Журнал «Оптика атмосферы и океана»

Том 37, номер 08, статья № 2

Петрова Т. М., Солодов А. М., Солодов А. А., Дейчули В. М., Чеснокова Т. Ю. Параметры линий поглощения CH₄, уширенных давлением атмосферного воздуха, в области 2300 нм. // Оптика атмосферы и океана. 2024. Т. 37. № 08. С. 634–639. DOI: 10.15372/AOO20240802.
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Метан относится к важным парниковым газам, концентрация которых увеличивается в последние десятилетия, что приводит росту температуры поверхности Земли. Для мониторинга содержания метана в атмосфере необходимы точные знания спектра поглощения молекулы СН₄. В настоящей работе в спектральной области 4345–4360 см^-1 представлены параметры линий поглощения метана, уширенных давлением атмосферного воздуха. Данные получены из спектров, зарегистрированных на Фурье-спектрометре Bruker IFS 125HR при комнатной температуре со спектральным разрешением 0,005–0,01 см^-1 для пяти значений давления буферного газа. Проведено моделирование атмосферного пропускания с использованием наших результатов и параметров линий, представленных в спектроскопических базах данных HITRAN и GEISA. Сравнение с измеренными атмосферными солнечными спектрами показало, что определенные в настоящей работе параметры линий поглощения СН₄ дают лучший результат по среднеквадратичному отклонению. Полученные данные могут быть использованы для мониторинга содержания метана в атмосфере Земли.

Ключевые слова:

метан, линии поглощения, атмосферное пропускание, спектроскопические базы данных

Иллюстрации:

Список литературы:

1. IPCC, 2021: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / V. Masson-Delmotte, P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, B. Zhou (eds.). Cambridge: Cambridge University Press, 2021. DOI: 10.1017/ 9781009157896.
2. The Encyclopedia of the Solar System, Third Edition / T. Spohn, D. Breuer, T.V. Johnson (eds.). Amsterdam: Elsevier, 2014. DOI: 10.1016/ C2010-0-67309-3.
3. Sánchez-López A., López-Puertas M., García-Comas M., Funke B., Fouchet T., Snellen I.A.G. The CH₄ abundance in Jupiter’s upper atmosphere // Astron. Astrophys. 2022. V. 662. A91. DOI: 10.1051/0004-6361/202141933.
4. Gordon I.E, Rothman L.S., Hargreaves R.J., Hashemi R., Karlovets E.V., Skinner F.M. Conway E.K., Hill C., Kochanov R.V., Tan Y., Wcisło P., Finenko A.A., Nelson K., Bernath P.F., Birk M., Boudon V., Campargue A., Chance K.V., Coustenis A, Drouin B.J., Flaud J.-M., Gamache R.R., Hodges J.T., Jacquemart D., Mlawer E.J., Nikitin A.V., Perevalov V.I., Rotger M., Tennyson J., Toon G.C., Tran H., Tyuterev V.G., Adkins E.M., Baker A., Barbe A., Canè E., Császár A.G., Dudaryonok A., Egorov O., Fleisher A.J., Fleurbaey H., Foltynowicz A., Furtenbacher T., Harrison J.J., Hartmann J.-M., Horneman V.-M., Huang X., Karman T., Karns J., Kassi S., Kleiner I., Kofman V., Kwabia-Tchana F.M., Lavrentieva N.N., Lee T.J., Long D.A., Lukashevskaya A.A., Lyulin O.M., Makhnev V.Yu., Matt W., Massie S.T., Melosso M., Mikhailenko S.N., Mondelain D., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Perrin A., Polyansky P.L., Raddaoui E., Raston P.L., Reed Z.D., Rey M., Richard C., Tóbiás R., Sadiek I., Schwenke D.W., Starikova E., Sung K., Tamassia F., Tashkun S.A., Auwera J. Vander, Vasilenko I.A., Vigasin A.A., Villanueva G.L., Vispoel B., Wagner G., Yachmenev A., Yurchenko S.N. The HITRAN2020 molecular spectroscopic database. //J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2022. V. 277. P. 107949. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107949.
5. Delahaye T., Armante R., Scott N.A., Jacquinet-Husson N., Chédin A., Crépeau L., Crevoisier C., Douet V., Perrin A., Barbe A., Boudon V., Campargue A., Coudert L.H., Ebert V., Flaud J.-M., Gamache R.R., Jacquemart D., Jolly A., Kwabia-Tchana F., Kyuberis A., Li G., Lyulin O.M., Manceron L., Mikhailenko S., Moazzen-Ahmadi N., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Nikitin A., Perevalov V.I., Richard C., Starikova E., Tashkun S.A., Tyuterev Vl.G., Vander Auwera J., Vispoel B., Yachmenev A., Yurchenko S. The 2020 edition of the GEISA spectroscopic database // J. Mol. Spectrosc. 2021. V. 380. P. 111510. DOI: 10.1016/j.jms.2021.111510.
6. Daumont L., Nilitin A.V., Thomas X., Regalia L., Von der Heyden P., Tyuterev Vl.G., Rey M., Boudon V., Wenger C., Loete M., Brown L.R. New assignments in the 2 mm transparency window of the ¹²CH₄ octad band system // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 116. P. 101–109. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2012.08.025.
7. Brown L.R., Chris Benner D., Champion J.-P., Malathy Devi V., Fejard I., Gamache R.R., Gabard T., Hilico C., Lavorel B., Loete M., Mellau G.Ch., Nikitin A., Pine A.S., Predoi-Cross A., Rinsland C.P., Robert O., Sams R.L., Smith M.A.H., Tashkun S.A., Tyuterev Vl.G. Methane line parameters in HITRAN // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2003. V. 82. P. 219–238. DOI: 10.1016/S0022-4073(03)00155-9.
8. Predoi-Cross A., Brawley-Tremblay M., Brown L.R., Malathy Devi V., Chris Benner D. Multispectrum analysis of ¹²CH₄ from 4100 to 4635 cm^-¹: II Air-broadening coefficients (widths and shift) // J. Mol. Spectrosc. 2006. V. 236. P. 201–215. DOI: 10.1016/j.jms.2006. 01.013.
9. Albert S., Bauerecker A., Boudon V., Brown L.R., Champion J.P., Loete M., Nikitin A., Quack M. Global frequency and intensity analysis of ¹²CH₄ in the 0–4800 cm^-¹ region // Chem. Phys. 2009. V. 356. P. 131–146. DOI: 10.1016/j.chemphys.2008.10.019.
10. Pan L., Edwards D.P., Gille J.C., Smith M.W., Drummond J.R. Satellite remote sensing of tropospheric CO and CH₄: Forward model studies of the MOPITT instrument // Appl. Opt. 1995. V. 34, N 30. P. 6976–6988. DOI: 10.1364/AO.34.006976.
11. Chesnokova T.Yu., Boudon V., Gabard T., Gribanov K.G., Firsov K.M., Zakharov V.I. Near-infrared radiative transfer modeling with different CH₄ spectroscopic databases to retrieve atmospheric methane total amount // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2011. V. 112. P. 2676–2682. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2011.08.005.
12. Deichuli V.M., Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Starikov V.I. Measurements of air-broadening parameters of water vapour transitions in the 5090–7490 cm⁻¹ spectral region // Mol. Phys. 2023. V. 121. P. 5–15. DOI: 10.1080/00268976.2023.2216133.
13. Ngo N.H., Lisak D., Tran H., Hartmann J.-M. An isolated line-shape model to go beyond the Voigt profile in spectroscopic databases and radiative transfer codes // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 129. P. 89–100. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2013.05.034.
14. Tran H., Ngo N.H., Hartmann J.-M. Efficient computation of some speed-dependent isolated line profiles // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 129. P. 199–203. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2013.06.015.
15. Loos J., Birk M., Wagner G. Measurement of positions, intensities and self-broadening lineshape parameters of H₂O lines in the spectral ranges 1850–2280 cm^–1 and 2390–4000 cm^-¹ // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2017. V. 203. P. 119–132. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2017.02.013.
16. Deichuli V.M., Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Fedorova A.A. Water vapor absorption line parameters in the 6760–7430 cm^-¹ region for application to CO₂- rich planetary atmosphere // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2022. V. 293. P. 108386. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2023.108850.
17. 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. DOI: 10.5194/ acp-14-5943-2014.
18. The NCEP/NCAR Reanalysis Project. Boulder: Physical Sciences Laboratory, 2024. URL: http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/reanalysis/ (last access: 00.00.0000).
19. Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler R., Collins W., Deaven D., Gandin L., Iredel M., Saha S., White G., Woollen J., Zhu Y., Leetma A., Reynolds B., Chelliah M., Ebisuzaki W., Higgins W., Janowiak J., Mo K.C., Ropelewsk C., Wang J., Jenne R., Joseph D. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project // Bull. Am. Meteorol. Soc. 1996. V. 77. P. 437–472. DOI: 10.1175/1520-0477.
20. Hase F., Hannigan J.W., Coffey M.T., Goldman A., Höpfner M., Jones N.B., Rinsland C.P., Wood 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. P. 25–52. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2003.12.008.