Журнал «Оптика атмосферы и океана»

Том 33, номер 11, статья № 1

Задворных И. В., Грибанов К. Г., Денисова Н. Ю., Захаров В. И., Imasu R. Метод определения вертикального профиля отношения концентраций HDO/H₂O в атмосфере из спутниковых спектров, измеренных одновременно в двух спектральных диапазонах: тепловом и ближнем ИК. // Оптика атмосферы и океана. 2020. Т. 33. № 11. С. 831–835. DOI: 10.15372/AOO20201101. PDF
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Предложен оригинальный метод решения обратной задачи гиперспектрального спутникового зондирования атмосферы для восстановления вертикального профиля отношения концентраций HDO/H₂O в атмосфере с одновременным обращением спектров теплового и ближнего ИК-диапазонов. Проведен вычислительный эксперимент по восстановлению вертикального профиля относительного содержания изотополога HDO в атмосферном водяном паре с использованием модельных спектров высокого разрешения с параметрами спутникового ИК-Фурье-спектрометра TANSO-FTS/GOSAT-2. Решение обратной задачи выполнено методом оптимального оценивания с учетом одновременного обращения спектров теплового и ближнего ИК-диапазонов. В качестве априорного статистического ансамбля вертикальных профилей концентрации изотопологов водяного пара использовались выходные данные изотопической версии модели общей циркуляции атмосферы ECHAM6-wiso.

Ключевые слова:

дистанционное зондирование, обратная задача, изотопологи водяного пара, GOSAT-2

Список литературы:

1. Craig H. Standard for reporting concentrations of deuterium and oxygen-18 in natural waters // Science. 1961. V. 133. P. 1833–1834.
2. 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 δ¹⁸O 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.
3. 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., Poddubnyi 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.
4. Lee X., Sargent S., Smith R., Tanner B. In situ measurement of the water vapor O^-¹⁸/O^-¹⁶ isotope ratio for atmospheric and ecological applications // J. Atmos. Ocean. Tech. 2005. V. 22. P. 1305–1305.
5. Zakharov V.I., Imasu R., Gribanov K.G., Hoffmann G., Jouzel J. Latitudinal distribution of the deuterium to hydrogen ratio in the atmospheric water vapor retrieved from IMG/ADEOS data // Geophys. Res. Lett. 2004. V. 31, N 12. P. 723–726.
6. Грибанов К.Г., Захаров В.И. О возможности мониторинга соотношения содержаний HDO/H₂O в атмосфере используя наблюдения из космоса уходящего теплового излучения // Оптика атмосф. и океана. 1999. Т. 12, № 9. С. 858–860.
7. Worden J., Bowman K., Noone D., Beer R., Clough S., Eldering A., Fisher B., Goldman A., Gunson M., Herman R., Kulawik S.S., Lampel M., Luo M., Osterman G., Rinsland C., Rodgers C., Sander S., Shephard M., Worden H. Tropospheric emission spectrometer observations of the tropospheric HDO/H₂O ratio: Estimation approach and characterization // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. D006606. 10 p.
8. 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. 2009. V. 325. P. 1374–1377.
9. Pommier M., Lacour J.-L., Risi C., Bréon F.-M., Clerbaux C., Coheur P.-F., Gribanov K., Hurtmans D., Jouzel J., Zakharov V. Observation of tropospheric δD by IASI over western Siberia: Comparison with a general circulation model // Atmos. Meas. Tech. 2014. V. 7. P. 1581–1595.
10. Frankenberg C., Wunch D., Toon G., Risi C., Scheepmaker R., Lee J.-E., Wennberg P., Worden J. Water vapor isotopologue retrievals from high-resolution GOSAT shortwave infrared spectra // Atmos. Meas. Tech. 2013. V. 6. P. 263–274.
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. 2013. V. 6. P. 599–612.
12. National Institute for Environmental Studies (NIES). GOSAT-2 Project. About GOSAT-2: Spacecraft & Instruments [Electron resource]. URL: http://www.gosat-2. nies.go.jp/about/spacecraft_and_instruments/ (last access: 20.02.2020).
13. Rogers C.D. Inverse methods for atmospheric sounding. Theory and practice. Singapore: World Scientific, 2000. 206 p.
14. Ma C., Jiang L. Some research on Levenberg–Marquardt method for the nonlinear equations // Appl. Math. Comput. 2007. V. 184, N 2. P. 1032–1040.
15. Хаматнурова М.Ю., Грибанов К.Г., Захаров В.И. Разработка алгоритмов определения распределения метана в атмосфере из спектров спутникового радиометра IASI/METOP // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 9. С. 794–798; Khamatnurova M.Yu., Gribanov K.G., Zakharov V.I. Development of algorithms for atmospheric methane distribution retrieval from METOP/IASI spectra // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 1. P. 86–90.
16. Schneider M., Hase F., Blumenstock T. Water vapour profiles by ground-based FTIR spectroscopy: Study for an optimized retrieval and its validation // Atmos. Chem. Phys. V. 6. P. 811–830.
17. Denisova N.Y., Gribanov K.G., Werner M., Stukova O.P. Modeling of water isotopes with model ECHAM6-wiso in nudging mode with reanalysis ERA5 // Proc. SPIE. 2018. V. 1083387.
18. 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.
19. 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.
20. 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.