Том 31, номер 12, статья № 4

Аннотация:

Предложены метод и алгоритм решения обратной задачи спутникового зондирования атмосферы для определения вертикальных профилей концентрации оптически активных газов с одновременным использованием атмосферных спектров теплового и ближнего ИК-диапазонов высокого разрешения. Для демонстрации возможностей метода выполнен вычислительный эксперимент по восстановлению вертикального профиля концентрации основного изотополога метана с использованием модельных спектров высокого разрешения, аналогичных регистрируемым спутниковыми ИК-Фурье-спектрометрами типа TANSO-FTS/GOSAT в тепловом и ближнем ИК-диапазонах. Соотношение сигнал-шум в спектрах был задано на уровне 350. Результаты модельных экспериментов демонстрируют более высокую точность восстановления вертикального профиля метана и его полного содержания в атмосферном столбе при совместном использовании спектров обоих диапазонов по сравнению с восстановлением из каждого диапазона по отдельности.

Ключевые слова:

дистанционное зондирование, спектры атмосферы, обратная задача, метан

Список литературы:

1. Saunois M., Bousquet P., Poulter B., Peregon A., Ciais P., Canadell J.G., Dlugokencky E.J., Etiope G., Bastviken D., Houweling S., Janssens-Maenhout G., Tubiello F.N., Castaldi S., Jackson R.B., Alexe M., Arora V.K., Beerling D.J., Bergamaschi P., Blake D.R., Brailsford G., Brovkin V., Bruhwiler L., Crevoisier C., Crill P., Curry C., Frankenberg C., Gedney N., Höglund-Isaksson L., Ishizawa M., Ito A., Joos F., Kim H.-S., Kleinen T., Krumme P., Lamarque J.-F., Langenfelds R., Locatelli R., Machida T., Maksyutov S., McDonald K.C., Marshall J., Melton J.R., Morino I., O’Doherty S., Parmentier F.-J.W., Patra P.K., Peng C., Peng S., Peters G.P., Pison I., Prigent C., Prinn R., Ramonet M., Riley W.J., Saito M., Schroeder R., Simpson I.J., Spahni R., Steele P., Takizawa A., Thornton B.F., Tian H., Tohjima Y., Viovy N., Voulgarakis A., van Weele M., van der Werf G., Weiss R., Wiedinmyer C., Wilton D.J., Wiltshire A., Worthy D., Wunch D.B., Xu Xi., Yoshida Y., Zhang B., Zhang Z., Zhu Q. The Global Methane Budget: 2000–2012 // Earth Syst. Sci. Data. 2016. V. 8, N 2. P. 697–751.
2. Clerbaux C., Hadji-Lazaro J., Turquety S., Mégie G., Coheur P.-F. Trace gas measurements from infrared satellite for chemistry and climate applications // Atmos. Chem. Phys. 2003. V. 3, N 5. P. 1495–1508.
3.  National Center for Atmospheric Research. Measurements of pollution in the troposphere (MOPITT) [Electronic resource]. URL: http://www.airs.jpl.nasa.gov/mission_and_instrument/overview (last access: 20.06.2018).
4.  Bovensmann H., Burrows J.P., Buchwitz M., Frerick J., Noel S., Rozanov V.V. SCIAMACHY: Mission objectives and measurement modes // J. Atmos. Sci. 1999. V. 56, N 2. P. 127–125.
5. EUMETSAT. Satellites: METOP [Electronic resourse]. URL: https://www.eumetsat.int/website/home/Satellites/CurrentSatellites/Metop/index.html (last access: 20.06.2018).
6. Поляков А.В., Тимофеев Ю.М., Виролайнен Я.А., Успенский А.Б., Завелевич Ф.С., Головин Ю.М., Козлов Д.А., Рублев А.Н., Кухарский А.В. Спутниковый атмосферный зондировщик ИКФС-2. 1. Анализ измерений спектров уходящего излучения // Исслед. Земли из космоса. 2016. № 5. C. 71–78.
7. 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.
8.  Matsunaga T., Yokota T., Maksyutov Sh., Morino I., Yoshida Yu., Saito M., Ajiro M., Uchino O. The Statuses of GOSAT and GOSAT-2 Projects at National Institute for Environmental Studies (NIES) // Geophys. Res. Abstr. [Electronic resourse]. URL: http://www.meetingorganizer.copernicus.org/EGU2015/EGU2015-13150.pdf (last access: 20.09.2018).
9.  Jacob D.J., Turner A.J., Maasakkers J.D., Sheng J., Sun K., Liu X., Chance K., Aben I., McKeever J., Frankenberg C. Satellite observations of atmospheric methane and their value for quantifying methane emissions // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16, N 22. P. 14371–14396.
10. Lenoble J. Radiative transfer in scattering and absorbing atmospheres: Standard computational procedures. Hampton: A. DEEPAK Publishing, 1985. 300 p.
11.  Сушкевич Т.А. Математические модели переноса излучения. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. 661 с.
12. Будак В.П., Коркин С.В. Моделирование пространственного распределения степени поляризации рассеянного атмосферой излучения на основании полного аналитического решения векторного уравнения переноса // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21, № 1. С. 35–41.
13.  Журавлева Т.Б. Моделирование переноса солнечного излучения в различных атмосферных условиях. Часть I. Детерминированная атмосфера // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21, № 2. С. 99–114.
14. Budak V., Kaloshin G., Shagalov O., Zheltov V. Numerical modeling of the radiative transfer in a turbid medium using the synthetic iteration // J. Opt. Soc. Am. A. 2015. V. 23, N 15. P. 829–840.
15.  Fomin B., Falaleeva V. A polarized atmospheric radiative transfer model for calculations of spectra of the stokes parameters of shortwave radiation based on the line-by-line and Monte Carlo methods // Atmosphere. 2012. V. 3, N 4. P. 451–467.
16.  Журавлева Т.Б., Фирсов К.М. Алгоритмы расчетов спектральных потоков солнечной радиации в облачной и безоблачной атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 11. С. 903–911.
17.  Chandrasekhar S. Radiative Transfer. New York: Dover Publications, 1960. 393 p.
18. Rogers C.D. Inverse methods for atmospheric sounding. Theory and practice. Singapore, London: World Scientific Publishing, 2000. 206 p.
19.  Задворных И.В., Грибанов К.Г., Захаров В.И., Imasu R. Программное обеспечение для моделирования переноса излучения теплового и ближнего ИК-диапазонов в атмосфере с учетом многократного рассеяния // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 2. С. 128–133; Zadvornykh I.V.,  Gribanov K.G., Zakharov V.I., Imasu R. Radiative transfer code for the thermal and near-infrared regions with multiple scattering // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 4. P. 305–310.
20. 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.
21. Spurr R.J. VLIDORT: A linearized pseudo-spherical vector discrete ordinate radiative transfer code for forward model and retrieval studies in multilayer multiple scattering media // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2006. V. 102, N 2. P. 316–342.
22. Rothman L.S., Gordon I.E., Babikov Y., Barbe A., Benner С.D., Bernath P.F., Birk M., Bizzocchi L., Boudon V., Brown L.R., Campargue A., Chance K., Cohen E.A., Coudert L.H., Devi V.M., Drouin B.J., Faytl A., Flaud J.-M., Gamache R.R., Harrison J.J., Hartmann J.-M., Hill C., Hodges J.T., Jacquemart D., Jolly A., Lamouroux J., Le Roy R.J., Li G., Long D.A., Lyulin O.M., Mackie C.J., Massie S.T., Mikhailenko S., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Nikitin A.V., Orphal J., Perevalov V., Perrin A., Polovtseva E.R., Richard C., Smith M.A.H., Starikova E., Sung K., Tashkun S., Tennyson J., Toon G.C., Tyuterev Vl.G., Wagner G. The HITRAN2012 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 130. P. 4–50.
23. Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler R., Collins W., Deaven D., Gandin L., Iredell M., Saha S., White G., Woollen J., Zhu Y., Chelliah M., Ebisuzaki W., Higgins W., Janowiak J., Mo K.C., Ropelewski C., Wang J., Leetmaa A., Reynolds R., Jenne R., Joseph D. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project // Bull. Am. Meteorol. Soc. 1996. N 77. P. 437–470.
24. CAMS Reanalysis data and documentation. [Electronic resourse]. URL: https://www.software.ecmwf.int/wiki/display / CKB / CAMS+Reanalysis+data+documentation (last access: 20.06.2018).
25. Gero J., Knuteson R., Shiomi K., Kuze A., Kataoka F., Revercomb H., Tobin D., Taylor J., Best F. GOSAT TANSO FTS TIR band calibration: A five year review // Proc. SPIE. 2014. V. 9263. Р. 926316-1–12. DOI: 10.1117/12.2069327.