Двадцать третья международная конференция "СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
XXIII.D.261
Возможности восстановления содержания углекислого газа по измерениям ИКФС-2 в области 15-мкм полосы CO2
Власов П.В. (1), Стариченко Е.С. (1), Игнатьев Н.И. (1), Трохимовский А.Ю. (1), Фёдорова А.А. (1), Кораблев О.И. (1), Ломакин А.А. (1)
(1) Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Данное исследование посвящено анализу возможности восстановления содержания CO2 в земной атмосфере по данным измерений фурье-спектрометра ИКФС-2 на борту КА Метеор-М №2, наблюдающего Землю в надир в диапазоне 5-16 мкм [1-2]. Рабочий спектральный диапазон ИКФС-2 содержит глубокую 15-мкм полосу поглощения углекислого газа, форма которой зависит как от содержания CO2, так и от вертикального профиля давления-температуры [3], вследствие чего данная полоса обычно используется для восстановления профиля температуры от поверхности до 50–60 км при известном содержании CO2.
Восстановление параметров атмосферы Земли (температура и относительное содержание малых газовых составляющих) представляет собой обратную задачу по отношению к переносу излучения в тепловом ИК-диапазоне спектра, для решения которой обычно используется нелинейный метод оптимальной оценки с итерационным решением [4]. Использованный в данной работе алгоритм является адаптацией успешно работающей методики обработки надирных данных TIRVIM/TGO в аналогичной задаче термического зондирования атмосферы Марса в том же спектральном диапазоне [5], но с учётом особенностей атмосферы Земли и характеристик ИКФС-2.
В ходе работ получено, что флуктуации температуры атмосферы в несколько градусов влияют на измеряемый ИКФС-2 спектр столь же сильно, как и вариации содержания углекислого газа в несколько десятков ppmv. Кроме того, выбранная для расчёта модельных спектров параметризация крыльев линий CO2, поглощение в которых преимущественно формирует край полосы, также влияет на результат. С учётом неопределённости атмосферной температуры в масштабе поля зрения ИКФС-2 и из-за неточностей погодных моделей, погрешности восстанавливаемого содержания углекислого газа по полосе 15 мкм с помощью ИКФС-2 достигают десятков ppmv. Подобная неопределённость затрудняет использование измерений в полосе 15 мкм для построения глобальных карт содержания CO2 и отслеживания многолетних трендов содержания углекислого газа в атмосфере.
Ключевые слова: Земная атмосфера, ИКФС-2, Метеор-М №2, углекислый газ, газовое поглощение, термическое зондирование, обратная задача, температура
Литература:
- Гаркуша А.С., А.В. Поляков, Ю.М. Тимофеев. Анализ возможностей мониторинга характеристик газового состава атмосферы с помощью спутниковой аппаратуры ИКФС-2. Исследование Земли из космоса. 2016. № 5, С. 38–41. https://doi.org/10.7868/S0205961416050055
- НИЦ «Планета». Калиброванные данные ИКФС-2: http://planet.rssi.ru/calval/public-ikfs
- Тимофеев Ю.М., Васильев А.В.Теоретические основы атмосферной оптики. СПб.: Наука, 2003. 474 с.
- Rodgers C.D. Inverse methods for atmospheric sounding: Theory and practice // World Scientific. 2000. p. 256. https://doi.org/10.1142/3171
- П.В. Власов, Н.И. Игнатьев, О.И. Кораблев, А.А. Фёдорова, и др. Термическое зондирование атмосферы Марса при помощи фурье-спектрометра ACS TIRVIM на борту КА ExoMars TGO: метод решения обратной задачи // Астрономический вестник. 2023. Т. 57. № 6. С. 503–520. https://doi.org/10.31857/S0320930X23060087
Дистанционные методы исследования атмосферных и климатических процессов