В работе представлены оценки эмиссии метана, полученные в результате ассимиляции данных спутникового спектрометра TROPOMI (Tropospheric Monitoring Instrument) (Butz, 2012) в химико-транспортную модель GEOS-Chem (Goddard Earth Observing System Chemistry Model) (Bay, 2001). Спектрометр TROPOMI, установленный на спутнике Европейского космического агентства (EKA) Sentinel-5 Precursor, выполняет мониторинг малых газовых компонентов атмосферы с 2018 года. Модель GEOS-Chem представляет собой комплексный инструмент для исследования химических, транспортных и аэрозольных процессов в атмосфере, как на глобальном, так и на региональном уровнях.
Для коррекции полей эмиссии CH4 использовался метод локального ансамблевого преобразующего фильтра Калмана с учетом четырехмерной локализации (4D-LETKF) (Hunt, 2007). Реализация метода выполнена на основе пакета с открытым исходным кодом CHEEREIO v.1.1 (Pendergrass, 2023). Моделирование выполнялось с использованием химической схемы CO2-CO-CH4-OCS и горизонтальным разрешением 4°×5°. Возмущенный ансамбль состоял из 32 элементов. Период ассимиляции охватывал май 2019 г. — октябрь 2021 г.
В результате получена оценка эмиссии метана для территории Западной Сибири (45°–65° с.ш., 60°–90° в.д.) – около 8 Гт/год. Данная величина приблизительно на 20% ниже значений, заложенных в инвентаризационные базы данных GFEIv2 и EDGARv7, которые используются в GEOS-Chem по умолчанию. При этом полученная оценка превышает известные значения эмиссии метана природными экосистемами региона (4-6 Гт/год (Bohn, 2015)), что указывает на значительный вклад антропогенных источников.
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (государственное задание на проведение научных исследований, выполняемых в АлтГУ, проект FZMW-2023-0007).

Ключевые слова: эмиссия, метан, TROPOMI, GEOS-Chem, ассимиляция, 4D-LETKF, CHEEREIO, ансамбль, Западная Сибирь.

Литература:

Bey I., Jacob D.J., Yantosca R.M. et al. Global modeling of tropospheric chemistry with assimilated meteorology: Model description and evaluation // JGR Atmospheres. 2001. Vol. 106. No. D19. Pp. 23073–23095. DOI: 10.1029/2001JD000807.
Bohn T.J., Melton J.R., Ito A. et al. WETCHIMP-WSL: intercomparison of wetland methane emissions models over West Siberia // Biogeosciences. 2015. Vol. 12. Pp. 3321–3349. DOI: 10.5194/bg-12-3321-2015.
Butz A., Galli A., Hasekamp O. et al. TROPOMI aboard Sentinel-5 Precursor: Prospective performance of CH4 retrievals for aerosol and cirrus loaded atmospheres // Remote Sensing of Environment. 2012. Vol. 120. Pp. 267–276. DOI: 10.1016/j.rse.2011.05.030.
Hunt B.R., Kostelich E.J., Szunyogh I. Efficient data assimilation for spatiotemporal chaos: A local ensemble transform Kalman filter // Physica D: Nonlinear Phenomena. 2007. Vol. 230. No. 1–2. Pp. 112–126. DOI: 10.1016/j.physd.2006.11.008.
Pendergrass D.C., Jacob D.J., Nesser H. et al. CHEEREIO 1.0: A versatile and user-friendly ensemble-based chemical data assimilation and emissions inversion platform for the GEOS-Chem chemical transport model // Geoscientific Model Development. 2023. Vol. 16. No. 16. Pp. 4793–4810. DOI: 10.5194/gmd-16-4793-2023.

Двадцать третья международная конференция "СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"

XXIII.B.399

Оценка эмиссии метана на территории Западной Сибири по данным спутникового спектрометра TROPOMI и химической модели GEOS-Chem

Технологии и методы использования спутниковых данных в системах мониторинга