Сопоставление результатов спутниковых и наземных дистанционных измерений содержания NO2 в тропосфере и стратосфере над Звенигородом, Московская область

Для валидации спутниковых измерений необходимо сопоставление их результатов с достоверными результатами независимых наземных измерений. В работе выполнено сопоставление данных спутниковых измерений вертикального профиля NO2 (SAGE II), содержания NO2 в столбе стратосферы и тропосферы (прибор OMI на борту спутника Aura) с результатами дистанционных спектрометрических измерений содержания NO2 на Звенигородской научной станции Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН. NO2 в составе других окислов азота играет ключевую роль в фотохимическом балансе атмосферного озона. Звенигородская станция расположена в сельской местности западного подмосковья а 50 км от Москвы. Она входит в состав международной Сети по обнаружению изменений состава атмосферы (NDACC), и прибор и методика измерений на станции сертифицированы в международных сравнениях приборов и методик, проводившихся под эгидой NDACC. Измерения выполняются регулярно с 1990 г. в утренние и вечерние сумерки по рассеянному из зенита солнечному излучению в видимом спектральном диапазоне. По результатам измерений восстанавливается вертикальное распределение NO2 и по нему определяется содержание NO2 в тропосфере и стратосфере (Елохов, Груздев, 2000). Звенигородская станция – единственная в мире станция с измерениями вертикального профиля NO2 в стратосфере. В работе приводятся результаты сопоставления вертикальных профилей NO2, измеренных со спутника (SAGE II) в условиях чистой стратосферы и после мощного извержения вулкана Пинатубо, с профилями, полученными на Звенигородской станции. Выявлено удовлетворительное соответствие вертикальных профилей NO2 в средней стратосфере, измеренных со спутника и с поверхности земли в условиях чистой стратосферы. Наземные измерения позволяют также восстанавливать профиль NO2 при наличии слоя вулканического аэрозоля в стратосфере, в то время как спутниковые данные не дают возможности определять содержание NO2 в окрестности аэрозольного слоя. В 2006–2009 гг. Звенигородская станция участвовала в программе Европейского космического агентства (ESA) по валидации данных измерений с помощью прибора OMI, установленного на борту спутника Aura (Gruzdev, Elokhov, 2010). С тех пор методика восстановления содержания NO2 по данным OMI неоднократно совершенствовалась, а ряд измерений достиг 16 лет. Поэтому мы приводим результаты нового сопоставления этих данных с данными наземных измерений на Звенигородской станции. Получено хорошее согласие значений содержания NO2 в вертикальном столбе стратосферы по результатам наземных и спутниковых измерений. Среднее за весь срок расхождение значений NO2 не превосходит 1%. Однако спутниковые данные демонстрируют несколько меньшую амплитуду годового хода стратосферного содержания NO2 над Звенигородом, чем данные наземных измерений, и расхождение между этими данными имеет сезонную зависимость. Одна из возможных причин этого заключается в температурной зависимости сечений поглощения NO2. Соответствие значений содержания NO2 в тропосферном столбе по нашим данным и данным OMI существенно хуже и достигает в среднем 50% с превышением спутниковых значений над значениями тропосферного содержания NO2, измеренного непосредственно на станции. Расхождение может быть связано с разным пространственным разрешением при спутниковых и наземных (локальных) измерениях. Близость московского мегаполиса и крупных автомагистралей, для которых характерны большие концентрации окислов азота, дают вклад в тропосферное содержание NO2, измеряемое со спутника. На основе выполненного сопоставления делается вывод о возможности использования данных OMI о стратосферном содержании NO2 для оценки многолетних трендов NO2.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект 20-05-00274.