijbuu G., Motsakov M.A. Modelirovanie izmenchivosti gazovyh i aerozol'nyh sostavlyayushchih v stratosfere polyarnyh rajonov // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2010. V. 46, N 3. P. 291–306.
4. NCAR. Atmospheric chemistry observation & modeling. URL: https://www2.acom.ucar.edu/irwg (last access: 3.07.2022).
5. Wood S.W., Batchelor R.L., Goldman A., Rinsland C.P., Connor B.J., Murcray F.J., Stephen T.M., Heuff D.N. Ground-based nitric acid measurements at Arrival heights, Antarctica, using solar and lunar Fourier transform infrared observations // J. Geophys. Res.: Atmos. 2004. V. 109. D18307.
6. Ronsmans G., Langerock B., Wespes C., Hannigan J.W., Hase F., Kerzenmacher T., Mahieu E., Schneider M., Smale D., Hurtmans D., De Mazière M., Clerbaux C., Coheur P.-F. First characterization and validation of FORLI-HNO3 vertical profiles retrieved from IASI/Metop // Atmos. Meas. Tech. 2016. V. 9, N 9. P. 4783–4801.
7. Nakajima H., Murata I., Nagahama Y., Akiyoshi H., Saeki K., Kinase T., Takeda M., Tomikawa Y., Dupuy E., Jones N.B. Chlorine partitioning near the polar vortex edge observed with ground-based FTIR and satellites at Syowa Station, Antarctica, in 2007 and 2011 // Atmos. Chem. Phys. 2020. V. 20, N 2. P. 1043–1074.
8. Виролайнен Я.А., Тимофеев Ю.М., Поляков А.В., Ионов Д.В., Кирнер О., Поберовский А.В., Имхасин Х. Сопоставление наземных измерений общего содержания О3, HNO3, HCl и NO2 c данными численного моделирования // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2016. V. 52, N 1. P. 64–73.
9. Виролайнен Я.А., Поляков А.В., Тимофеев Ю.М. Анализ изменчивости стратосферных газов по данным наземных спектроскопических наблюдений в районе Санкт-Петербурга // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2021. Т. 57, № 2. С. 163–174.
10. Rodgers C.D. Inverse Methods for Atmospheric Sounding: Theory and Practice. Singapore: World Scientific Publishing, 2000. 243 p.
11. Connor B.J., Sherlock V., Toon G., Wunch D., Wennber P.O. GFIT2: an experimental algorithm for vertical profile retrieval from near-IR spectra // Atmos. Meas. Tech. 2016. V. 9, N 8. P. 3513–3525.
12. Schneider M., Blumenstock T., Chipperfield M.T., Hase F., Kouker W., Reddmann T., Ruhnke R., Cuevas E., Fischer H. Subtropical trace gas profiles determined by ground-based FTIR spectroscopy at Izana (28° N, 16° W): Five-year record, error analysis, and comparison with 3-D CTMs // Atmos. Chem. Phys. 2005. V. 5, N 1. P. 153–167.
13. Senten C., De Mazière M., Vanhaelewyn G., Vigouroux C. Information operator approach applied to the retrieval of the vertical distribution of atmospheric constituents from ground-based high-resolution FTIR measurements // Atmos. Meas. Tech. 2012. V. 5, N 1. P. 161–180.
14. Vigouroux C., De Mazière M., Errera Q., Chabrillat S., Mahieu E., Duchatelet P., Wood S., Smale D., Mikuteit S., Blumenstock T., Hase F., Jones N. Comparisons between ground-based FTIR and MIPAS N2O and HNO3 profiles before and after assimilation in BASCOE // Atmos. Chem. Phys. 2007. V. 7, N 2. P. 377–396.
15. Shan C., Zhang H., Wang W., Liu C., Xie Y., Hu Q., Jones N. Retrieval of stratospheric HNO3 and HCl based on ground-based high-resolution Fourier transform spectroscopy // Remote Sens. 2021. V. 13, N 11. P. 2159.
16. Rothman L.S., Gordon I.E., Barbe A., Benner D.C., Bernath P.E., Birk M., Boudon V., Brown L.R., Campargue A., Champion J.P., 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., Vander Auwera J. The HITRAN2008 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2009. V. 110, N 9–10. P. 533–572.
17. Hase H., Hannigan J.W., Coffey M.T., Goldman A., Hoepfner M., Jones N.B., Rinsland C.P., Wood S.W. Intercomparison of retrieval codes used for the analysis of high-resolution, ground-based FTIR measurements // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2004. V. 87, N 1. P. 25–52.
18. Park M., Randel W.J., Kinnison D.E., Emmons L.K., Bernath P.F., Walker K.A., Boone C.D., Livesey M.J. Hydrocarbons in the upper troposphere and lower stratosphere observed from ACE-FTS and comparisons with WACCM // J. Geophys. Res. Atmos. 2013. V. 118, N 4. P. 1964–1980.
19. Bernath P.F., Crouse J., Hughes R.C., Boone C.D. The Atmospheric Chemistry Experiment Fourier transform spectrometer (ACE-FTS) version 4.1 retrievals: Trends and seasonal distributions // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2021. V. 259. P. 107409.
20. Aura MLS // Jet Propulsion Laboratory URL: https://mls.jpl.nasa.gov/eos-aura-mls/data-products/hno3 (last access: 3.07.2022).
21. Polyakov A., Poberovsky A., Makarova M., Virolainen Y., Timofeyev Y., Nikulina A. Measurements of CFC-11, CFC-12, and HCFC-22 total columns in the atmosphere at the St. Petersburg site in 2009–2019 // Atmos. Meas. Tech. 2021. V. 14, N 8. P. 5349–5368.
22. Virolainen Y., Timofeyev Y., Berezin I., Poberovsky A., Polyakov A., Zaitsev N., Imhasin H. Atmospheric integrated water vapour measured by IR and MW techniques at the Peterhof site (Saint Petersburg, Russia) // Intern. J. Rem. Sens. 2016. V. 37, N 16. P. 3771–3785.