Том 36, номер 07, статья № 6

Аннотация:

Водяной пар играет ключевую роль в целом ряде климатообразующих процессов на различных высотах земной атмосферы. Мониторинг изотопологов водяного пара позволяет получать информацию об атмосферном гидрологическом цикле и исследовать процессы, связанные с испарением и конденсацией, определяющие влажность в тропосфере и водный обмен между тропосферой и стратосферой. Впервые проанализированы временные вариации общего содержания изотопологов водяного пара (H₂O и δD) за 2009–2020 гг. на основе результатов наземных измерений солнечного ИК-излучения Фурье-спектрометром Bruker IFS 125HR в Петергофе. Максимальные значения H₂O и δD приходятся на летний период, минимальные – на зимний, при этом наибольшая изменчивость H₂O наблюдается в летние, а δ​​​​​​​D в зимние месяцы, что обусловлено климатическими особенностями Санкт-Петербурга, т.е. происхождением и историей приходящих воздушных масс. Банк данных изотопического состава водяного пара в окрестностях Санкт-Петербурга может быть использован в моделях общей циркуляции атмосферы с целью повышения точности прогнозирования погоды и долгосрочных изменений регионального климата.

Ключевые слова:

водный цикл, наземная ИК–Фурье-спектроскопия, изотопический состав водяного пара

Список литературы:

1. Kämpfer N. Monitoring Atmospheric Water Vapour Ground-Based Remote Sensing and In-situ Methods. Series: ISSI Scientific Report Series, 10 (VIII). New York: Springer-Verlag, 2013. 283 p.
2. Stevens B., Bony S. What are climate models missing? // Science. 31 May 2013. V. 340. P. 1053–1054.
3. Toride K., Yoshimura K., Tada M., Diekmann Ch., Ertl B., Khosrawi F., Schneider M. Potential of mid-tropospheric water vapor isotopes to improve large-scale circulation and weather predictability // Geophys. Res. Lett. 2021. V. 48. e2020GL091698.
4. Schneider A., Borsdorff T., van de Brugh J., Aemiseg­ger F., Feist D.G., Kivi R., Hase F., Schneider M., Landgraf J. First data set of H₂O/HDO columns from the Tropospheric Monitoring Instrument (TROPOMI) // Atmos. Meas. Tech. 2020. V. 13. P. 85–100.
5. Ehhalt D.H. Vertical profiles of HTO, HDO, and H₂O in the troposphere, NCAR technical note. NCAR-TN-STR-100. 1974. 138 p. DOI: 10.5065/D6BP00QB.
6. Webster C.R., Heymsfield A.J. Water isotope Ratios H/D, ¹⁸O/¹⁶O, ¹⁷O/¹⁶O in and out of Clouds Map Dehydration Pathways // Science. 2003. V. 302. P. 1742–1745.
7. Payne V.H., Noone D., Dudhia A., Piccolo C., Grainger R.G. Global satellite measurements of HDO and implications for understanding the transport of water vapour into the stratosphere // Q. J. Roy. Meteorol. Soc. 2007. V. 133. P. 1459–1471.
8. Lossow S., Steinwagner J., Urban J., Dupuy E., Boone C.D., Kellmann S., Linden A., Kiefer M., Grabowski U., Glatthor N., Höpfner M., Röckmann T., Murtagh D.P., Walker K.A., Bernath P.F., von Clarmann T., Stiller G.P. Comparison of HDO measurements from Envisat/MIPAS with observations by Odin/SMR and SCISAT/ACE-FTS // Atmos. Meas. Tech. 2011. V. 4. P. 1855–1874.
9. Worden J., Bowman K., Noone D, and TES team members. TES observations of the tropospheric HDO/H₂O ratio: Retrieval approach and characterization // J. Geophys. Res. 2006. V. 11.
10. Frankenberg C., Yoshimura K., Warneke T., Aben I., Butz A., Deutscher N., Griffith D., Hase F., Notholt J., Schneider M., Schrijver H., Röckmann T. Dynamic processes governing lower-tropospheric HDO/H₂O ratios as observed from space and ground // Science. 11 September 2009. V. 325, N 5946. P. 1374–1377.
11. Boesch H., Deutscher N.M., Warneke T., Byckling K., Cogan A.J., Griffith D.W.T., Notholt J., Parker R.J., Wang Z. HDO/H₂O ratio retrievals from GOSAT // Atmos. Meas. Tech. Discuss. 2012. V. 5. P. 6643–6677.
12. Задворных И.В., Грибанов К.Г., Захаров В.И., Imasu R. Определение относительного содержания HDO в атмосфере по данным одновременных измерений спутника GOSAT-2 в тепловом и ближнем ИК-диапазонах // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 12. С. 999–1003; Zadvornykh I.V., Gribanov K.G., Zakharov V.I., Imasu R. Retrieval of HDO Relative Content in the atmosphere from simultaneous GOSAT-2 measurements in the thermal and near-IR // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 2. P. 127–131.
13. Lacour J.-L., Clarisse L., Worden J., Schneider M., Barthlott S., Hase F., Risi C., Clerbaux C., Hurtmans D., Coheur P.-F. Cross-validation of IASI/MetOp derived tropospheric dD with TES and ground-based FTIR observations // Atmos. Meas. Tech. 2015. V. 8. P. 1447–1466.
14. Schneider M., Borger C., Wiegele A., Hase F., García O.E., Sepúlveda E., Werner M. MUSICA MetOp/IASI {H₂O, dD} pair retrieval simulations for validating tropospheric moisture pathways in atmospheric models // Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10. P. 507–525.
15. Scheepmaker R.A., aan de Brugh J., Hu H., Borsdorff T., Frankenberg C., Risi C., Hasekamp O., Aben I., Landgraf J. HDO and H₂O total column retrievals from TROPOMI shortwave infrared measurements // Atmos. Meas. Tech. 2016. V. 9. P. 3921–3937.
16. Schneider M., Wiegele A., Barthlott S., González Y., Christner E., Dyroff C., García O.E., Hase F., Blumenstock T., Sepúlveda E., Mengistu Tsidu G., Takele Kenea S., Rodríguez S., Andrey J. Accomplishments of the MUSICA project to provide accurate, long-term, global and high-resolution observations of tropospheric {H₂O, dD} pairs – a review // Atmos. Meas. Tech. 2016. V. 9. P. 2845–2875.
17. Barthlott S., Schneider M., Hase F., Blumenstock T., Kiel M., Dubravica D., García O.E., Sepúlveda E., Mengistu Tsidu G., Takele Kenea S., Grutter M., Plaza-Medina E.F., Stremme W., Strong K., Weaver D., Palm M., Warneke T., Notholt J., Mahieu E., Servais C., Jones N., Griffith D.W.T., Smale D., Robinson J. Tropospheric water vapour isotopologue data (H₂¹⁶O, H₂¹⁸O, and HD¹⁶O) as obtained from NDACC/FTIR solar absorption spectra // Earth Syst. Sci. Data. 2017. V. 9. P. 15–29.
18. Wiegele A., Schneider M., Hase F., Barthlott S., García O.E., Sepúlveda E., González Y., Blumenstock T., Raffalski U., Gisi M., Kohlhepp R. The MUSICA MetOp/IASI H₂O and dD products: Characterisation and long-term comparison to NDACC/FTIR data // Atmos. Meas. Tech. 2014. V. 7. P. 2719–2732.
19. Грибанов К.Г., Захаров В.И., Береснев С.А., Рокотян Н.В., Поддубный В.А., Имасу Р., Чистяков П.А., Скорик Г.Г., Васин В.В. Зондирование HDO/H₂O в атмосфере Урала методом наземных измерений ИК-спектров солнечного излучения с высоким спектральным разрешением // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 2. С. 124–127; Gribanov K.G., Zakharov V.I., Beresnev S.A., Rokotyan N.V., Poddubny V.A., Imasu R., Chistyakov P.A., Skorik G.G., Vasin V.V. Sensing HDO/H₂O in the Ural’s atmosphere using ground-based measurements of IR solar radiation with a high spectral resolution // Atmos. Ocean. Opt. 2011. V. 24, N 4. P. 369–372.
20. 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.
21. Rokotyan N.V., Zakharov V.I., Gribanov K.G., Schneider M., Bréon F.-M., Jouzel J., Imasu R., Werner M., Butzin M., Petri C., Warneke T., Notholt J. A posteriori calculation of d¹⁸O and dD in atmospheric water vapour from ground-based near-infrared FTIR retrievals of H₂¹⁶O, H₂¹⁸O, and HD¹⁶O // Atmos. Meas. Tech. 2014. V. 7. P. 2567–2580.
22. Virolainen Ya., Timofeyev Yu., 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) // Int. J. Remote Sens. 2016. V. 37, N 16. P. 3771–3785.
23. Virolainen Y.A., Timofeyev Y.M., Kostsov V.S., Ionov D.V., Kalinnikov V.V., Makarova M.V., Poberovsky A.V., Zaitsev N.A., Imhasin H.H., Polyakov A.V., Schneider M., Hase F., Barthlott S., Blumenstock T. Quality assessment of integrated water vapour measurements at St. Petersburg site, Russia: FTIR vs. MW and GPS techniques // Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10. P. 4521–4536.
24. Galewsky J., Steen-Larsen H.C., Field R.D., Worden J., Risi C., Schneider M. Stable isotopes in atmospheric water vapor and applications to the hydrologic cycle // Rev. Geophys. 2016. V. 54. P. 809–865.
25. Schneider M., Hase F., Blumenstock T. Ground-based remote sensing of HDO/H₂O ratio profiles: Introduction and validation of an innovative retrieval approach // Atmos. Chem. Phys. 2006. V. 6. P. 4705–4722.
26. Hase F., Hanniganb J.W., Goldmanc A., Jonesd N.B., Rinslande C.P., Woodf 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.
27. База данных профилей температуры и геопотенциальных высот NCEP [Электронный ресурс]. URL: https: // www-air.larc.nasa.gov/missions/ndacc/data.html?NCEP=ncep-list (last access: 28.03.2023).
28. Whole Atmosphere Community Climate Model (WACCM) Model Output ds313.6 [Электронный ресурс]. URL: https: //rda.ucar.edu/datasets/ds313.6/#!description (last access: 28.03.2023).
29. Виролайнен Я.А. Методические аспекты определения содержания углекислого газа в атмосфере с помощью ИК-Фурье-спектрометрии // Журн. прикладной спектроскопии. 2014. Т. 85, № 3. С. 453–460.
30. Barthlott S., Schneider M., Hase F., Wiegele A., Christner E., González Y., Blumenstock T., Dohe S., García O.E., Sepúlveda E., Strong K., Mendonca J., Weaver D., Palm M., Deutscher N.M., Warneke T., Notholt J., Lejeune B., Mahieu E., Jones N., Griffith D.W.T., Velazco V.A., Smale D., Robinson J., Kivi R., Heikkinen P., Raffalski U. Using XCO₂ retrievals for assessing the long-term consistency of NDACC/FTIR data sets // Atmos. Meas. Tech. 2015. V. 8. P. 1555–1573.
31. Schneider M., Barthlott S., Hase F., González Y., Yoshimura K., García O.E., Sepúlveda E., Gomez-Pelaez A., Gisi M., Kohlhepp R., Dohe S., Blumenstock T., Wiegele A., Christner E., Strong K., Weaver D., Palm M., Deutscher N.M., Warneke T., Notholt J., Lejeune B., Demoulin P., Jones N., Griffith D.W.T., Smale D., Robinson J. Ground-based remote sensing of tropospheric water vapour isotopologues within the project MUSICA // Atmos. Meas. Tech. 2012. V. 5. P. 3007–3027.