Измерение содержания парниковых газов малогабаритным спектрометром РУСАЛКА с борта МКС

Проблема изменения климата приводит к необходимости глобального космического мониторинга содержания парниковых газов, в частности углекислого газа и метана. Для этих целей используются спектрометры высокого разрешения на уже эксплуатируемом спутнике GOSAT (Япония), а так же на OCO (США), запуск которого запланирован на 2013 год. В Институте Космических Исследований был разработан спектрометр высокого разрешения (разрешающая способность ~15000) РУСАЛКА для отработки методики подобных измерений на борту Международной космической станции. Измерения проводились в ближней инфракрасной области спектра от 0,73 до 1,68 мкм. Обычный сеанс наблюдений предполагает детектирование линий поглощения CO2 в диапазоне 1,58 мкм, CH4 на 1,65 мкм, O2 на 1,27 мкм и Н2О на 1,31 мкм. Прибор состоит из двух ключевых элементов: спектрометра с Эшелле решеткой и акустооптического перестраиваемого фильтра TeO2, предназначенного для селекции дифракционных порядков решетки, что обеспечивает быстрый и легко перестраиваемый доступ к любому участку спектрального диапазона, компактность и малый вес. Спектральное разрешение прибора в среднем составляет 0.5 см-1.
За время проведения эксперимента (с августа 2009 года по март 2012) было выполнено 75 сеансов наблюдений, из них 62 – спектра поглощения атмосферы, 11 – солнечного спектра, 2 – темнового сигнала. Количество удачных сеансов наблюдений из уже проанализированных составило не более 24%, причем число значимых спектров в них не превышает 30-40%. Эксперимент не совсем оправдал ожидания: в течение записи последовательности спектров достаточно быстро меняются альбедо и уровень облачности с орбиты планеты, что затрудняло усреднение последовательных спектров и понижало точность измерений.
Для решения обратной задачи необходимо знать климатические параметры (в частности, распределения температуры и давления) в точке наблюдения, измерение которых недоступно в ходе проведения эксперимента, эти данные привлекались из внешних источников, в частности использовались метеоданные Европейского центра прогноза погоды ECMWF. В качестве модели переноса излучения в атмосфере использовался высокоточный полинейный код LBLRTM. Параметры линий поглощения получены из спектроскопической базы данных HITRAN.
В докладе будут более подробно описаны методы отбора, калибровки и обработки данных, а так же представлены результаты восстановления содержания метана по полосе 1.65 мкм для выборки успешных наблюдений.
Исследования выполняются в рамках договоров с РКК Энергия и ЦНИИМАШ,
при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (НОЦ ИКИ РАН) и гранта
правительства РФ для поддержки ведущих ученых (МФТИ, лабратория ИСПАВР
под рук. В.А.Краснопольcкого).