Оценка дрейфа качества орбитальных измерений метана AIRS v6, v7 и применение методики коррекции к долговременным спутниковым рядам

Общеизвестно, что со временем качество орбитальных данных может ухудшаться, что приводит к неточностям при расчете разных параметров, например, при оценке долговременных трендов состава атмосферы или эмиссий. Настоящая работа посвящена разработке методических основ валидации и коррекции долговременных спутниковых рядов на примере спутниковых продуктов AIRS v6 и v7 (Atmospheric InfraRed Sounder, versions 6 and 7). Измерительные данные AIRS об общем содержании (ОС) и средней в атмосферной толще концентрации (X[GAS]) метана CH4 провалидированы по эталонным измерениям восемнадцати наземных станций мониторинговой сети NDACC (Network for the Detection of Atmospheric Composition Change) за период с 2003 г. по 2022 г. Для оценочных сравнений также были использованы данные TCCON (Total Carbon Column Observing Network).
Выполнено уточнение ранее разработанной универсальной методики коррекции спутниковых рядов [Ракитин и др., 2024; Rakitin et al., 2025], улучшающей характеристики соответствия орбитальных данных наземным и увеличивающей точность оценок трендов состава и параметров атмосферы.
Выяснилось, что значения некоторых наземных станций NDACC, в случае приведения их к уровню моря посредством классической барометрической формулы [Хргиан, 1969], значительно отличаются от оценок TCCON и AIRS v7. Так, для пункта Izana, расположенного на высоте 2367 м над уровнем моря, значения спектрометра NDACC превышают величины, измеренные в этом пункте и AIRS, и TCCON. При использовании для приведения к уровню моря (у.м.) собственного среднего давления, измеренного на станции за исследуемый период с 2003 по 2022гг, для пункта измерений Izana ряд NDACC, пересчитанный в X[GAS], практически совпал c рядами AIRS v7 и TCCON. Применение подобного способа приведения наземных данных к уровню моря для всех станций NDACC также решило проблему разделения общего корреляционного массива данных, отмечавшуюся ранее в [Rakitin et al., 2025].
Для всех пунктов измерений наклон тренда разности AIRSv6-GR (дрейф невязки) ОС СН4 отрицателен и близок по значению, что определено как устойчивый дрейф измерений спутникового прибора, а уточненная относительно [Rakitin et al., 2025] средняя величина наклона тренда разности AIRSv6-GR при приведении данных NDACC к у.м. посредством собственного среднего давления, равна 1,64E+14 молек/см2 в день (или 7,62E-06 ppm/день) против предыдущей оценки 1,69E+14 молек/см2 в день (или 7,88E-06 ppm/день).
Применение собственного среднего давления не только улучшило параметры соответствия в общем массиве данных всех станций, но и еще больше сблизило оценки трендов на основе спутниковых и наземных измерений: средний тренд ОС СН4 спутниковых данных AIRS v6 при применении собственного давления после коррекции составляет 0,42±0,03 % в год (против 0,43±0,03 % в год при расчете коэффициента дрейфа с использованием барометрической формулы, [Rakitin et al., 2025]) в сравнении с оценкой тренда на основе наземных измерений 0,40±0,02% в год. Улучшение согласия между станционными трендами также сохраняется.
Установлено наличие дрейфа невязки (AIRSv7-GR) спутниковых данных X[GAS] и ОС СН4. Рассчитан коэффициент дрейфа для v7, равный 7,20 E-06 ppm/день (1,55E+14 молек/см2), что хорошо согласуется с аналогичной оценкой для AIRSv6. После применения методики коррекции наблюдается существенное улучшение соответствия спутниковых (AIRSv7) и наземных измерений (NDACC), а также сближение оценок трендов. Средний тренд содержания метана на основе наземных оценок составил 0,41±0,03 % в год, в то время как на основе синхронного ряда AIRS v7 после коррекции он оценивается как 0,41±0,02 % в год против исходной оценки без коррекции 0,27±0,02 % в год.
Разработанная методика является универсальной, т.е. применимой для коррекции любых долговременных спутниковых рядов, в том числе измерений климатических, метеорологических и радиационных параметров.