Временные и пространственные вариации уходящего теплового излучения Земли по данным спутникового ИК-зондировщика ИКФС-2

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Современные изменения климата Земли обусловлены нарушениями её радиационного баланса (РБ). В работе проанализированы изменения одной из компонент РБ – среднегодовых и среднемесячные глобальных и широтных значений уходящего теплового излучения или собственного излучения Земли (СИЗ) в спектральной области 660–1300 см-1 за период 2015–2022 гг. по измерениям ИК Фурье-спектрометра ИКФС-2, расположенного на борту спутника “Метеор-М” № 2.

В работе показано, что СИЗ на глобальном масштабе в спектральной области 660–1300 см-1 в среднем уменьшается за период 2015–2022 гг. Так, среднее глобальное интегральное излучение в этом же диапазоне длин волн уменьшилось на ~0.5 Вт м-2 за 2015–2022 гг. Наиболее выраженное уменьшение СИЗ наблюдается в тропиках, а наименее выраженное – в полярных широтах. Кроме того, в тропиках наблюдается отрицательный тренд интегрального СИЗ (до 0.95–1.3±0.1 Вт м-2 за 8 лет) с относительно высоким коэффициентом детерминации (0.46–0.57), тогда как в полярных и средних широтах выраженного тренда не наблюдается.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. М. Тимофеев

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: akulishe95@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Г. М. Неробелов

Санкт-Петербургский государственный университет; Научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН; Российский государственный гидрометеорологический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: akulishe95@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Д. А. Козлов

АО ГНЦ “Центр Келдыша”

Email: akulishe95@mail.ru
Россия, Москва

И. С. Черкашин

АО ГНЦ “Центр Келдыша”

Email: akulishe95@mail.ru
Россия, Москва

П. М. Неробелов

Санкт-Петербургский государственный университет; Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: akulishe95@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

А. Н. Рублев

НИЦ «Планета» (Европейский центр)

Email: akulishe95@mail.ru
Россия, Москва

А. Б. Успенский

НИЦ «Планета» (Европейский центр)

Email: akulishe95@mail.ru
Россия, Москва

Ю. В. Киселева

НИЦ «Планета» (Европейский центр)

Email: akulishe95@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Акентьева Е. М., Александров Е. И., Алексеев Г. В., Анисимов О. А., Балонишникова Ж. А., Булыгина О. Н., Георгиевский В. Ю., Докукин М. Д., Ефимов С. В., Иванов Н. Е., Калов Х. М., Катцов В. М., Киселев А. А., Клепиков А. В., Клюева М. В., Кобышева Н. В., Оганесян В. В., Павлова В. Н., Павлова Т. В., Постнов А. А., Стадник В. В., Солдатенко С. А., Хлебникова Е. И., Шалыгин А. Л., Школьник И. М. Доклад о климатических рисках на территории Российской Федерации. Санкт-Петербург, 2017. 106 с.
  2. Будыко М. И. Изменение климата. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 38 с.
  3. Головин Ю. М., Завелевич Ф. С., Никулин А. Г., Козлов Д. А., Монахов Д. О., Козлов И. А., Архипов С. А., Целиков В. А., Романовский А. С. Бортовые инфракрасные Фурье-спектрометры для температурно-влажностного зондирования атмосферы Земли // Исслед. Земли из космоса. 2013. № 6. С. 25–37.
  4. Завелевич Ф. С., Головин Ю. М., Десятов А. В., Козлов Д. А., Мацицкий Ю. П., Никулин А. Г., Травников Р. И., Романовский А. С., Архипов С. А., Целиков В. А. Технологический образец бортового инфракрасного Фурье-спектрометра ИКФС-2 для температурного и влажностного зондирования атмосферы Земли // Труды Всероссийской конференции “Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса”. М., ИКИ РАН. 10–14 ноября 2008 г. Сб. научных статей, изд. “Азбука-2000”, 2009. Т. 1. № 6. С. 259–266.
  5. Катцев В. М., Семенов С. М. (научные руководители работ по подготовке доклада). Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Ижевск: Типография ИП Пермякова С. А., 2014. 1009 с.
  6. Тимофеев Ю. М., Васильев А. В. Теоретические основы атмосферной оптики. СПб.: Наука, 2003. 474 с.
  7. Тимофеев Ю. М., Поляков А. В., Козлов Д. А., Завелевич Ф. С., Головин Ю. М., Делер В., Эртель Д., Шпенкух Д. Сопоставление спектров уходящего теплового ИК излучения разных лет // Исследование Земли из космоса. 2018. № 5. С. 65–72.
  8. Успенский А. Б., Рублев А. Н., Козлов Д. А., Голомолзин В. В., Киселева Ю. В., Козлов И. А., Никулин А. Г. Мониторинг основных климатических переменных атмосферы по данным спутникового ИК-зондировщика ИКФС-2 // Метеорология и гидрология. 2022. T. 11. С. 5–18.
  9. Успенский А. Б., Тимофеев Ю.М, Козлов Д. А., Черный И. В. Развитие методов и средств дистанционного температурно-влажностного зондирования земной атмосферы // Метеорология и гидрология. 2021. T. 12. С. 33–44.
  10. Anderson J. G., Dykema, R. M. Goody, H. Hu, D. B. Kirk-Davidoff. Absolute, spectrally-resolved, thermal radiance: a benchmark for climate monitoring from space // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. 2004. V. 85. P. 367–383.
  11. Bernet L., von Clarmann T., Godin-Beekmann S., Ancellet G., Maillard Barras E., Stübi R., Steinbrecht W., Kämpfer N., Hocke K. Ground-based ozone profiles over central Europe: Incorporating anomalous observations into the analysis of stratospheric ozone trends // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 4289–4309.
  12. Brindley H. E., Bantges R. J. The Spectral Signature of Recent Climate Change // Curr Clim Change Rep. 2016. V. 2. P. 112–126.
  13. Brindley H., Bantges R., Russell J., Murray J., Dancel C., Belotti C., Harries J. Spectral signatures of earth’s climate variability over 5 years from IASI // J. Clim. 2015. V. 28. P. 1649–1660.
  14. Brindley H. E., Harries J. E. Observations of the infrared outgoing spectrum of the Earth from space: The effects of temporal and spatial sampling // J. Climate. 2003. V. 16 (22). P. 3820–3833.
  15. Ceppiand P., Nowack P. Observational evidence that cloud feedback amplifies global warming // Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences. 2021. 118 (30).
  16. Dewitte S. and Clerbaux N. Decadal Changes of Earth’s Outgoing Longwave Radiation // Remote Sensing. 2018. V. 10 (10). P. 1–7.
  17. Dewitte, S., Clerbaux, N. Measurement of the Earth Radiation Budget at the top of atmosphere – A review // Remote Sens. 2017. V. 9(11), P. 1–13.
  18. Dübal, H.-R., Vahrenholt, F. Radiative Energy Flux Variation from 2001–2020 // Atmosphere. 2021. V. 12 (10). P. 1–19.
  19. Forster P., Storelvmo T., Armour K., Collins W., Dufresne J.-L., Frame D., Lunt D. J., Mauritsen T., Palmer M. D., Watanabe M., Wild M., Zhang H. The Earth’s Energy Budget, Climate Feedbacks, and Climate Sensitivity, in: Climate Change 2021: The Physical Science Basis, Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 2021. P. 923–1054.
  20. Harries J. E., Brindley H. E., Sagoo P. J., Bantges R. J. Increases in greenhouse forcing from the Earth’s outgoing longwave spectra in 1970 and 1997 // Nature. 2001. V. 410. P. 355–357.
  21. Lee H., J. Romero (eds.). IPCC, 2023: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2023: Synthesis Report. A Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. IPCC, Geneva, Switzerland, 2023. P. 36 (in press).
  22. Loeb N. G., Johnson G. C., Thorsen T. J., Lyman J. M., Rose F. G., Kato S. Satellite and ocean data reveal marked increase in Earth’s heating rate // Geophysical Research Letters. 2021. V. 48. P. 1–8.
  23. Loeb N. G., Manalo-Smith N., Su W., Thomas M. S., Thomas Su. CERES Top-of-Atmosphere Earth Radiation Budget Climate Data Record: Accounting for in-Orbit Changes in Instrument Calibration // Remote Sens. 2016. V. 8. P. 1–14.
  24. Phulpin T., Blumstein D., Prel F., Tournier B., Prunet P., Schlüssel P. Applications of IASI on MetOp-A: first results and illustration of potential use for meteorology, climate monitoring and atmospheric chemistry. Proceedings of The International Society for Optical Engineering, San Diego, California, United States. September 2007. P. 1–12.
  25. Raghuraman S. P., Paynter D., Ramaswamy V. Anthropogenic forcing and response yield observed positive trend in Earth’s energy imbalance // Nat Commun, 2021. V. 12. P. 1–10.
  26. Shunlin L., Dongdong W., Tao H., Yueyun Y. Remote sensing of earth’s energy budget: synthesis and review // International Journal of Digital Earth. 2019. № 7. P. 737–780.
  27. Susskind J., Molnar G., Iredell L., Loeb N. G. Interannual variability of outgoing longwave radiation as observed by AIRS and CERES // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. P. 1–18.
  28. Timofeyev Yu.M., Uspensky A. B., Zavelevich F. S., Polyakov A. V., Virolainen Y. A., Rublev A. N., Kukharsky A. V., Kiseleva J. V., Kozlov D. A., Kozlov I. A., Nikulin A. G., Pyatkin V. P., Rusin E. V. Hyperspectral infrared atmospheric sounder IKFS-2 on “Meteor-M” No. 2 – Four years in orbit // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2019. V. 238. P. 1–19.
  29. Wang L., Chen Y. Inter-comparing S-NPP and NOAA-20 CrIS toward measurement consistency and climate data records // IEEE J. Sel. Top. Appl. Earth Obs. Remote Sens. 2019. V. 12. P. 2024–2031.
  30. Wang T., Zhou L., Tan C., Divakarla M., Pryor K., Warner J., Wei Z., Goldberg M., Nalli N. R. Validation of Near-Real-Time NOAA-20 CrIS Outgoing Longwave Radiation with Multi-Satellite Datasets on Broad Timescales // Remote Sens. 2021. V. 13 (19). P. 1–14.
  31. Whitburn S., Clarisse L., Bouillon M., Safieddine S., George M., Dewitte S., De Longueville H., Coheur P.-F., Clerbaux C. Trends in spectrally resolved outgoing longwave radiation from 10 years of satellite measurements // Climate and Atmospheric Science. 2021. V. 4. P. 1–8.
  32. Whitburn S., Clarisse L., Crapeau M., August T., Hultberg T., Coheur P. F., Clerbaux C. A CO2-independent cloud mask from Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI) radiances for climate applications // Atmos. Meas. Tech. 2022. V. 15. P. 6653–6668.
  33. Wielicki B., Barkstom B. R., Harrison E. F., Lee R. B., III, Smith G. L., Cooper J. Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES): An earth observing system experiment // Bull. Am. Meteorol. Soc. 1996. V. 77. P. 853–868.
  34. Zhang K., Goldberg M. D., Sun F., Zhou L., Wolf W. W., Tan C., Liu Q. Estimation of near-real-time outgoing longwave radiation from Cross-Track Infrared Sounder (CrIS) radiance measurements // J. Atmos. Ocean. Technol. 2017. V. 34. P. 643–655.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Спектры разностей среднегодового глобального СИЗ в диапазоне 660–1300 см-1 за 2016–2022 гг. относительно 2015 г. по данным измерений ИКФС-2

Скачать (491KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Временное изменение среднегодового глобального интегрального СИЗ в спектральной области 660–1300 см-1 за 2016–2022 гг. относительно 2015 г. по данным измерений ИКФС-2

Скачать (64KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Временное изменение спектра средних глобальных ЯТ Земли в спектральной области 660–1300 см-1 за 2016–2022 гг. относительно 2015 г.

Скачать (502KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Средние за 2015–2022 гг. спектры СИЗ в диапазоне 660–1300 см-1 для шести широтных зон на основе измерений ИКФС-2

Скачать (371KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры разностей среднегодового СИЗ за 2016–2022 гг. относительно 2015 г. в диапазоне 660–1300 см-1 в северном (слева) и южном (справа) полушариях для шести широтных зон (90° с. ш. –90° ю.ш с шагом в 30°)

Скачать (813KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Спектры разностей средних ЯТ за 2016–2022 гг. по сравнению с 2015 г. в диапазоне 660–1300 см-1 в северном (слева) и южном (справа) полушариях Земли для шести широтных зон (90° с. ш. –90° ю.ш с шагом в 30°)

Скачать (622KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Временные изменения среднегодовых интегральных СИЗ в спектральной области 660–1300 см-1 за 2016–2022 гг. относительно 2015 г. в северном (а) и южном (б) полушариях по данным ИКФС-2

Скачать (155KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Временные ряды глобального среднемесячного интегрального СИЗ на основе данных ИКФС-2 и модели МЛР за 2015–2022 гг.

Скачать (250KB)
Метаданные


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».