Том 27, номер 09, статья № 9

Аннотация:

Обработана серия спектров пропускания атмосферы высокого разрешения в ближнем ИК-диапазоне 4000–10000 см^–1, зарегистрированных на Уральской атмосферной Фурье-станции в Коуровке в период 2012–2013 гг. Решена обратная задача восстановления средней концентрации CO₂ и CH₄ в атмосферном столбе из измеренных спектров. В полученных данных по концентрации атмосферного метана в пределах ошибки восстановления не наблюдается выраженного сезонного цикла, тогда как в концентрации CO₂ явно выражены сезонные вариации с достаточно большой амплитудой, наблюдаемые также в результатах спутникового зондирования. Сравнение среднемесячных данных спутникового зондирования японского сенсора TANSO-FTS/GOSAT в исследуемом регионе демонстрирует хорошее согласие с восстановленными значениями концентрации CO₂, а в среднемесячных данных по CH₄ корреляция практически не наблюдается. В результате из полученных данных наземного и спутникового зондирования определена амплитуда сезонных колебаний CO₂ в атмосферном столбе в районе Коуровки, которая составляет 14–15 ppm, что характеризует мощность фотосинтеза лесной экосистемы Урала.

Ключевые слова:

дистанционное зондирование, Фурье-спектрометрия, углеродсодержащие парниковые газы, СO2, CH4, GOSAT, FTIR, валидация, Уральская атмосферная станция

Список литературы:

1. Jouzel J. A brief history of ice core science over the last 50 years // Clim. Past. 2013. V. 9, N 6. P. 2525–2547.
2. MacFarling Meure C., Etheridge D., Trudinger C., Steele P., Langenfelds R., van Ommen T., Smith A., Elkins J. Law Dome CO2, CH4, and N2O ice core records extended to 2000 years BP // Geophys. Res. Lett. 2006. V. 33. L14810. 4 p.
3. Solomon S., Qin D., Manning M., Chen Z., Marquis M., Averyt K.B., Tignor M., Miller H.L. Climate Change 2007: The Physical Science Basis // Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Cambridge University Press, 2007. 996 p.
4. Francey R.J., Trudinger C.M., van der Schoot M., Law R.M., Krummel P.B., Langenfelds R.L., Steele L.P., Allison C.E., Stavert A.R., Andres R.J., Rödenbeck C. Atmospheric verification of anthropogenic CO2 emission trends // Nat. Clim. Change. 2012. V. 3, N 5. P. 520–524.
5. Olivier J.G.J., Janssens-Maenhout G., Peters J.A.H.W. Trends in global CO2 emissions, 2012 Report. PBL Netherlands Environmental Assessment Agency. The Hague, Joint Research Centre. 2012. 39 p.
6. Schneising O., Buchwitz M., Reuter M., Heymann J., Bovensmann H., Burrows J.P. Long-term analysis of carbon dioxide and methane column-averaged mole fractions retrieved from SCIAMACHY // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 6. P. 2863–2880.
7. Schneising O., Heymann J., Buchwitz M., Reuter M., Bovensmann H., Burrows J.P. Anthropogenic carbon dioxide source areas observed from space: Assessment of regional enhancements and trends // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13, N 5. P. 2445–2454.
8. Schneising O., Reuter M., Buchwitz M., Heymann J., Bovensmann H., Burrows J.P. Terrestrial carbon sink observed from space: Variation of growth rates and seasonal cycle amplitudes in response to interannual surface temperature variability // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 1. P. 133–141.
9. Dlugokencky E.J., Bruhwiler L., White J.W.C., Emmons L.K., Novelli P.C., Montzka S.A., Masarie K.A., Lang P.M., Crotwell A.M., Miller J.B., Gatti L.V. Observational constraints on recent increases in the atmospheric CH4 burden // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36, N 18. L18803. 5 p.
10. Rigby M., Prinn R.G., Fraser P.J., Simmonds P.G., Langenfelds R.L., Huang J., Cunnold D.M., Steele L.P., Krummel P.B., Weiss R.F., O’Doherty S., Salameh P.K., Wang H.J., Harth C.M., Mühle J., Porter L.W. Renewed growth of atmospheric methane // Geophys. Res. Lett. 2008. V. 35, N 22. L22805. 6 p.
11. URL: http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/
12. Kirschke S., Bousquet P., Ciais P., Saunois M., Canadell J.G., Dlugokencky E.J., Bergamaschi P., Bergmann D., Blake D.R., Bruhwiler L., Cameron-Smith P., Castaldi S., Chevallier F., Feng L., Fraser A., Heimann M., Hodson E.L., Houweling S., Josse B., Fraser P.J., Krummel P.B., Lamarque J.-F., Langenfelds R.L., Le Quéré C., Naik V., O’Doherty S., Palmer P.I., Pison I., Plummer D., Poulter B., Prinn R.G., Rigby M., Ringeval B., Santini M., Schmidt M., Shindell D.T., Simpson I.J., Spahni R., Steele L.P., Strode S.A., Kengo Sudo K., Szopa S., van der Werf G.R., Voulgarakis A., van Weele M., Weiss R.F., Williams J.E., Zeng G. Three decades of global methane sources and sink // Nat. Geosci. 2013. V. 6, N 10. P. 813–823.
13. Bergamaschi P., Houweling H., Segers A., Krol M., Frankenberg C., Scheepmaker R.A., Dlugokencky E., Wofsy S.C., Kort E.A., Sweeney C., Schuck T., Brenninkmeijer C., Chen H., Beck V., Gerbig C. Atmospheric CH4 in the first decade of the 21st century: Inverse modeling analysis using SCIAMACHY satellite retrievals and NOAA surface measurements // J. Geophys. Res. 2013. V. 118, N 13. P. 7350–7369.
14. Ciais P., Dolman A.J., Bombelli A., Duren R., Peregon A., Rayner P.J., Miller C., Gobron N., Kinderman G., Marland G., Gruber N., Chevallier F., Andres R.J., Balsamo G., Bopp L., Bréon F.-M., Broquet G., Dargaville R., Battin T.J., Borges A., Bovensmann H., Buchwitz M., Butler J., Canadell J.G., Cook R.B., DeFries R., Engelen R., Gurney K.R., Heinze C., Heimann M., Held A., Henry M., Law B., Luyssaert S., Miller J., Moriyama T., Moulin C., Myneni R.B., Nussli C., Obersteiner M., Ojima D., Pan Y., Paris J.-D., Piao S.L., Poulter B., Plummer S., Quegan S., Raymond P., Reichstein M., Rivier L., Sabine C., Schimel D., Tarasova O., Valentini R., van der Werf G., Wickland D., Williams M., Zehner C. Current systematic carbon cycle observations and needs for implementing a policy-relevant carbon observing system // Biogeosciences Discuss. 2013. V. 10, N 7. P. 11447–11581.
15. Houweling S., Krol M., Bergamaschi P., Frankenberg C., Dlugokencky E.J., Morino I., Notholt J., Sherlock V., Wunch D., Beck V., Gerbig C., Chen H., Kort E.A., Röckmann T., Aben I. A multi-year methane inversion using SCIAMACHY, accounting for systematic errors using TCCON measurements // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 8. P. 3991–4012.
16. Canadell J.G., Ciais P., Dhakal S., Dolman H., Friedlingstein P., Gurney K.R., Held A., Jackson R.B., Le Quéré C., Malone E.L., Ojima D.S., Patwardhan A., Peters G.P., Raupach M.R. Interactions of the carbon cycle, human activity, and the climate system: a research portfolio // Curr. Opin. Environ. Sustainabil. 2010. V. 2, N 4. P. 301–311.
17. Stephens B.B., Gurney K.R., Tans P.P., Sweeney C., Peters W., Bruhwiler L., Ciais P., Ramonet M., Bousquet P., Nakazawa T., Aoki S., Machida T., Inoue G., Vinnichenko N., Lloyd J., Jordan A., Heimann M., Shibistova O., Langenfelds R.L., Steele L.P., Francey R.J., Denning A.S. Weak northern and strong tropical land carbon uptake from vertical profiles of atmospheric CO2 // Science. 2007. V. 316, N 5832. P. 1732–1735.
18. Kuze A., Suto H., Nakajima M., Hamazaki T. Thermal and near infrared sensor for carbon observation Fourier-transform spectrometer on the Greenhouse Gases Observing Satellite for greenhouse gases monitoring // Appl. Opt. 2009. V. 48, N 35. P. 6716–6733.
19. Yoshida Y., Ota Y., Eguchi N., Kikuchi N., Nobuta K., Tran H., Morino I., Yokota T. Retrieval algorithm for CO2 and CH4 column abundances from short-wavelength infrared spectral observations by the greenhouse gases observing satellite // Atmos. Measur. Technol. 2011. V. 4, N 4. P. 717–734.
20. Inoue M., Morino I., Uchino O., Miyamoto Y., Yoshida Y., Yokota T., Machida T., Sawa Y., Matsueda H., Sweeney C., Tans P.P., Andrews A.E., Biraud S.C., Tanaka T., Kawakami S., Patra P.K. Validation of XCO2 derived from SWIR spectra of GOSAT TANSO-FTS with aircraft measurement data // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13, N 19. P. 9771–9788.
21. 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 Spectrometers and a comparison to GOSAT data measured over Tsukuba and Moshiri // Atmos. Measur. Technol. 2012. V. 8, N 5. P. 2005–2012.
22. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Inoue G., Краснов О.А., Machida Т., Maksutov Sh.Sh., Недэлэк Ф., Рамонет М., Сиас Ф., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Организация мониторинга парниковых и окисляющих атмосферу компонент над территорией Сибири и некоторые его результаты. 1. Газовый состав // Оптика атмосф. и океана. 2006. Т. 19, № 11. С. 948–955.
23. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Inoue G., Maksutov Sh.Sh., Machida Т., Фофонов А.В. Вертикальное распределение парниковых газов над Западной Сибирью по данным многолетних измерений // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 5. С. 457–464.
24. Аршинов М.Ю., Афонин С.В., Белан Б.Д., Белов В.В., Гриднев Ю.В., Давыдов Д.К., Machida Т., Nédélec Ph., Paris J.-D., 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.
25. Klonecki A., Pommier M., Clerbaux C., Ancellet G., Cammas J.-P., Coheur P.-F., Cozic A., Diskin G.S., Hadji-Lazaro J., Hauglustaine D.A., Hurtmans D., Khattatov B., Lamarque J.-F., Law K.S., Nedelec P., Paris J.-D., Podolske J.R., Prunet P., Schlager H., Szopa S., Turquety S. Assimilation of IASI satellite CO fields into a global chemistry transport model for validation against aircraft measurements // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12, N 10. P. 4493–4512.
26. 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 из космоса. 2011. №1. C. 14–21.
27. Кухарский А.В., Успенский А.Б. Определение средней концентрации диоксида углерода в тропосфере по данным спутникового ИК-зондировщика высокого спектрального разрешения // Метеорол. и гидрол. 2009. № 4. C. 15–28.
28. Кухарский А.В., Успенский А.Б. Мониторинг содержания диоксида углерода в тропосфере над бореальными экосистемами Сибири // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т. 7, № 4. С. 204–211.
29. Wunch D., Toon G.C., Wennberg P.O., Wofsy S.C., Stephens B.B., Fischer M.L., Uchino O., Abshire J.B., Bernath P., Biraud S.C., Blavier J.-F.L., Boone C., Bowman K.P., Browell E.V., Campos T., Connor B.J., Daube B.C., Deutscher N.M., Diao M., Elkins J.W., Gerbig C., Gottlieb E., Griffith D.W.T., Hurst D.F., Jimenez R., Keppel-Aleks G., Kort E.A., Macatangay R., Machida T., Matsueda H., Moore F., Morino I., Park S., Robinson J., Roehl C.M., Sawa Y., Sherlock V., Sweeney C., Tanaka T., Zondlo M.A. Calibration of the Total Carbon Column Observing Network using aircraft profile data // Atmos. Measur. Technol. 2010. V. 3, N 5. P. 1351–1362.
30. Hannigan J.W., Coffey M.T., Goldman A. Semi-Autonomous FTS Observation System for Remote Sensing of Stratospheric and Tropospheric Gases // J. Atmos. Ocean Technol. 2009. V. 26. P. 1814–1828.
31. Morino I., Uchino O., Inoue M., Yoshida Y., Yokota T., Wennberg P.O., Toon G.C., Wunch D., Roehl C.M., Notholt J., Warneke T., Messerschmidt J., Griffith D.W.T., Deutscher N.M., Sherlock V., Connor B., Robinson J., Sussmann R., Rettinger M. Preliminary validation of column-averaged volume mixing ratios of carbon dioxide and methane retrieved from GOSAT short-wavelength infrared spectra // Atmos. Measur. Technol. 2011. V. 4, N 6. P. 1061–1076.
32. Notholt J., Blumenstock T., Brunner D., Buchmann B., Dils B., De Mazière M., Popp Ch., Sussmann R. Product validation and algorithm selection report (PVASR), ESA Climate Change Initiative (CCI). Final report. 22 August 2012 // URL: http://www.esa-ghg-cci.org/? q=node/95
33. Cogan A.J., Boesch H., Parker R.J., Feng L., Palmer P.I., Blavier J.-F.L., Deutscher N.M., Macatangay R., Notholt J., Roehl C., Warneke T., Wunch D. Atmospheric carbon dioxide retrieved from the Greenhouse gases Observing SATellite (GOSAT): Comparison with ground-based TCCON observations and GEOS-Chem model calculations // J. Geophys. Res. Atmos. 2012. V. 117. D21301. 17 p.
34. 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, N 12. P. 5943–5957.
35. Keppel-Aleks G., Toon G.C., Wennberg P.O., Deutscher N.M. Reducing the impact of source brightness fluctuations on spectra obtained by Fourier-transform spectrometry // Appl. Opt. 2007. V. 46, N 21. P. 4774–4779.
36. Rodgers C.D. Inverse Methods for Atmospheric Sounding: Theory and Practice. Singapur: World Scientific Publishing, 2000. 238 p.
37. 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 // Philosophical Transactions of the Royal Society – Series A // Phys. and Eng. Sci. 2011. V. 369, N 1943. P. 2087–2112.
38. 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. The HITRAN 2008 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2009. V. 110, N 9–10. P. 533–572.
39. 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 R. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project // Bull. Amer. Meteorol. Soc. 1996. V. 77, N 3. P. 437–471.