Определение общего содержания диоксида углерода в атмосфере по данным спутникового фурье-спектрометра ИКФС-2: анализ и опыт применения

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

На основе ретроспективного сопоставления с данными наземных спектроскопических измерений в Петергофе Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) и самолетных измерений в районе Новосибирского водохранилища Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева (ИОА), проведенных в 2019–2022 гг., выполнен анализ результатов применения новой версии регрессионной методики определения общего содержания диоксида углерода XCO2 (мольной доли атмосферного CO2 в сухом воздухе) по измерениям инфракрасного фурье-спектрометра ИКФС-2 российского метеорологического спутника “Метеор-М” №2. Дано описание внесенных изменений в методику с целью повышения точности спутниковых оценок. Так, для компенсации влияния изменения характеристик ИКФС-2 во время длительного полета на оценки XCO2 используется их калибровка по результатам наземных измерений обсерватории NOAA на вулкане Мауна-Лоа (остров Гавайи). После калибровки и фильтрации облачных сцен расхождение спутниковых оценок с данными наземных и самолетных измерений характеризуется средним квадратическим отклонением ~4 млн-1 или 1% от общего содержания XCO2. Чтобы ускорить адаптацию регрессионного алгоритма оценки XCO2 к данным ИКФС-2 на новых спутниках предлагается дополнительно к контактным измерениям концентраций CO2 использовать оценки XCO2 наземной сети TCCON. Также в регрессиях в качестве еще одного предиктора, характеризующего состояние прибора, целесообразно использовать толщину криоосадка на стекле фотоприемника ИКФС-2.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Н. Рублев

Научно-исследовательский центр “Планета”

Автор, ответственный за переписку.
Email: alex.rublev@mail.ru
Россия, Москва

В. В. Голомолзин

Научно-исследовательский центр “Планета”

Email: alex.rublev@mail.ru
Россия, Москва

А. Б. Успенский

Научно-исследовательский центр “Планета”

Email: alex.rublev@mail.ru
Россия, Москва

Ю. В. Киселева

Научно-исследовательский центр “Планета”

Email: alex.rublev@mail.ru
Россия, Москва

Д. А. Козлов

Исследовательский центр имени М.В. Келдыша

Email: alex.rublev@mail.ru
Россия, Москва

Б. Д. Белан

Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН (ИОА)

Email: alex.rublev@mail.ru
Россия, Томск

М. Ю. Аршинов

Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН (ИОА)

Email: alex.rublev@mail.ru
Россия, Томск

Ю. М. Тимофеев

Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ)

Email: alex.rublev@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. В. Панов

Институт леса им В.Н. Сукачева СО РАН

Email: alex.rublev@mail.ru
Россия, Красноярск

А. С. Прокушкин

Институт леса им В.Н. Сукачева СО РАН

Email: alex.rublev@mail.ru
Россия, Красноярск

Список литературы

  1. Анохин Г.Г., Антохин П.Н., Аршинов М.Ю., Барсук В.Е., Белан Б.Д., Белан С.Б., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Козлов В.С., Морозов М.В., Панченко М.В., Пеннер И.Э., Пестунов Д.А., Сиков Г.П., Симоненков Д.В., Синицын Д.С., Толмачев Г.Н., Филиппов Д.В., Фофонов А.В. Чернов Д.Г., Шаманаев В.С., Шмаргунов В.С. Самолет ‒ лаборатория ТУ-134 “Оптик” // Оптика атмосферы и океана. 2011. Т. 24. № 9. С. 805‒816.
  2. Антонович В.В., Антохина О.Ю., Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б., Гурулева Е.В., Давыдов Д.К., Дудорова Н.В., Ивлев Г.А., Козлов, А.В., Рассказчикова Т.М., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Основные результаты мониторинга состава воздуха на территории Западной Сибири и акватории Российского сектора Арктики, проведенного ИОА СО РАН с помощью стационарных и мобильных комплексов // Сборник тезисов “Международный симпозиум «Атмосферная радиация и динамика» (МСАРД-2023)”.Санкт-Петербург. 2023. C. 8‒9.
  3. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Иноуйе Г., Максютов Ш., Мачида Т., Фофонов А.В. Вертикальное распределение парниковых газов над Западной Сибирью по данным многолетних измерений // Оптика атмосферы и океана. 2009. Вып. 22. № 5. C. 457‒464.
  4. База данных измерений сети TCCON. URL: https://tccondata.org/plots/public (Дата обращения 10.01.2024).
  5. Белан Б.Д. Динамика слоя перемешивания по аэрозольным данным // Оптика атмосферы и океана. 1994. Т. 7. № 08. С. 1045‒1054.
  6. Бюллетень ВМО, 2023. The State of Greenhouse Gases in the Atmosphere Based on Global Observations through 2022. WMO Greenhouse Gas Bulletin No. 19. Geneva: WMO. (Электронный ресурс). URL: https://library.wmo.int/idurl/4/68532 (Дата обращения 12.01.2024).
  7. Вертикальные профили диоксида углерода над Молокаи (Гавайский архипелаг). [Электронный ресурс] https://gml.noaa.gov/dv/data/index.php?site=HAA&type=Aircraft%2BPFP (Дата обращения 14.12.2023).
  8. Голомолзин В.В., Рублев А.Н., Киселева Ю.В., Козлов Д.А., Прокушкин А.С., Панов А.В. Определение общего содержания диоксида углерода над территорией России по данным отечественного космического аппарата Метеор-М № 2 // Метеорология и гидрология. 2022. № 4. С. 79‒95.
  9. 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 // Совр. пробл. дист. зондир. Земли из космоса. 2009. Т. 1. С. 259‒266.
  10. Михальченко P.С., Григоренко Б.В., Гетманец В.Ф., Курская Т.А. Влияние толщины криоконденсата на радиационные характеристики экрана теплоизоляции // Препринт № 43-88. ФТИНТ АН УССР. Харьков. 1988. С. 15.
  11. Никитенко А.А., Тимофеев Ю.М., Виролайнен Я.А., Рублев А.Н., Голомолзин В.В., Киселева Ю.В., Успенский А.Б., Козлов Д.А. Сравнения наземных и спутниковых измерений общего содержания СО2 в Петергофе // Совр. пробл. дист. зондир. Земли из космоса. 2024. Т. 21. №4. С. 275–283.
  12. 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. № 11. С. 5‒18.
  13. Успенский А.Б. Измерения распределения содержания парниковых газов в атмосфере со спутников // Фундаментальная и прикладная климатология. 2022. Т. 8. № 1. С. 122‒14.
  14. 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. № 12. С. 33‒44.
  15. Fiedler Lars, Stuart Newman, and Stephan Bakan. Correction of detector nonlinearity in Fourier transform spectroscopy with a low-temperature blackbody // Applied Optics. Vol. 44. No. 25. September 2005. P. 5332‒5340.
  16. Hudgins D.M., Sandford S.A., Allamandola L.J., & Tielens A.G.G.M. Mid- and Far-Infrared Spectroscopy of Ices: Optical Constants and Integrated Absorbances // Astrophysical Journal Supplement, 1993, 86, 713.
  17. Roche S., Strong K., Wunch D., Mendonca J., Sweeney C., Baier B., Biraud S.C., Laughner J.L., Toon G.C., and Connor B.J. Retrieval of atmospheric CO2 vertical profiles from ground-based near-infrared spectra //Atmos. Meas. Tech., 2021, 14, 3087–3118.
  18. Taylor et al. An 11-year record of XCO2 estimates derived from GOSAT measurements using the NASA ACOS version 9 retrieval algorithm. URL https://doi.org/10.5194/essd-14-325-2022.
  19. Taylor T.E., O'Dell C.W., Baker D., Bruegge C., Chang A., Chapsky L., Chatterjee A., Cheng C., Chevallier F., Crisp D., Dang L., Drouin B., Eldering A., Feng L., Fisher B., Fu D., Gunson M., Haemmerle V., Keller G.R., Kiel M., Kuai L., Kurosu T., Lambert A., Laughner J., Lee R., Liu J., Mandrake L., Marchetti Y., McGarragh G., Merrelli A., Nelson R.R., Osterman G., Oyafuso F., Palmer P.I., Payne V.H., Rosenberg R., Somkuti P., Spiers G., To C., Weir B., Wennberg P.O., Yu S., and Zong J. Evaluating the consistency between OCO-2 and OCO-3 XCO2 estimates derived from the NASA ACOS version 10 retrieval algorithm, Atmos. Meas. Tech., 16, 3173–3209, https://doi.org/10.5194/amt-16-3173-2023, 2023.
  20. Wunch Debra, Toon Geoffrey C., Blavier Jean-François L., Washenfelder Rebecca A., Notholt Justus., Connor Brian J., Griffith David W.T., Sherlock Vanessa, Wennberg Paul O. The Total Carbon Column Observing Network // Phil. Trans. R. Soc. A 2011 369, 2087-2112. [Электронный ресурс] URL: https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsta.2010.0240. doi: 10.1098/rsta.2010.0240.
  21. Zavelevich F., Kozlov D., Kozlov I., Cherkashin I., Uspensky A., Kiseleva Yu., Golomolzin V., Filei A. IKFS-2 radiometric calibration stability in different spectral bands // GSICS Quarterly. 2018. V. 12. No. 1. P. 4–6.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Временной ход значений ХСО2, полученный по данным наземных и спутниковых измерений вблизи Санкт-Петербурга за 2019–2022 гг.

Скачать (123KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Сопоставление самолетных измерений ИОА СО РАН с измерениями объемных концентраций CO2 на высотной мачте обсерватории ZOTTO.

Скачать (104KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Временной ход калибровки ИКФС-2 в яркостных температурах для каналов SEVIRI КА Meteosat-10 (до 2018 г.) и Meteosat-11 (начиная с 2018 г.).

Скачать (684KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изменение скорости нарастания криоосадков на фоторезисторе ИКФС-2.

Скачать (165KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектральное пропускание криоосадков.

Скачать (256KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Сравнение оценок XCO2 (ИКФС) до и после калибровки по данным Мауна-Лоа.

Скачать (218KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Сопоставление оценок XCO2 (ИКФС) со спутниковыми (район Соданкюла) и наземными спектроскопическими измерениями СПбГУ (Bruker 125HR, Петергоф).

Скачать (208KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Сопоставление оценок XCO2 (ИКФС) с результатами самолетных (ИОА) и спутниковых (GOSAT) измерений в районе Новосибирского водохранилища.

Скачать (127KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Временной ход максимальных и минимальных XCO2 под данным станции East Trout Lake TCCON.

Скачать (122KB)
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».