Monitoring Greenhouse Gases in the Open Atmosphere by the Fourier Spectroscopy Method

Il. S. Golyak; Голяк Ил. С.; D. R. Anfimov; Анфимов Д. Р.; I. B. Vintaykin; Винтайкин И. Б.; Ig. S. Golyak; Голяк Иг. С.; M. S. Drozdov; Дроздов М. С.; A. N. Morozov; Морозов А. Н.; S. I. Svetlichnyi; Светличный С. И.; S. E. Tabalin; Табалин С. Е.; L. N. Timashova; Тимашова Л. Н.; I. L. Fufurin; Фуфурин И. Л.

doi:10.31857/S0207401X23040088

Мониторинг парниковых газов в открытой атмосфере методом фурье-спектроскопии

Авторы: Голяк И.С.¹^,2, Анфимов Д.Р.¹^,2, Винтайкин И.Б.¹^,2, Голяк И.С.¹^,2, Дроздов М.С.³, Морозов А.Н.¹^,2, Светличный С.И.³, Табалин С.Е.¹^,2, Тимашова Л.Н.¹, Фуфурин И.Л.¹^,2
Учреждения:
1. Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
2. Центр прикладной физики Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана
3. Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
Выпуск: Том 42, № 4 (2023)
Страницы: 3-11
Раздел: Строение химических соединений, квантовая химия, спектроскопия
URL: https://ogarev-online.ru/0207-401X/article/view/139882
DOI: https://doi.org/10.31857/S0207401X23040088
EDN: https://elibrary.ru/MWUOKF
ID: 139882

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Появление в атмосфере избыточной концентрации парниковых газов, которые, накапливаясь в ней, поглощают тепловое излучение Земли и частично возвращают его на земную поверхность, приводит к стремительному росту глобальной средней температуры воздуха и, как следствие, изменению климата. К парниковым относятся газы с высокой прозрачностью в видимом диапазоне и активным поглощением в тепловом инфракрасном диапазоне. В настоящей работе предложена новая методика регистрации спектров парниковых газов CO₂ и CH₄. Представлен макет, разработанный на базе динамического фурье-спектрометра, который регистрировал спектры ИК-поглощения в диапазоне длин волн 1.0–1.7 мкм со спектральным разрешением 10 см^–1. Проведена долговременная запись коэффициента пропускания атмосферы в условиях городской застройки. По полученным данным осуществлялся контроль интегральной и объемной концентраций CO₂ и CH₄. Показано, что поведение временны́х зависимостей объемных концентраций углекислого газа и метана хорошо отражает степень загруженности дорог. Уменьшение объемной концентрации в вечернее время объясняется увеличением оптической трассы и дополнительным захватом массы воздуха, находящегося за пределами области интенсивного движения.

Ключевые слова

динамический фурье-спектрометр, спектры ИК-поглощения, диоксид углерода, метан, парниковые газы.

Список литературы

Manisalidis I., Stavropoulou E., Stavropoulos A. et al. // Front. Public. Health. 2020. V. 8. P. 14; https://doi.org/10.3389/fpubh.2020.00014
Ларин И.К. // Хим. физика. 2020. Т. 39. № 3. С. 85; https://doi.org/10.31857/S0207401X20030085
Ларин И.К. // Хим. физика. 2020. Т. 39. № 4. С. 44; https://doi.org/10.31857/S0207401X20040111
Solomon S., Qin D., Manning M. et al. Climate change 2007: The physical science basis. Cambridge: Cambridge University Press, 2007.
Advances in carbon capture / Eds. Rahimpour M.R., Farsi M., Makarem M.A. Cambridge: Elsevier, 2020; https://doi.org/10.1016/c2018-0-05339-6
Галашев А.Е., Рахманова О.Р. // Хим. физика. 2013. Т. 32. № 6. С. 88; https://doi.org/10.7868/S0207401X13060022
URL: https://gml.noaa.gov/ccgg/mbl/data.php
Ramphull M., Surroop D. // J. Environ. Chem. Eng. 2017. V. 5. № 6. P. 5994; https://doi.org/10.1016/j.jece.2017.11.027
Bi J., Zhang R., Wang H. et al. // Energy Policy. 2011. V. 39. № 9. P. 4785; https://doi.org/10.1016/j.enpol.2011.06.045
Da Silva M.G., Lisbôa A.C.L., Hoffmann R. et al. // J. Environ. Chem. Eng. 2021. V. 9. № 3. P. 105202; https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105202
Ramos P.B., Ponce M.F., Jerez F. et al. // J. Environ. Chem. Eng. 2022. V. 10. № 3. P. 107521; https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.107521
Turner A.J., Shusterman A.A., McDonald B.C. et al. // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16. № 21. P. 13465; https://doi.org/10.5194/acp-16-13465-2016
Lee J.K., Christen A., Ketler R. et al. // Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10. № 2. P. 645; https://doi.org/10.5194/amt-10-645-2017
Platt U., Stutz J. Differential optical absorption spectroscopy. Berlin, Heidelberg: Springer, 2008; https://doi.org/10.1007/978-3-540-75776-4
Handbook of vibrational spectroscopy / Ed. Griffiths P.R. Chichester: John Wiley & Sons, 2006. P. 1750.
Griffith D.W.T., Jamie I.M. // Encyclopedia of analytical chemistry. V. 3. Chichester: John Wiley & Sons, 2000. P. 1979.
Smith T.E.L., Wooster M.J., Tattaris M. et al. // Atmos. Meas. Tech. 2011. V. 4. № 1. P. 97; https://doi.org/10.5194/amt-4-97-2011
Laubach J., Bai M., Pinares-Patiño C.S. et al. // Agric. For. Meteorol. 2013. V. 176. P. 50; https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2013.03.006
Flesch T.K., Baron V.S., Wilson J.D. et al. // Agric. For. Meteorol. 2016. V. 221. P. 111; https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2016.02.010
Винтайкин И.Б., Голяк И.С., Королев П.А. и др. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 5. С. 9; https://doi.org/10.31857/S0207401X21050137
Kirchengast G., Schweitzer S. // Geophys. Res. Lett. 2011. V. 38. № 13. L13701; https://doi.org/10.1029/2011GL047617
Somekawa T., Manago N., Kuze H. et al. // Opt. Lett. 2011. V. 36. № 24. P. 4782; https://doi.org/10.1364/OL.36.004782
Saito H., Manago N., Kuriyama K. et al. // Opt. Lett. 2015. V. 40. № 11. P. 2568; https://doi.org/10.1364/OL.40.002568
Rieker G.B., Giorgetta F.R., Swann W.C. et al. // Optica. 2014. V. 1. № 5. P. 290; https://doi.org/10.1364/OPTICA.1.000290
Waxman E.M., Cossel K.C., Truong G.W. et al. // Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10. № 9. P. 3295; https://doi.org/10.5194/amt-10-3295-2017
Dobler J., Braun M., Blume N. et al. // Remote Sens. 2013. V. 5. № 12. P. 6284; https://doi.org/10.3390/rs5126284
Queißer M., Granieri D., Burton M. // Sci. Rep. 2016. V. 6. № 1. Article 33834; https://doi.org/10.1038/srep33834
Голяк И.С., Морозов А.Н., Светличный С.И. и др. // Хим. физика. 2019. Т. 38. № 7. С. 3; https://doi.org/10.1134/S0207401X19070057
Wunch D., Toon G.C., Blavier J.F.L. et al. // Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A. 2011. V. 369. № 1943. P. 2087; https://doi.org/10.1098/rsta.2010.0240
Schneising O., Buchwitz M., Reuter M. et al. // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. № 6. P. 2863; https://doi.org/10.5194/acp-11-2863-2011
Yoshida Y., Ota Y., Eguchi N. et al. // Atmos. Meas. Tech. 2011. V. 4. № 4. P. 717; https://doi.org/10.5194/amt-4-717-2011
Голубков Г.В., Григорьев Г.Ю., Набиев Ш.Ш. и др. // Хим. физика. 2018. Т. 37. № 10. С. 3; https://doi.org/10.1134/S0207401X18090054
Родионов А.И., Родионов И.Д., Родионова И.П. и др. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 10. С. 61; https://doi.org/10.31857/S0207401X21100113
Kaufmann P., Chrzanowski H.M., Vanselow A. et al. // Opt. Express. 2022. V. 30. № 4. P. 5926; https://doi.org/10.1364/OE.442411
Winters D.G., Schlup P., Bartels R.A. // Opt. Express. 2007. V. 15. № 3. P. 1361; https://doi.org/10.1364/OE.15.001361
Васильев Н.С., Винтайкин И.Б., Голяк И.С. и др. // Компьютерная оптика (Самара). 2017. Т. 41. № 5. С. 626; https://doi.org/10.18287/2412-6179-2017-41-5-626-635
Köhler M.H., Naßl S.S., Kienle P. et al. // Appl. Opt. 2019. V. 58. № 13. P. 3393; https://doi.org/10.1364/ao.58.003393
Морозов А.Н., Светличный С.И. Основы фурье-радиоспектрометрии. 2-е изд. Москва: Наука, 2014.
Lin C.H., Grant R.H., Heber A.J. et al. // Atmos. Meas. Tech. 2019. V. 12. № 6. P. 3403; https://doi.org/10.5194/amt-12-3403-2019
Балашов А.А., Вагин В.А., Голяк И.С. и др. // Журн. прикл. спектроскопии. 2017. Т. 84. № 4. С. 643.
Griffiths P.R., de Haseth J.A. Fourier transform infrared spectrometry. 2nd ed. Hoboken, USA: John Wiley & Sons, 2007; https://doi.org/10.1002/047010631X
Балашов А.А., Голяк Ил.С., Голяк Иг.С. и др. // Журн. прикл. спектроскопии (Минск). 2018. Т. 85. № 5. С. 822.
Набиев Ш.Ш., Григорьев Г.Ю., Лагутин А.С. и др. // Хим. физика. 2019. Т. 38. № 7. С. 49; https://doi.org/10.1134/s0207401x19070124
Patadia F., Levy R.C., Mattoo S. // Atmos. Meas. Tech. 2018. V. 11. № 6. P. 3205; https://doi.org/10.5194/amt-11-3205-2018
Rothman L.S., Gordon I.E., Babikov Y. et al. // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 130. P. 4; https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2013.07.002