Том 36, номер 04, статья № 5

Аннотация:

Представлены результаты валидации измерений общего содержания оксида углерода с помощью орбитального спектрометра высокого разрешения TROPOMI по наземным спектроскопическим измерениям в пункте Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН (г. Москва) и на Звенигородской научной станции в период с 28.06.2018 г. по 31.12.2021 г. Были определены и проанализированы характеристики соответствия орбитальных данных TROPOMI данным наземных станций. Получены высокие коэффициенты корреляции (R ~ 0,81–0,97) в зависимости от пункта наблюдения, пространственного усреднения и применяемой фильтрации. При разном пространственном усреднении спутниковых данных исследована зависимость параметров корреляции от орбитальных углов, альбедо подстилающей поверхности и высоты пограничного слоя атмосферы. Для обоих пунктов наблюдения установлено отсутствие влияния альбедо на характеристики корреляции орбитальных и наземных измерений. Также не обнаружено значимой зависимости характеристик корреляции от зенитного угла наблюдений. Однако имеет место зависимость коэффициентов корреляции от азимутальных углов и высоты атмосферного пограничного слоя. Отмечено увеличение корреляции при наблюдениях под азимутальными углами менее 40° (до R ~ 0,97) и при росте высоты атмосферного пограничного слоя (до R ~ 0,90).
 

Ключевые слова:

окись углерода, общее содержание примеси, атмосферная спектроскопия, спутниковое зондирование, TROPOMI

Список литературы:

1. IPCC Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press, 2021. 2391 p. URL: https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/downloads/report/IPCC_AR6_WGI_FullReport.pdf.
2. Novelli P.C., Masarie K.A., Lang P.M. Distributions and recent changes in carbon monoxide in the lower troposphere // J. Geophys. Res.: Atmos. 1998. V. 103, N 19. P. 015–033.
3. Jacob D.J. Introduction to Atmospheric Chemistry. Princeton, New Jersey: Princeton University Press, 1999. 267 p. DOI: 10.1515/9781400841547.
4. The Future of Atmospheric Chemistry Research: Remembering Yesterday, Understanding Today, Anticipating Tomorrow. Washington, DC: The National Academies Press, 2016. 226 p. DOI: 10.17226/23573.
5. Gurjar B.R., Butler T.M., Lawrence M.G., Lelie­veld J. Evaluation of emissions and air quality in megacities // Atmos. Environ. 2008. V. 42. P. 1593–1606. URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/ /pii/S1352231007009697.
6. Wunch D., Wennberg P.O., Toon G.C., Keppel-Aleks G., Yavin Y.G. Emissions of greenhouse gases from a North American megacity // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36. DOI: 10.1029/2009GL039825.
7. Johnson M.S., Strawbridge K., Knowland K.E., Keller Ch., Travis M. Long-range transport of Siberian biomass burning emissions to North America during FIREX-AQ // Atmos. Environ. 2021. V. 252, N 118241. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2021.118241.
8. Hu Q., Goloub Ph., Veselovskii I., Bravo-Aranda J.-A., Popovici I.E., Podvin Th., Haeffelin M., Lopatin A., Dubovik O., Pietras Ch., Huang X., Torres B., Chen Ch. Long-range-transported Canadian smoke plumes in the lower stratosphere over Northern France // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 1173–1193. DOI: 10.5194/acp-19-1173-2019.
9. Jiang Z., Worden J.R., Worden H., Deeter M.A., Jones D.B., Arellano A.F., Henze D.K. A fifteen year record of CO emissions constrained by MOPITT CO observations // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17. P. 4565–4583. DOI: 10.5194/acp-17-4565-2017.
10. Rakitin V.S., Elansky N.F., Wang P., Wang G., Pankratova N.V., Shtabkin Y.A., Skorokhod A.I., Safronov A.N., Makarova M.V., Grechko E.I. Changes in trends of atmospheric composition over urban and background regions of eurasia: Estimates based on spectroscopic observations // Geography. Environ. Sustain. 2018. V. 11. P. 84–96. DOI: 10.24057/2071-9388-2018-11-2-84-96.
11. Deeter M.N., Emmons L.K., Franci G., Edwaard D.-P., Gille J.-C., Warner J., Khattatov B., Zinskin D.-C., Lamarque J.-F., Ho S.-P., Yundin V., Attié Jean-Luc, Packman D., Chen Jie, Mao D.-D., Drummond J. Operational carbon monoxide retrieval algorithm and selected results for the MOPITT instrument // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. N D14. DOI: 10.1029/2002JD003186.
12. Yurganov L.N., McMillan W.W., Dzhola A.V., Grechko E.I., Jones N.B., van der Werf G.R. Global AIRS and MOPITT CO measurements: Validation, comparison, and links to biomass burning variations and carbon cycle // J. Geophys. Res.: Atmos. 2008. V. 113, N 90. P. D09301. DOI: 10.1029/2007JD009229.
13. 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. 11. P. 7925−7942.
14. Pommier M., Mc Linden C.A., Deeter M. Relative changes in CO emissions over megacities based on observations from space // Geophys. Res. Lett. 2013. V. 40. P. 1–6. DOI: 10.1002/grl.50704.
15. Ситнов С.А., Мохов И.И., Джола А.В. Общее содержание оксида углерода в атмосфере над россий­скими регионами по спутниковым данным // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2017. V. 53. P. 38–55. DOI: 10.7868/S0002351517010126.
16. Ракитин В.С., Штабкин Ю.А., Еланский Н.Ф., Панкратова Н.В., Скороход А.И., Гречко Е.И., Саф­ронов А.Н. Результаты сопоставления спутниковых измерений общего содержания CO, CH₄ и CO₂ с наземными спектроскопическими данными // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 9. С. 816–824; Rakitin V.S., Shtabkin Yu.A., Elansky N.F., Pankratova N.V., Skorokhod A.I., Grechko E.I., Safronov A.N. Comparison results of satellite and ground-based spectroscopic measurements of CO, CH₄, and CO₂ total contents // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 6. P. 533–542.
17. Wang P., Elansky N.F., Timofeev Y.M., Wang G., Golitsyn G.S., Makarova M.V., Rakitin V.S., Shtabkin Y., Skorokhod A.I., Grechko E.I., Fokeeva E.V., Safronov A.N., Liang R., Ting W. Long-term trends of carbon monoxide total columnar amount in urban areas and background regions: Ground- and satellite-based spectroscopic measurements // Adv. Atmos. Sci. 2018. V. 35. P. 785–795. DOI: 10.1007/s00376-017-6327-8.
18. Krol M., Peters W., Hooghiemstra P., George M., Clerbaux C., Hurtmans D., McInerney D., Sedano F., Bergamaschi P., El Hajj M., Kaiser W., Fisher D., Yershov V., Muller J.-P. How much CO was emitted by the 2010 fires around Moscow? // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 4737–4747.
19. Yurganov L., Rakitin V. Two decades of satellite observations of carbon monoxide confirm the increase in Northern hemispheric wildfires // Atmosphere. 2022. V. 13. P. 1479. DOI: 10.3390/atmos13091479.
20. Li F., Zhang X., Kondragunta S., Lu X. An evaluation of advanced baseline imager fire radiative power based wildfire emissions using carbon monoxide observed by the Tropospheric Monitoring Instrument across the conterminous United States // Environ. Res. Lett. 2020. V. 15. P. 094049. DOI: 10.1088/1748-9326/ab9d3a.
21. Lorente A., Boersma K.F., Eskes H.J., Veefkind J.P., van Geffen J.H.G.M., de Zeeuw M.B., Denier van der Gon H.A.C., Beirle S., Krol M.C. Quantification of nitrogen oxides emissions from build-up of pollution over Paris with TROPOMI // Sci. Rep. 2019. V. 9. P. 20033. DOI: 10.1038/s41598-019-56428-5.
22. Jin X., Zhu Q., Cohen R.C. Direct estimates of biomass burning NO_x emissions and lifetimes using daily observations from TROPOMI // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21. P. 15569–15587. DOI: 10.5194/acp-21-15569-2021.
23. Ialongo I., Stepanova N., Hakkarainen J., Virta H., Gritsenko D. Satellite-based estimates of nitrogen oxide and methane emissions from gas flaring and oil production activities in Sakha Republic, Russia // Atmos. Environ. X. 2021. V. 11. P. 100114. DOI: 10.1016/j.aeaoa.2021.100114.
24. Crosman E. Meteorological drivers of permian basin methane anomalies derived from TROPOMI // Remote Sens. 2021. V. 13. 22 p. DOI: 10.3390/rs13050896.
25. Ракитин В.С., Еланский Н.Ф., Скороход А.И., Джола А.В., Ракитина А.В., Шилкин А.В., Кириллова Н.С., Казаков А.В. Долговременные тенденции общего содержания окиси углерода в атмосфере Московского мегаполиса // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2021. Т. 57, № 1. С. 126–136. DOI: 10.31857/S0002351521010107.
26. McKernan E., Yurganov L.N., Tolton B.T., Drummond R. MOPITT validation using ground-based IR spectroscopy // Optical Spectroscopic Techniques and Instrumentation for Atmospheric and Space Research III, edited by A.M. Larar // Proc. SPIE. 1999. N 3756. P. 486–491.
27. Yurganov L.N., Grechko E.I., Dzhola A.V. Long-term measurements of carbon monoxide over Russia using a spectrometer of medium resolution // Recent Res. Devel. Geophys. 2002. N 4. P. 249–265.
28. Еланский Н.Ф., Шилкин А.В., Пономарев Н.А., За­харова П.В., Качко М.Д., Поляков Т.И. Простран­ственно-временные вариации содержания загрязня­ющих примесей в воздушном бассейне Москвы и их эмиссии // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2022. Т. 58, № 1. С. 92–108. DOI: 10.31857/S0002351522010023.
29. Landgraf J., Borsdorff T., Langerock B., Keppens A. MPC Product Readme Carbon Monoxide V. 01.04.00, N 1.5, Document No. S5P-MPC-SRON-PRF-CO. URL: https://sentinel.esa.int/ documents / 247904 / 3541451 / Sentinel-5P-Carbon-Monoxide-Level-2-Product- Readme-File (last access: 02.12.2022).
30. Knapp M., Kleinschek R., Hase F., Agustí-Panareda A., Inness A., Barré J., Landgraf J., Borsdorff T., Kinne S., Butz A. Shipborne measurements of XCO₂, XCH₄, and XCO above the Pacific Ocean and comparison to CAMS atmospheric analyses and S5P/TROPOMI // Earth Syst. Sci. Data. 2021. V. 13. P. 199–211. DOI: 10.5194/essd-13-199-2021.
31. Yang Y., Zhou M., Langerock B., Sha M.K., Hermans C., Wang T., Ji D., Vigouroux C., Kumps N., Wang G., De Mazière M., Wang P. New ground-based Fourier-transform near-infrared solar absorption measurements of XCO₂, XCH₄, and XCO at Xianghe, China // Earth System Sci. Data. 2020. V. 12, N 3. P. 1679–1696. DOI: 10.5194/essd-12-1679-2020.
32. Sha M.K., Langerock B.L. Blavier J.-F., Blumenstock T., Borsdorff T., Buschmann M., Dehn A., De Mazière M., Deutscher N.M., Feist D.G., García O.E., Griffith D.W.T., Grutter M., Hannigan J.W., Hase F., Heikkinen P., Hermans C., Iraci L.T., Jeseck P., Jones N., Kivi R., Kumps N., Landgraf J., Lorente A., Mahieu E., Makarova M.V., Mellqvist J., Metzger J.-M., Morino I., Nagahama T., Notholt J., Ohyama H., Ortega I., Palm M., Petri C., Pollard D.F., Rettinger M., Robinson J., Roche S., Roehl C.M., Röhling A.N., Rousogenous C., Schneider M., Shiomi K., Smale D., Stremme W., Strong K., Sussmann R., Té Y., Uchino O., Velaz­co V.A., Vigouroux C., Vrekoussis M., Wang P., Warneke T., Wizenberg T., Wunch D., Yamanouchi S., Yang Y., Zhou M. Validation of methane and carbon monoxide from Sentinel-5 Precursor using TCCON and NDACC-IRWG stations // Atmos. Meas. Tech. V. 14. P. 6249–6304. DOI: 10.5194/amt-14-6249-2021, 2021.
33. Apituley A., Pedergnana M., Sneep M., Veefkind J.P., Loyola D., Landgraf J., Borsdorff T. Sentinel-5 precursor/TROPOMI Level 2 Product User Manual Carbon Monoxide – S5P L2 PUM Carbon Monoxide. N 1.0.0. URL: http://www. tropomi.eu/sites/default/ files / files / Sentinel-5P-Level-2-Product-User-Manual-Carbon-Monoxide_v1.0002_20180613.pdf (last access: 13.06.2018).
34. Скороход А.И., Ракитин В.С., Кириллова Н.С. Влияние мер по сдерживанию пандемии COVID-19 и метеорологических условий на состав атмосферного воздуха в Москве в 2020 г. // Метеорол. и гидрол. 2022. № 3. С. 36–46.