Войти на сайт
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕЖЕГОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)

Пятнадцатая Всероссийская открытая конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса"

XV.Z.124

Первые эксперименты по восстановлению распределения NO2 в тропосфере урбанизированных районов с высоким пространственным разрешением по данным Гиперспектральной аппаратуры КА Ресурс-П

Постыляков О.В. (1), Боровский А.Н. (1), Макаренков А.А. (2)
(1) Институт физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН, Москва, Россия
(2) Рязанский государственный радиотехнический университет, Рязань, Россия
Окислы азота (NOх=NO+NO2) играют важную роль в химии пограничного слоя атмосферы в урбанизированных районах. Здесь их основным источником является высокотемпературное горение топлива, в основном, на объектах промышленности, транспорта, при отоплении жилищ [1-3]. Повышенные содержания NOx ведут к выпадению кислотных дождей. В присутствии в атмосфере свободных радикалов или летучих органических соединений окислы азота ведут к генерации озона в тропосфере. Поскольку диоксид азота (NO2) имеет полосы поглощения в видимой области спектра, его содержание в атмосфере может быть измерено дистанционными спектрометрическими методами зондирования, в том числе из космоса. В настоящее время измерения содержания диоксида азота в стратосфере и тропосфере Земли проводятся с помощью инструментов OMI на КА Aura и GOME-2 на КА MetOp-A и MetOp-B. Типичное для этих инструментов пространственное разрешение составляет 13×24 км и 40×80 км, соответственно. В силу высокой пространственной однородности распределения стратосферного NO2 [4] такое разрешение близко к оптимальному для исследования стратосферного NO2. Тропосферные источники диоксида азота могут быть точечными (трубы предприятий) или линейными (автотрассы). Для тропосферных исследований на осень 2017 года запланирован инструмента TROPOMI/Sentinel-5P, который позволит проводить измерения с разрешением 3.5×7 км. Разрешение около 2 км рассматривается ЕКА [5] и НАСА [6] в концепциях будущих геостационарных (GEO) миссий 2020-ых годов по мониторингу атмосферы, включая тропосферный NO2.
C 2013 года на солнечно-синхронной орбите работает серия российских спутников "Ресурс-П". В настоящее время работают три спутника "Ресурс-П", еще два планируется запустить до 2020 года. Гиперспектральная аппаратура (ГСА), установленная на борту «Ресурс-П», регистрирует солнечное излучение в 230 спектральных каналах в диапазоне от 400 нм до 1000 нм. Детектор ГСА проводит съемку части земной поверхности размером 30-км в ширину и нескольких сотен км в длину с разрешением 30 м.
Для определения содержания диоксида азота в атмосфере обычно используется интенсивность солнечного излучения, зарегистрированная в спектральном диапазоне 430–490 нм. В этом диапазоне ГСА имеет спектральное разрешение до 3 нм [7], в то время, как для определения содержания диоксида азота в атмосфере спектры ослабления солнечного излучения обычно регистрируются с лучшим разрешением (до 1 нм).
Мы исследовали возможность определения содержания диоксида азота в тропосфере на основе полученных ГСА снимков областей Китая с высоким антропогенным загрязнением атмосферы, основываясь на заделе, полученном в наших предыдущих исследованиях атмосферы космическими [7-9] и наземными [1-3,10-12] средствами.
Разработан метод определения содержания диоксида азота по данным космических снимков ГСА «Ресурс-П». Разработанный метод позволяет получить содержание диоксида азота с пространственным разрешением около 2.4 км, что превышает пространственное разрешение других современных спутниковых инструментов. Таким образом, ГСА «Ресурс-П» является интересным инструментом для исследования содержания диоксида азота.
В работе будут представлены алгоритм и первые экспериментальные результаты определения содержания диоксида азота в атмосфере из данных космической съемки ГСА «Ресурс-П».
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант №14-47-00049).

Ключевые слова: пространственное разрешение при зондировании атмосферы, диокисид азота в тропосфере, ГСА Ресурс П, дистанционное зондирование, гиперспектральная аппаратура, атмосферные загрязнения в Китае, провинция Хебей
Литература:
  1. В.А. Иванов, О.В. Постыляков. Оценка интегрального содержания NO2 в пограничном слое атмосферы по наблюдениям рассеянной в зените солнечной радиации. Оптика атмосеры и океана, 2010, 23, №6, 471-475.
  2. В.А. Иванов, А.С. Елохов, О.В. Постыляков. О восстановлении вертикального профиля двуокиси азота в атмосфере Земли по сумеречным измерениям рассеянного в зените солнечного излучения. Сб. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», том 8, No 3, 2011, с. 263-268.
  3. Иванов В.А., Елохов А.С., Постыляков О.В. О возможности оценки объема выбросов NO2 в городах по зенитным спектральным наблюдениям рассеянной солнечной радиации вблизи 450 нм. Оптика атмосеры и океана, 2012, 25, No 6. 539–543..
  4. A.N. Borovskii , A.Ya. Arabov, G.S. Golitsyn, A.N. Gruzdev, N.F. Elanskii, A.S. Elokhov, I.I. Mokhov, V.V. Savinykh, I.A. Senik, A.V. Timazhev. “Variations of Total Nitrogen Oxide Content in the Atmosphere over the North Caucasus,” Russian Meteorology and Hydrology, 41(2), 93–103 (2016), doi: 10.3103/S1068373916020035.
  5. Butz, A., Orphal, J., Checa-Garcia, R., Friedl-Vallon, F., von Clarmann, T., Bovensmann, H., Hasekamp, O., Landgraf, J., Knigge, T., Weise, D., Sqalli-Houssini, O., Kemper, D., “Geostationary Emission Explorer for Europe (G3E): mission concept and initial performance assessment,” Atmos. Meas. Tech., 8, 4719-4734 (2015), doi:10.5194/amt-8-4719-2015.
  6. P. Zoogman, X. Liu, R.M. Suleiman, W.F. Pennington, D.E. Flittner, J.A. Al-Saadi, B.B. Hilton, D.K. Nicks, M.J. Newchurch, J.L. Carr, S.J. Janz, M.R. Andraschko, A. Arola, B.D. Baker, B.P. Canova, C. Chan Miller, R.C. Cohen, J.E. Davis, M.E. Dussault, D.P. Edwards, J. Fishman, et al. “Tropospheric emissions: Monitoring of pollution (TEMPO),” J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 186, 17-39 (2017), doi: 10.1016/j.jqsrt.2016.05.008.
  7. Grechko, G.M., N.F. Elansky, M.E. Plotkin, O.V. Postylyakov. The OZAFS experiment: observing the fine structure of the ozone and aerosol distributions in the atmosphere from the Salyut 7 orbiter. Part I: An introduction and the occultation experiment. J. Geophys. Res., 1991, 96, D10, 18647-18653, doi: 10.1029/91JD01395.
  8. N.F. Elansky, M.E. Plotkin, O.V. Postylyakov, S.A. Ukhinov. The OZAFS experiment: observing the fine structure of the ozone and aerosol distributions in the atmosphere from the Salyut 7 orbiter. Part II: Formation of the earth's twilight limb coloration and radiance. Numerical calculations. J. Geophys. Res., 1991, 96, D10, 18655-18660, doi: 10.1029/91JD01393.
  9. Elansky, N.F., Grechko, G.M., Plotkin, M.E., Postylyakov, O.V., “The OZAFS experiment: observing the fine structure of the ozone and aerosol distributions in the atmosphere from the Salyut 7 orbiter. Part III: Experimental results,” J. Geophys. Res., 96 (D10), 18661-18670 (1991), doi: 10.1029/91JD01394.
  10. Borovski, A.N., Dzhola, A.V., Elokhov, A.S., Grechko, E.I., Postylyakov, O.V. and Kanaya, Y., “First measurements of formaldehyde integral content at Zvenigorod Scientific Station,” Int. J. of Remote Sensing, 35(15), 5609-5627 (2014), doi:10.1080/01431161.2014.945011.
  11. O.V. Postylyakov, A.N. Borovski, A.V. Dzhola, A.S. Elokhov, E.I.Grechko, Y. Kanaya. Measurements of formaldehyde total content in troposphere using DOAS technique in Moscow Region: preliminary results of 3 year observations. Proc. SPIE, Vol 9242, 2014, 92420T-7; doi:10.1117/12.2069824.
  12. Peters, E., Pinardi, G., Seyler, A., Richter, A., Wittrock, F., Bösch, T., Van Roozendael, M., Hendrick, F., Drosoglou, T., Bais, A. F., Kanaya, Y., Zhao, X., Strong, K., Lampel, J., Volkamer, R., Koenig, T., Ortega, I., Puentedura, O., Navarro-Comas, M., Gómez, L., Yela González, M., Piters, A., Remmers, J., Wang, Y., Wagner, T., Wang, S., Saiz-Lopez, A., García-Nieto, D., Cuevas, C. A., Benavent, N., Querel, R., Johnston, P., Postylyakov, O., Borovski, A., Elokhov, A., Bruchkouski, I., Liu, H., Liu, C., Hong, Q., Rivera, C., Grutter, M., Stremme, W., Khokhar, M. F., Khayyam, J., and Burrows, J. P.: Investigating differences in DOAS retrieval codes using MAD-CAT campaign data, Atmos. Meas. Tech., 10, 955-978, doi:10.5194/amt-10-955-2017, 2017.

Заседание в АО «Российские космические системы»: «Российская система спутниковых наблюдений и технологий: состояние и перспективы развития»

455