Измерения общего содержания озона в области 4.7 мкм ИК Фурье-спектрометром среднего разрешения и сопоставление со спутниковыми данными

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Представлены результаты измерений наземной аппаратурой МР-32 общего содержания озона (ОСО) на ст. Обнинск (55.11N; 36.60E). На основе анализа спектров поглощения солнечного излучения, измеренных в 2015–2022 гг. Фурье-спектрометром среднего разрешения (0.12 см−1), были определены рабочие спектральные интервалы в области 4.7 мкм. Для расчетов общего содержания озона использовалась программа SFIT4. Сопоставление результатов измерений ОСО прибором МР-32 со спутниковыми данными OMPS, OMI и SBUV(MOD) показало хорошее согласие. Коэффициенты корреляции составляют 0.93–0.97, а по данным спектрального и кросскорреляционного вейвлетного анализа наземных и спутниковых данных вариации основных колебаний в области периодов 4–60 мес. происходят практически синхронно. Систематические рассогласования между среднедневными наземными и спутниковыми измерениями ОСО составляют (−0.8 ± 3.6)%, (−0.2 ± 3.7)% и (−2 ± 5)% для OMPS, OMI и SBUV(MOD) соответственно.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

К. Н. Вишератин

ФГБУ НПО “Тайфун”

Автор, ответственный за переписку.
Email: kvisher@rpatyphoon.ru
Россия, Обнинск

Е. Л. Баранова

ФГБУ НПО “Тайфун”

Email: kvisher@rpatyphoon.ru
Россия, Обнинск

Г. И. Бугрим

ФГБУ НПО “Тайфун”

Email: kvisher@rpatyphoon.ru
Россия, Обнинск

Е. И. Краснопеева

ФГБУ НПО “Тайфун”

Email: kvisher@rpatyphoon.ru
Россия, Обнинск

В. П. Устинов

ФГБУ НПО “Тайфун”

Email: kvisher@rpatyphoon.ru
Россия, Обнинск

А. В. Шилкин

ФГБУ НПО “Тайфун”

Email: kvisher@rpatyphoon.ru
Россия, Обнинск

Список литературы

  1. Арефьев В.Н., Вишератин К.Н. Молекулярное поглощение излучения в окне прозрачности атмосферы 3,5–4,1 мкм // Труды ИЭМ. 1980. Вып. 10(84). С. 91–101.
  2. Виролайнен Я.А., Тимофеев Ю.М., Поберовский А.В., Поляков А.В., Шаламянский А. М. Эмпирические оценки погрешностей измерений общего содержания озона различными методами и приборами // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30. № 2. С. 170–176. doi: 10.15372/AOO20170210
  3. Вишератин К.Н., Каменоградский Н.Е., Кашин Ф.В., Семенов В.К., Синяков В.П., Сорокина Л.И. Спектрально-временная структура вариаций общего содержания озона в атмосфере центральной части Евразии // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2006. Т. 42. № 2. C. 205–223.
  4. Вишератин К.Н., Нерушев А.Ф., Орозалиев М.Д., ZhengX., Sun Sh., Liu L. Временная изменчивость общего содержания озона в Азиатском регионе по данным наземных и спутниковых измерений. // Исследование Земли из космоса. 2017, № 1, С. 59–68.
  5. Вишератин К.Н., Баранова Е.Л., Бугрим Г.И., Иванов В.Н., Краснопеева Е.И., Сахибгареев Д.Г., Устинов В.П., Шилкин А.В. Вариации приземных концентраций и общего содержания СО2 и СН4 над станцией Обнинск в 1998–2021 гг.// Изв.РАН. Физика атмосферы и океана. 2023. Т. 59. № 2. С. 200–216.
  6. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2021 год. Москва, 2022. 104 с.
  7. Кашкин В.Б., Рублева Р.Г., Хлебопрос Р.Г. Стратосферный озон: вид с космической орбиты. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2015. 184 с. ISBN 978-5-7638-3348-5.
  8. Перов С.П., Хргиан А.Х. Современные проблемы атмосферного озона. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 288 с.
  9. Тимофеев Ю.М. Исследование атмосферы Земли методом прозрачности. СПб.: Наука, 2016. 367 с.
  10. Barbe A., Mikhailenko S., Starikova E., Tyuterev V. High Resolution Infrared Spectroscopy in Support of Ozone Atmospheric Monitoring and Validation of the Potential Energy Function // Molecules. 2022. V. 27. P. 911. https://doi.org/10.3390/molecules27030911
  11. Bodeker G.E., Nitzbon J., Tradowsky J.S., Kremser S., Schwertheim A., Lewis J. A global total column ozone climate data record // Earth Syst. Sci. Data. 2021. V. 13. P. 3885–3906. https://doi.org/10.5194/essd-13-3885-2021
  12. Bojilova R., Mukhtarov P., Miloshev N. Latitude Dependence of the Total Ozone Trends for the Period 2005–2020: TOC for Bulgaria in the Period 1996–2020 // Atmosphere. 2022. V. 13. P. 918. https://doi.org/10.3390/atmos13060918
  13. Coldewey-Egbers M., Loyola D.G., Lerot C., Van Roozendael M. Global, regional and seasonal analysis of total ozone trends derived from the 1995–2020 GTO-ECV climate data record // Atmos. Chem. Phys. 2022. V. 22. P. 6861–6878. https://doi.org/10.5194/acp-22-6861-2022
  14. Cracknell A.P., Varotsos C. A. Remote sensing and atmospheric ozone // Springer-Verlag Berlin. 2012. 662 p. doi: 10.1007/978-3-642-10334-6.
  15. García O.E., Schneider M., Sepúlveda E., Hase F., Blumenstock T., Cuevas E., Ramos R., Gross J., Barthlott S., Röhling A. N., Sanromá E., González Y., Gómez-Peláez A.J., Navarro-Comas M., Puentedura, O., Yela M., Redondas A., Carreño V., León-Luis S. F., Reyes E., García R. D., Rivas P. P., Romero-Campos P. M., Torres C., Prats N., Hernández M., and López C. Twenty years of groundbased NDACC FTIR spectrometry at Izaña Observatory – overview and long-term comparison to other techniques // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21. P. 15519–15554. https://doi.org/10.5194/acp-21-15519-2021
  16. García O.E., Schneider M., Hase F., Blumenstock T., Sepúlveda E., González Y. Quality assessment of ozone total column amounts as monitored by ground-based solar absorption spectrometry in the near infrared (>3000 cm−1) // Atmos. Meas.Tech. 2014. V. 7. P. 3071–3084. https://doi.org/10.5194/amt-7-3071-2014
  17. García O.E., Sanromá E., Schneider M., Hase F., León-Luis S.F., Blumenstock T., Sepúlveda E., Redondas A., Carreño V., Torres C., Prats N. Improved ozone monitoring by ground-based FTIR spectrometry // Atmos. Meas. Tech. 2022. V. 15. P. 2557–2577. https://doi.org/10.5194/amt-15-2557-2022
  18. 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. et al. The HITRAN2020 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2022. V. 277. P. 107949. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2021.107949
  19. Gröbner J., Schill H., Egli L., Stübi R. Consistency of total column ozone measurements between the Brewer and Dobson spectroradiometers of the LKO Arosa and PMOD/WRC Davos // Atmos. Meas. Tech. 2021. V. 14. P. 3319–3331. https://doi.org/10.5194/amt-14-3319-2021, 2021.
  20. Infraspek. 2021. http://www.infraspek.ru/produktsiya/spektrometryi/fsm-2203-2/
  21. IRWG, 2014. Infrared Working Group Uniform Retrieval Parameter Summary, Tech. rep., http://www.acom.ucar.edu/irwg/IRWG_Uniform_RP_Summary-3.pdf
  22. Janssen C., Boursier C., Jeseck P., Té Y. Line parameter study of ozone at 5 and 10µm using atmospheric FTIR spectra from the ground: A spectroscopic database and wavelength region comparison // Journal of Molecular Spectroscopy. 2016. V. 326. P. 48–59. doi: 10.1016/j.jms.2016.04.003.
  23. Kagawa A., Kasai Y., Jones N.B., Yamamori M., Seki K., Murcray F., Murayama Y., Mizutani K., Itabe T. Characteristics and error estimation of stratospheric ozone and ozone-related species over Poker Flat (651N, 1471W), Alaska observed by a ground-based FTIR spectrometer from 2001 to 2003 // Atmos Chem Phys. 2007. V. 7. P. 3791–3810. www.atmos-chem-phys.net/7/3791/2007
  24. Levelt P. F., Joiner J., Tamminen J., Veefkind J.P., Bhartia P.K., Stein Zweers D.C., Duncan B.N., Streets D. G., Eskes H., van der A R., McLinden C., Fioletov V. et al. The Ozone Monitoring Instrument: overview of 14 years in space // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18. P. 5699–5745. https://doi.org/10.5194/acp-18-5699-2018
  25. Lindenmaier R., Batchelor R.L., Strong K., Fast H., Goutail F., Kolonjari F., Thomas McElroy C., Mittermeier R.L. Walker K.A. An evaluation of infrared microwindows for ozone retrievals using the Eureka Bruker 125HR Fourier transform spectrometer // J. Quant. Spectrosc. Rad. 2010. V. 111. P. 569–585. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2009.10.013
  26. McPeters R., Kroon M., Labow G., Brinksma E., Balis D., Petropavlovskikh I., Veefkind J.P., Bhartia P.K., Levelt P.F. Validation of the Aura Ozone Monitoring Instrument total column ozone product // J. Geophys. Res. 2008. V.113. D15S14. doi: 10.1029/2007JD008802.
  27. McPeters R., Frith S., Kramarova N., Ziemke J., Labow G. Trend quality ozone from NPP OMPS: the version 2 processing // Atmos. Meas. Tech. 2019. V. 12. P. 977–985. https://doi.org/10.5194/amt-12-977-2019
  28. Nerobelov G., Timofeyev Y., Virolainen Y., Polyakov A., Solomatnikova A., Poberovskii A., Kirner O., Al-Subari O., Smyshlyaev S., Rozanov E. Measurements and Modelling of Total Ozone Columns near St. Petersburg, Russia // Remote Sens. 2022. V. 14. P. 3944. https://doi.org/10.3390/rs14163944
  29. Orfanoz-Cheuquelaf A., Rozanov A., Weber M., Arosio C., Ladstätter-Weißenmayer A., Burrows J.P. Total ozone column from Ozone Mapping and Profiler Suite Nadir Mapper (OMPS-NM) measurements using the broadband weighting function fitting approach (WFFA) // Atmos. Meas. Tech. 2021. V. 14. P. 5771–5789. https://doi.org/10.5194/amt-14-5771-2021
  30. Plaza-Medina E.F., Stremme W., Bezanilla A., Grutter M., Schneider M., Hase F., Blumenstock T. Ground-based remote sensing of O3 by high- and medium-resolution FTIR spectrometers over the Mexico City basin // Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10. P. 2703–2725. https://doi.org/10.5194/amt-10-2703-2017
  31. Rinsland C.P., Connor B.J., Jones N.B., Boyd I., Matthews W.A., Goldman A, Murcray F.J., Murcray D.G., David S.J., Pougatchev N.S. Comparison of infrared and Dobson total ozone columns measured from Lauder, New Zealand // Geophys. Res. Lett. 1996. V. 23. P. 1025–1028.
  32. Rodgers C.D. Characterization and error analysis of profiles retrieved from remote sounding measurements // J. Geophys. Res. 1990. V. 95. P. 5587–5595.
  33. Rodgers C.D. Inverse methods for atmospheric sounding: theory and practice. Series on atmospheric, oceanic and planetary physics. Vol. 2. // New Jersey: World Scientific Publishing Ltd. 2000. 238 p.
  34. Senten C., De Mazière M., Vanhaelewyn G., Vigouroux C. Information operator approach applied to the retrieval of the vertical distribution of atmospheric constituents from ground-based high-resolution FTIR measurements // Atmos. Meas. Tech. 2012. V. 5. P. 161–180. https://doi.org/10.5194/amt-5-161-2012
  35. SFIT. The University Corporation for Atmospheric Research, https://wiki.ucar.edu/display/sfit4
  36. Takele Kenea S., Mengistu Tsidu G., Blumenstock T., Hase F., von Clarmann T., Stiller G.P. Retrieval and satellite intercomparison of O3 measurements from ground-based FTIR Spectrometer at Equatorial Station: Addis Ababa, Ethiopia // Atmos.Meas. Tech. 2013. V. 6. P. 495–509. https://doi.org/10.5194/amt-6-495-2013
  37. Timofeyev Y., Virolainen Y., Makarova M., Poberovsky A., Polyakov A., Ionov D., Osipov S., Imhasin H. Ground-based spectroscopic measurements of atmospheric gas composition near Saint Petersburg (Russia) // J. Molecular Spectroscopy. 2016. V. 323. P. 2–14. doi: 10.1016/j.jms.2015.12.007.
  38. Viatte C., Gaubert B., Eremenko M., Hase F., Schneider M., Blumenstock T., Ray M., Chelin P., Flaud J.-M., Orphal J. Tropospheric and total ozone columns over Paris (France) measured using medium-resolution ground-based solar-absorption Fourier-transform infrared spectroscopy // Atmos. Meas. Tech. 2011. V. 4. P. 2323–2331. doi: 10.5194/amt-4-2323-2011.
  39. Virolainen Y.A., Poberovsky A.V. Intercomparison of satellite and ground-based ozone total column measurements // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2013. V. 49(9). P. 993–1001. doi: 10.1134/S0001433813090235.
  40. Visheratin K.N. Analytical method for suppressing Gibbs lobes in spectral analysis // XXVII International Symposium "Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics" July 05–09, 2021, Moscow. doi: 10.13140/RG.2.2.15826.48327.
  41. WACCAM. Whole Atmosphere Community Climate Model, https://www2.acom.ucar.edu/gcm/waccm; ftp://acd.ucar.edu/user/jamesw/IRWG/2013/
  42. WMO, 2022. World Meteorological Organization Executive Summary. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2022, GAW Report No. 278. 56 p. https://ozone.unep.org/science/assessment/sap/
  43. Wunch D., Taylor J.R., Fu D., Bernath P., Drummond J.R., Midwinter C., Strong K., Walker K.A. Simultaneous ground-based observations of O3, HCl, N2O, and CH4 over Toronto, Canada by three Fourier transform spectrometers with different resolutions // Atmos. Chem. Phys. 2007. V. 7. P. 1275–1292. doi: 10.5194/acp-7-1275-2007.
  44. Yamanouchi S., Strong K., Colebatch O., Conway C., Jones D.B.A., Lutsch E., Roche S. Atmospheric trace gas trends obtained from FTIR column measurements in Toronto, Canada from 2002–2019 // Environ. Res. Commun.2021. V. 3. N. 5. doi: 10.1088/2515–7620/abfa65.
  45. Zhou M., Wang P., Langerock B., Vigouroux C., Hermans C., Kumps N., Wang T., Yang Y., Ji D., Ran L., Zhang J., Xuan Y., Chen H., Posny F., Duflot V., Metzger J.-M., De Mazière M. Ground-based Fourier transform infrared (FTIR) O3 retrievals from the 3040 cm−1 spectral range at Xianghe, China // Atmos. Meas. Tech. 2020. V. 13. P. 5379–5394. https://doi.org/10.5194/amt-13-5379-2020, 2020

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Вклад различных составляющих в спектр пропускания атмосферой солнечного излучения вблизи 4.7 мкм (спектр от 27 сентября 2022 г., 11 ч 24 мин).

Скачать (290KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Пример восстановления вертикального профиля озона в интервале 2126–2129 см−1: а – измеренный (1) и рассчитанный (2) спектры и разность ∆ между расчетом и измерениями; б – априорный (O3apr) и восстановленный (O3ret) профили, Sm – измерительная и Stot – полная случайные погрешности; в – усредняющие ядра (Ak) для различных слоев.

Скачать (299KB)
Метаданные
4. Рис. 3. То же для интервала 2130–2132 см–1.

Скачать (245KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Временной ход попарно совпадающих среднедневных ОСО по спутниковым и наземным измерениям: а – временные ряды и разности ∆(%) спутниковых и наземных измерений; б – регрессионные зависимости.

Скачать (387KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Среднемесячные ряды ОСО по наземным и спутниковым данным (а) и их амплитудные спектры (б). На спектрах горизонтальные штриховые линии соответствуют значимости спектральных гармоник 2σ.

Скачать (306KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Кросс-корреляционная вейвлетограмма среднемесячных значений ОСО по данным ст. Обнинск и OMPS. Цветовая шкала в отн. ед. Значения, превышающие доверительный интервал 95%, выделены жирной линией. Направления стрелок вправо соответствуют синхронности колебаний.

Скачать (332KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

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».