Том 30, номер 09, статья № 8

Аннотация:

Исследуется возможность использования метода Левенберга–Марквардта, модифицированного для случая отсутствия априорной информации в виде ковариационных матриц вертикальных профилей метана, с целью определения полного содержания метана в атмосферном столбе из спектров радиометра IASI/METOP. Модифицированный метод Левенберга–Марквардта и алгоритм определения его параметра реализованы программно вместе с технологией нахождения апостериорной матрицы ошибок решения и ядра усреднения для каждого спектра, что позволяет осуществлять отбор приемлемых результатов на основе свойств данных матриц. Сравнение результатов со стандартными продуктами сенсора IASI по полному содержанию метана, полученному из тех же спектров, продемонстрировало их удовлетворительное согласие.

Ключевые слова:

зондирование атмосферы со спутников, обратные задачи

Список литературы:

1. Кондратьев К.Я. Изменения глобального климата: нерешенные проблемы // Метеорол. и гидрол. 2004. № 6. C. 118–128.
2. Семенов С.М. Парниковые газы и современный климат Земли. М.: Метеорол. и гидрол., 2004. 175 с.
3. IPCC (2013) Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex, P.M. Midgley (eds.). United Kingdom; Cambridge; New York: Cambridge University Press, 2014. 1535 p.
4. WMO Greenhouse Gas Bulletin. 2016. N 12. P. 6.
5. Макарова М.В., Гаврилов Н.М., Тимофеев Ю.М., Поберовский А.В. Сравнения спутниковых (GOSAT) и наземных Фурье-спектрометрических измерений содержания метана вблизи Санкт-Петербурга // Исслед. Земли из космоса. 2013. № 6. С. 50–56.
6. Грибанов К.Г., Имасу Р., Топтыгин А.Ю., Блойтен В., Наумов А.В., Захаров В.И. Метод и результаты по определению метана в атмосфере Западной Сибири из данных сенсора AIRS // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20, № 10. С. 881–886.
7. Turquety S., Hadji-Lazaro J., Clerbaux C., Hauglustaine D.A., Clough S.A., Casse V., Schlussel P., Megie G. Operational trace gas retrieval algorithm for the Infrared Atmospheric Sounding Interferometer // J. Geophys. Res. D. 2004. V. 109, N 21. DOI: 10.1029/2004JD004821.
8. 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. С. 14–21.
9. Покровский О.М., Тимофеев Ю.М. Общий статистический подход к решению обратных задач атмосферной оптики // Метеорол. и гидрол. 1972. № 1. С. 52–59.
10. Rodgers C.D. Retrieval of atmospheric temperature and composition from remote measurements of thermal radiation // Rev. Geophys. Space Phys. 1976. N 14. P. 609.
11. Steck T. Methods for determining regularization for atmospheric retrieval problems // Appl. Opt. 2002. V. 41, N 9. P. 1788–1797.
12. Steck T., von Clarmann T. Constrained profile retrieval applied to the observation mode of the Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding // Appl. Opt. 2001. V. 40. P. 3559–3571.
13. Ceccherini S., Ridolfi M. Variance-covariance matrix and averaging kernels for the Levenberg–Marquardt solution of the retrieval of atmospheric vertical profiles // Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10. P. 3131–3139.
14. Noël S., Bramstedt K., Hilker M., Liebing P., Plieninger J., Reuter M., Rozanov A., Bovensmann H., Burrows J.P. Stratospheric CH₄ and CO₂ profiles derived from SCIAMACHY solar occultation measurements // Atmos. Meas. Tech. Discuss. 2015. V. 8, N 11. P. 11467–11511.
15. Alexe M., Bergamaschi P., Segers A., Detmers R., Butz A., Hasekamp O., Guerlet S., Parker R., Boesch H., Frankenberg C., Scheepmaker R.A., Dlugokencky E., Sweeney C., Wofsy S.C., Kort E.A. Inverse modelling of CH₄ emissions for 2010–2011 using different satellite retrieval products from GOSAT and SCIAMACHY // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. P. 113–133.
16. Frankenberg C., Platt U., Wagner T. Retrieval of CO from SCIAMACHY onboard ENVISAT: Detection of strongly polluted areas and seasonal patterns in global CO abundances // Atmos. Chem. Phys. 2005. V. 5. P. 1639–1644.
17. Eguchi N., Saito R., Saeki T., Nakatsuka Y., Belikov D., Maksyutov S. A priori covariance estimation for CO₂ and CH₄ retrievals // J. Geophys. Res. D. 2010. V. 115. P. 10215.
18. Saeki T., Saito R., Belikov D., Maksyutov S. Global high-resolution simulations of CO₂ and CH₄ using a NIES transport model to produce a priori concentrations for use in satellite data retrievals // Geosci. Model Dev. 2013. V. 6. P. 81–100.
19. Ma C., Jiang L. Some research on Levenberg–Marquardt method for the nonlinear equations // Appl. Math. Comput. 2007. V. 184. P. 1032–1040.
20. Crevoisier C., Nobileau D., Fiore A., Armante R., Chedin A., Scott N.A. Tropospheric methane in the tropics – first year from IASI hyperspectral infrared observations // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9. P. 6337–6350.
21. Успенский А.Б., Рублев А.Н. Современное состояние и перспективы спутникового гиперспектрального атмосферного зондирования // Исслед. Земли из космоса. 2013. № 6. С. 4–15.
22. Pommier M., Clerbaux C., Law K.S., Ancellet G., Bernath P., Coheur P.-F., Hadji-Lazaro J., Hurtmans D., Nedelec P., Paris J.-D., Ravetta 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. P. 7371–7389.
23. Аршинов М.Ю., Афонин С.В., Белан Б.Д., Белов В.В., Гриднев Ю.В., Давыдов Д.К., Machida Т., Nedelec 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.
24. Аршинов М.Ю., Афонин С.В., Белан Б.Д., Белов В.В., Гриднев Ю.В., Давыдов Д.К., Нэдэлек Р., Париж Ж.-Д., Фофонов А.В. Сравнение спутниковых спектрометрических и самолетных измерений газового состава в тропосфере над Сибирским регионом в период лесных пожаров 2012 г. // Исслед. Земли из космоса. 2014. № 1. С. 72–84.
25. Gribanov K.G., Zakharov V.I., Tashkun S.A., Tyuterev Vl.G. A new software tool for radiative transfer calculations and its application to IMG/ADEOS data // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2001. V. 68, N 4. P. 435–451.
26. Crevoisier C., Chedin 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. P. 4797–4810.
27. August T., Klaes D., Schlüssel P., Hultberg T., Cra-peau M., Arriaga A., O'Carroll A., Coppens D., Munro R., Calbet X. IASI on Metop-A Operational Level 2 retrievals after five years in orbit // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2012. V. 113, N 11. P. 1340–1371.