Сборник тезисов докладов шестнадцатой Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса", Москва, ИКИ РАН, 2018 год

(http://smiswww.iki.rssi.ru/d33_conf)

Спектроскопические аспекты точности определения атмосферного содержания метана и углекислого газа из атмосферных спектров солнечного излучения

Чеснокова Т.Ю. (1), Ченцов А.В. (1), Рокотян Н.В. (2), Захаров В.И. (2)
(1) Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, Томск, Россия
(2) Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия
В задачах моделирования климата к дистанционным измерениям общего содержания парниковых газов в атмосфере предъявляются высокие требования по точности, которая должна быть не хуже 1% и стремиться к величине 0,3% (Buchwitz M. et al, 2011). Регулярный мониторинг содержания парниковых газов в столбе атмосферы проводится при помощи наземных и спутниковых спектрометров. Измерения, проводимые на наземных Фурье-спектрометрах с высоким спектральным разрешением, используются также для валидации спутниковых измерений.
Точность определения содержания парниковых газов из атмосферных спектров солнечного излучения в значительной степени зависит от исходной спектроскопической информации по линиям поглощения атмосферных газов. В работе [Chesnokova et al, 2016] было показано, что различия в содержании метана в столбе атмосферы, определенного из измерений солнечных спектров на наземном Фурье-спектрометре при использовании параметров линий СН4 из различных спектроскопических баз данных, могут достигать 2% и более. При этом было отмечено, что использование более новых баз данных в прямой задаче не всегда приводит к лучшему согласию измеренных и модельных спектров. Информация в спектроскопических базах данных постоянно обновляется, поэтому необходимо проводить регулярные оценки новых спектроскопических данных с применением измерений атмосферных спектров, чтобы достичь требуемой точности результатов определения содержания парниковых газов дистанционными методами.
В нашей работе сделаны оценки влияния погрешности спектроскопической информации по линиям поглощения атмосферных газов на определение содержания СН4 и СО2 в столбе атмосферы из солнечных спектров, измеренных на наземном Фурье-спектрометре в Коуровке в полосах поглощения метана и углекислого газа в ближнем ИК диапазоне. При моделировании в прямой задаче были рассмотрены линии поглощения CH4 и СО2, содержащиеся в новых версиях известных спектроскопических баз данных HITRAN2016(Rothman et al, 2017) и GEISA2015 (Jacquinet-Husson et al, 2016). Проведено сравнение с предыдущими версиями баз данных HITRAN2012, HITRAN2008 и GEISA2011, которые наиболее часто используются в атмосферных задачах, а также с банком линий поглощения метана GOSAT2014 (Nikitin et al. 2015) и банком линий поглощения СО2 CDSD (Tashkun et al., 2015). Выявлены спектральные интервалы, где наблюдаются наибольшие расхождения между модельными спектрами и измерениями за счет погрешности линий поглощения в спектроскопических базах данных.
Различия в среднемесячном атмосферном содержании СO2, определенном с использованием HITRAN2016 и HITRAN2008 в полосе поглощения 1,6 мкм, могут достигать 2 ppm (0,5%). Определение содержания СО2 с использованием HITRAN2016, GEISA2015 и CDSD2014 показало меньшие различия, что вызвано тем, что информация по линиям поглощения CO2 в HITRAN2016 и GEISA2015 содержит достаточно много данных из банка линий поглощения CDSD.
Иначе дело обстоит с полосами поглощения метана в ближнем ИК диапазоне. Различие в содержании CН4 в столбе атмосферы, определенном из измерений солнечного излучения наземным Фурье-спектрометром с использованием различных банков данных по линиям поглощения CН4 в диапазоне 6000-6100 см-1 достигает 4%. При этом наилучшее согласие модельных спектров с атмосферными измерениями наблюдалось при использовании предыдущих версий HITRAN2008 и GEISA2011 в данном спектральном диапазоне.
Работа выполнена при финансовой поддержке Программы фундаментальных научных исследований II.10.3.7 и гранта РФФИ № 18-45-700011 p_a.

1. Buchwitz M., Chevallier F., Bergamaschi P., et al. User Requirements Document for the GHG-CCI project of ESA’s Climate Change Initiative. 2011, http://www.esa-ghg-cci.org/?q=webfm_send/173
2. T.Yu. Chesnokova, A.V. Chentsov, N.V. Rokotyan, V.I. Zakharov. Impact of difference in absorption line parameters in spectroscopic databases on CO2 and CH4 atmospheric content retrievals // Journal of Molecular Spectroscopy. 2016. Vol. 327. P.171-179.
3. Rothman L.S., Hill C., Kochanov R.V., et al The HITRAN2016 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2017. Vol. 203. P. 3–69.
4. Jacquinet-Husson, N., Armante, R., Scott, et al. The 2015 edition of the GEISA spectroscopic database //J. Mol. Spectrosc. 2016. Vol.327. P.31–72
5. Nikitin A.V., Lyulin O.M., Mikhailenko S.N., Perevalov V.I., Filippov N.N., Grigoriev I.M., Morino I., Yoshida Y., Matsunaga T. GOSAT-2014 methane spectral line list // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2015. Vol. 154. P. 63–71
6. Tashkun S.A., Perevalov V.I., Gamache R.R., Lamouroux J. CDSD-296, high resolution carbon dioxide spectroscopic databank: Version for atmospheric applications // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 2015. Vol. 152. P. 45–73.

Ключевые слова: метан, углекислый газ, линии поглощения атмосферных газов
Литература:
  1. Buchwitz M., Chevallier F., Bergamaschi P., et al. User Requirements Document for the GHG-CCI project of ESA’s Climate Change Initiative. 2011, http://www.esa-ghg-cci.org/?q=webfm_send/173
  2. T.Yu. Chesnokova, A.V. Chentsov, N.V. Rokotyan, V.I. Zakharov. Impact of difference in absorption line parameters in spectroscopic databases on CO2 and CH4 atmospheric content retrievals // Journal of Molecular Spectroscopy. 2016. Vol. 327. P.171-179.
  3. Rothman L.S., Hill C., Kochanov R.V., et al The HITRAN2016 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2017. Vol. 203. P. 3–69.
  4. Jacquinet-Husson, N., Armante, R., Scott, et al. The 2015 edition of the GEISA spectroscopic database //J. Mol. Spectrosc. 2016. Vol.327. P.31–72
  5. Nikitin A.V., Lyulin O.M., Mikhailenko S.N., Perevalov V.I., Filippov N.N., Grigoriev I.M., Morino I., Yoshida Y., Matsunaga T. GOSAT-2014 methane spectral line list // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2015. Vol. 154. P. 63–71
  6. Tashkun S.A., Perevalov V.I., Gamache R.R., Lamouroux J. CDSD-296, high resolution carbon dioxide spectroscopic databank: Version for atmospheric applications // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 2015. Vol. 152. P. 45–73.

Дистанционные методы исследования атмосферных и климатических процессов

238