Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 2. С. 107-119
Сезонная и межгодовая изменчивость атмосферного метана над морями Северного Ледовитого океана по спутниковым данным
Л.Н. Юрганов
1 , А. Лейфер
2 , К. Лунд Майр
3 1 University of Maryland, Baltimore County, Baltimore, USA
2 Bubbleology Research International, Santa-Barbara, USA
3 Norwegian Institute for Air Research, Kjeller, Norway
Одобрена к печати: 09.02.2016
DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-2-107-119
Глобальное увеличение концентрации метана, начиная с 2007–2008 годов после десятилетия ее стабильности, требует изучения и объяснения. Расположение и характер источников растущих выбросов метана по-прежнему дискуссионны. Потепление Арктики, ускорившееся также с 2007 г., стимулировало предположения относительно ускорения диссоциации гидратов метана в Арктике и появления новой климатической положительной обратной связи. К сожалению, систематические натурные измерения метана в атмосфере над поверхностью морей Северного Ледовитого океана (СЛО) отсутствуют. В этих условиях спутниковые измерения в среднем ИК диапазоне, где уходящее излучение Земли и атмосферы превалирует над отраженным солнечным, могут быть полезны для круглогодичного исследования метана в Арктике. Представлен анализ измерений метана в нижней тропосфере над СЛО по данным орбитальных спектрометров, работающих по полосе ν4 около 1300 см-1. В данной работе были определены районы и периоды в Арктике, как благоприятные, так и неблагоприятные для спутниковых измерений. Чувствительность ИК приборов к нижней тропосфере зависит от вертикального температурного градиента. Нами был выбран параметр, который характеризует степень зависимости чувствительности спутникового прибора от температурного контраста (ТК) в атмосфере: разность между температурой поверхности и температурой на высоте 4 км. Измерения метана при величинах ТК<10°С были отброшены как не отражающие концентрации в нижней тропосфере. Обширные районы СЛО показали достаточно большие значения ТК также и в холодный период года. Максимальные положительные аномалии концентрации метана наблюдаются в ноябре – декабре. В среднем за год максимальные аномалии метана наблюдаются вдоль побережий Норвегии, Новой Земли и Шпицбергена. По предварительной оценке моря Западной Арктики ответственны за ~68%, а моря Восточной Арктики за ~12% метана, выбрасываемого СЛО. В целом эмиссия метана от СЛО составляет ~ 68% выбросов континентальной Арктики к северу от 60˚ с.ш. Однако спутниковые измерения с 2002 г. не дают пока достаточных оснований говорить о решающем вкладе Арктики в наблюдаемый рост глобального метана.
Ключевые слова: AIRS, IASI, Арктика, Северный Ледовитый океан, атмосферный метан
Полный текстСписок литературы:
- Анисимов О.А.,. Забойкина Ю.Г, Кокорев В.А., Юрганов Л.Н. Возможные причины эмиссии метана на шельфе морей Восточной Арктики // Лед и Снег. 2014. № 2 (126). C. 69–81.
- Анисимов О.А.,. Кокорев В.А. Сравнительный анализ наземных, морских и спутниковых измерений метана в нижней атмосфере российской части Арктики в условиях изменения климата // Исследование Земли из космоса. 2015. № 2 . С. 1–14.
- Портнов А. Частное сообщение. 2016.
- Сергиенко В.И., Дударев О.В., Дмитревский Н.Н., Шахова Н.Е., Никольский Н.Н., Никифоров С.Л., Саломатин А.С., Салюк Р.А., Карнаух В.В., Черных Д.Б., Тумской В.Е., Чувилин Е.М., Буханов Б.А. Деградация подводной мерзлоты и разрушение гидратов шельфа морей Восточной Арктики как возможная причина «метановой катастрофы»: некоторые результаты комплексных исследований 2011 года // ДАН. 2012. Т. 445. № 3. С. 330–335.
- AMAP Assessment 2015: Methane as an Arctic climate forcer: Arctic Monitoring and Assessment Programme (AMAP). 2015. Oslo, Norway. 139 p. ISBN – 978-82-7971-091-2.
- Archer D. Methane hydrate stability and anthropogenic climate change // Biogeosciences, 2007. Vol. 4. Р. 521–544.
- Berchet A., Pison I., Chevallier F., Paris J.-D., Bousquet P., Bonne J.-L., Arshinov M.Y., Belan B.D., Cressot C., Davydov D.K., Dlugokencky E.J., Fofonov A.V., Galanin A., Lavrič J., Machida T., Parker R., Sasakawa M., Spahni R., Stocker B.D., Winderlich J. Natural and anthropogenic methane fluxes in Eurasia: a mesoscale quantification by generalized atmospheric inversion // Biogeosciences, 2015. Vol. 12. Р. 5393–5414.
- Bergamaschi P., Houweling S., Segers A., Krol M., Frankenberg C., Scheepmaker R., Dlugokencky E., Wofsy S., Kort E., Sweeney C., Schuck T., Brenninkmeijer C., Chen H., Beck V., Gerbig C. Atmospheric CH4 in the first decade of the 21st century: Inverse modeling analysis using SCIAMACHY satellite retrievals and NOAA surface measurements // Journal of Geophysical Research. 2013. Vol. 118. No. 13. Р. 7350–7369.
- Damm E., Rudels B., Schauer U., Mau S., Dieckmann G. Methane excess in Arctic surface water-triggered by sea ice formation and melting // Scientific Reports. 2015. Vol. 5. 16179.
- Dlugokencky E.J., Nisbet E.G., Fisher R., Lowry D. Global atmospheric methane: Budget, changes and dangers // Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2011. Vol. 369. No. 1943. Р. 2058–2072.
- Dlugokencky E.J., Lang P.M., Crotwell M., Masarie K.A., Crotwell M.J., Atmospheric Methane Dry Air Mole Fractions from the NOAA ESRL Carbon Cycle Cooperative Global Air Sampling Network, 1983–2014, Version: 2015-08-03, Path: ftp://aftp.cmdl.noaa.gov/data/trace_gases/ch4/flask/surface/. 2015.
- Fisher R.E., Sriskantharajah S., Lowry D., Lanoisellé M., Fowler C.M.R., James R.H., Hermansen O., Lund Myhre C., Stohl A., Greinert J., Nisbet-Jones P.B.R., Mienert J., Nisbet E.G. Arctic methane sources: isotopic evidence for atmospheric inputs // Geophysical Research Letters. 2011. Vol. 38. No. 21. L21803.
- Frankenberg C., Meirink J. , Bergamaschi P., Goede A., Heimann M., Körner S., Platt U., van Weele M., Wagner T. Satellite chartography of atmospheric methane from SCIAMACHY onboard ENVISAT: Analysis of the years 2003 and 2004 // Journal of Geophysical Research. 2006. Vol. 111. D07303.
- Fung, I., John J., Lerner J., Matthews E., Prather M., Steele L.P., Fraser P.J. Three-dimensional model synthesis of the global methane cycle // Journal of Geophysical Research. 1991. Vol. 96. No. D7. Р. 13033–13065.
- Gentz T., Damm E., von Deimling, J.S., Mau S., McGinnis D.F., Schlüter M. A water column study of methane around gas flares located at the West Spitsbergen continental margin // Continental Shelf Research. 2014. Vol. 72. Р. 107–118.
- IPCC, Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Stocker, T.F., Qin D., Plattner G.-K., Tignor M., Allen S.K., Boschung J., Nauels A., Xia Y., Bex V., Midgley P.M. (eds.). Cambridge University Press.
- Kort E.A., Wofsy S.C., Daube B.C., Diao M., Elkins J.W., Gao R.S., Hintsa E.J., Hurst D.F., Jimenez R., Moore F.L., Spackman J.R., Zondlo M.A. Atmospheric observations of Arctic Ocean methane emissions up to 82° North // Nature Geoscience. 2012. Vol. 5. No. 5. Р. 318–321.
- Razavi A., Clerbaux C., Wespes C., Clarisse L., Hurtmans D., Payan S., Camy-Peyret C., Coheur P. Characterization of methane retrievals from the IASI space-borne sounder // Atmospheric Chemistry and Physics. 2009. Vol. 9. No. 20. Р. 7889–7899.
- Rodgers C. Inverse Methods for Atmospheric Sounding: Theory and Practice. World Scientific: Hackensack, NJ, USA. 2000. 238 p.
- Shakhova N., Semiletov I., Salyuk A., Yusupov V., Kosmach D., Gustafsson O. Extensive methane venting to the atmosphere from sediments of the East Siberian Arctic Shelf // Science. 2010. Vol. 327. No. 5970. Р. 1246 –1250.
- Shakhova N., Semiletov I., Leifer I., Sergienko V., Salyuk A., Kosmach D., Chernykh D., Stubbs C., Nicolsky D., Tumskoy V., Gustafsson O. Ebullition and storm-induced methane release from the East Siberian Arctic Shelf // Nature Geoscience. 2014. Vol. 7. No. 1. Р. 64–70.
- Tadic J.M., Loewenstein M., Frankenberg C., Butz A., Roby M., Iraci L.T., Yates E.L., Gore W., Kuze A. A Comparison of In Situ Aircraft Measurements of Carbon Dioxide and Methane to GOSAT Data Measured Over Railroad Valley Playa, Nevada, USA // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2014. Vol. 52(12). Р. 7764–7774
- Westbrook G.K., Thatcher K.E., Rohling E.J., Piotrowski A.M., Pälike H., Osborne A.H., Nisbet E.G., Minshull E. A.,Lanoisellé M., James R.H., Hühnerbach V., Green D., Fisher R. E., Crocker A.J., Chabert A., Bolton C., Beszczynska-Möller A., Berndt C., Aquilina A. Escape of methane gas from the seabed along the west Spitsbergen continental margin // Geophysical Research Letters. 2009. Vol. 36. L15608.
- Winkelmann D., Stein R. Triggering of the Hinlopen/Yermak Megaslide in relation to paleoceanography and climate history of the continental margin north of Spitsbergen // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2007. Vol. 8. No. 6.
- Xiong X., Barnet C., Maddy E., Wei J., Liu X., Pagano T. Seven Years’ Observation of Mid-Upper Tropospheric Methane from Atmospheric Infrared Sounder // Remote Sensing. 2010. Vol. 2. No. 11. Р. 2509–2530.
- Xiong X., Barnet C., Maddy E., Gambacorta A., King T., Wofsy S. Mid-upper tropospheric methane retrieval from IASI and its validation // Atmospheric Measurement Techniques. 2013. Vol. 6. No. 9. Р. 2255–2265.