Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 3. С. 173-183
Оценки эмиссии метана от некоторых арктических и приарктических районов по данным орбитального интерферометра IASI
Л.Н. Юрганов
1 , А. Лейфер
2 1 University of Maryland Baltimore County, Baltimore, USA
2 Bubbleology Research International, Santa-Barbara, USA
Одобрена к печати: 05.04.2016
DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-3-173-183
Метан является важным парниковым газом. Примерно половина его источников связана непосредственно с деятельностью человека, а вторая половина – с различными природными механизмами. Многие из этих механизмов имеют положительную зависимость от температуры. Как известно, потепление Арктики происходит примерно в два раза быстрее, чем рост глобальной температуры. Этот факт привлекает внимание к изучению процессов выброса метана в Арктике, которые могут быть причиной положительной климатической обратной связи. Особое внимание уделяется эмиссии метана от морей Северного Ледовитого океана (СЛО). В силу различных логистических причин концентрации метана над СЛО, в особенности в холодный период года, изучены недостаточно. Между тем, начиная с 2002 года, на орбите находится спектрометр AIRS, а c 2007 года – интерферометр IASI, и результаты восстановления профилей метана находятся в публичном доступе. Оба прибора работают в средней области ИК спектра и регистрируют собственное излучение Земли и атмосферы. Для получения информации о содержании газов необходим достаточный температурный контраст в атмосфере. В работе анализируются данные IASI для случаев температурного контраста (разницы между температурами на поверхности и на высоте 4 км), превышающих 10°С. Все измерения в диапазоне высот 0-4 км для периода с 2010 г. по 2014 г. усреднены, и из них вычтен климатологический фон. Предположено, что полученные таким образом аномалии метана пропорциональны скорости эмиссии метана. Для калибровки шкалы потоков метана использован относительно хорошо изученный район Западно-Сибирской низменности, для которого годовой выброс метана оценивается величиной 22 Тг. Приведены карты пространственного распределения скоростей эмиссии метана от поверхности моря вблизи Норвегии, Шпицбергена, Новой Земли, моря Лаптевых, а также прибрежных районов Охотского моря и от территории Аляски. Полученные оценки подтверждаются имеющимися в литературе модельными и экспериментальными данными для Аляски, а также оценками эмиссии метана, полученными из измерений его перенасыщения в поверхностных водах моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря.
Ключевые слова: IASI, Арктика, Аляска, Северный Ледовитый океан, атмосферный метан
Полный текстСписок литературы:
- Анисимов О.А., Лавров С.А., Ренева С.А. Эмиссия метана из многолетнемерзлых болот России в условиях изменения климата // Проблемы экологич. моделирования и мониторинга экосистем. Ред. Ю.А. Израэль. СПб.: Гидрометеоиздат, 2005. С. 124–142.
- Иванов В.В., Алексеев В.А., Алексеева Т.А., Колдунов Н.В., Репина И.А., Смирнов А.В. Арктический ледяной покров становится сезонным? // Исследование земли из космоса. 2013. № 4. С. 50–65.
- Космач Д.А., Сергиенко В.И., Дударев О.В., Куриленко А.В., Густаффсон О, Семилетов И.П., Шахова Н.Е. Метан в поверхностных водах окраинных морей Северной Евразии // ДАН. 2015. Т. 465. № 4. С. 441–445.
- Матвеева Т.В., Соловьев В.А. Газовые гидраты Охотского моря: закономерности формирования и распространения // Российский химический журнал. 2003. Т. 157. № 3. С. 101–111.
- Обжиров А.И. Геология и методы поиска газогидратов // Вестник инженерной школы ДФВУ. 2012. № 1 (10). 90–94.
- Юрганов Л.Н., Лейфер А., Лунд Майр К. Сезонная и межгодовая изменчивость атмосферного метана над морями Северного Ледовитого океана по спутниковым данным // Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса. 2016. Т. 13. № 2. С. 107–119.
- AMAP Assessment 2015: Methane as an Arctic climate forcer. Arctic Monitoring and Assessment Programme (AMAP). Oslo, Norway: AMAP, 2015. vii + 139 pp. ISBN – 978-82-7971-091-2.
- Archer D. Methane hydrate stability and anthropogenic climate change // Biogeosciences. 2007. Vol. 4. pp. 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. pp. 5393–5414.
- Berchet A., Bousquet P., Pison I., Locatelli R., Chevallier F., Paris J.-D., Dlugokencky E.J., Laurila T., Hatakka J., Viisanen Y., Worthy D.E.J., Nisbet E.G., Fisher R.E., France J.L., Lowry D., Ivakhov V., Hermansen O. Atmospheric constraints on the methane emissions from the East Siberian Shelf // Atmospheric Chemistry and Physics. 2016. Vol.16. P. 4147-4157.
- 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. P. 7350-7369.
- Berndt C., Feseker T., Treude T., Krastel, S., Liebetrau V., Niemann H., Bertics V.J., Dumke I., Dunnbier K., Ferre B., Graves C., Gross F., Hissmann K., Huhnerbach V., Krause S., Lieser K., Schauer J., Steinle L. Temporal Constraints on Hydrate-Controlled Methane Seepage off Svalbard // Science. 2014. Vol. 343. P. 284–287.
- Chang R.Y.-W., Miller C.E., Dinardo S.J., Karion A., Sweeney C., Daube B.C, Henderson J. M., Mountain M.E., Eluszkiewicz J., Miller J. B., Bruhwiler L. M. P., Wofsy S. C. Methane emissions from Alaska in 2012 from CARVE airborne observations // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2014. Vol. 111. P. 16694–16699.
- Crevoisier C., Nobileau D., Fiore A. M., Armante R., Chedin A, Scott N. A. Tropospheric methane in the tropics – first year from IASI hyperspectral infrared observations // Atmospheric Chemistry and Physics. 2009. Vol. 9. P. 6337–6350.
- 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. L21803.
- 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. P. 13033–13065.
- Melton J.R., Wania R., Hodson E.L., Poulter B., Ringeval B., Spahni R., Bohn T., Avis C.A., Beerling D.J., Chen G., Eliseev A.V., Denisov S.N., Hopcroft P.O., Lettenmaier D.P., Riley W.J., Singarayer J.S., Subin Z.M., Tian H., Zürcher S., Brovkin V., van Bodegom P.M., Kleinen T., Yu Z.C., Kaplan J.O. Present state of global wetland extent and wetland methane modelling: conclusions from a model inter-comparison project (WETCHIMP) // Biogeosciences. 2013. Vol. 10. P. 753–788.
- Montzka S.A., Krol M., Dlugokencky E., Hall B., Jockel P., Lelieveld J. Small Interannual Variability of Global Atmospheric Hydroxyl // Science. 2011. Vol. 331. P. 67–69.
- Razavi A., Clerbaux C., Wespes C., Clarisse L., Hurtmans D., Payan S., Camy-Peyret C., Coheur P. Characterization of methane retrievals from the IASI spaceborne sounder // Atmospheric Chemistry and Physics. 2009. Vol. 9. P. 7889–7899.
- 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. P. 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. P. 64–70.
- Shakhova N., Semiletov I., Sergienko V., Lobkovsky L., Yusupov V., Salyuk A., Salomatin A., Chernykh D., Kosmach D., Panteleev G. , Nicolsky D., Samarkin V., Joye S., Charkin A., Dudarev O., Meluzov A., Gustafsson O. The East Siberian Arctic Shelf: towards further assessment of permafrost-related methane fluxes and role of sea ice // Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2015. Vol. 373. Issue 2052. P. 1–13.
- Walsh J.E., Kattsov V.M., Chapman W.L., Govorkova V., Pavlova T. Comparison of Arctic climate simulations by uncoupled and coupled global models // Journal of Climate. 2002. Vol. 15. P. 1429–1446.
- Wania R., Melton J.R., Hodson E. L., Poulter B., Ringeval B., Spahni R., Bohn T., Avis C. A., Chen G., Eliseev A.V., Hopcroft P.O., Riley W.J., Subin Z.M., Tian H., van Bodegom P.M., Kleinen T., Yu Z. C., Singarayer J.S., Zürcher S., Lettenmaier D.P., Beerling D.J., Denisov S.N., Prigent C., Papa F., Kaplan J.O. Present state of global wetland extent and wetland methane modelling: methodology of a model inter-comparison project (WETCHIMP) // Geosciences Model Development. 2013. Vol. 6. P. 617–641.
- Westbrook G.K., Thatcher K.E., Rohling E J., Piotrowski A.M., Pälike H., Osborne A.H., Nisbet E.G., Minshull Т 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.
- 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. P. 2255–2265.
- Zona D., Gioli B., Commane R., Lindaas J., Wofsy S.C., Miller C.E., Dinardo S.J., Dengel S., Sweeney C., Karion A., Chang R.Y.-W, Henderson J.M., Murphy P.C., Goodrich J.P., Moreaux V., Liljedahl A., Watts J.D., Kimball J.S., Lipson D.A., Oechel W.C. Cold season emissions dominate the Arctic tundra methane budget // Proceedings of National Academy of Science. USA. 2016. Vol. 113(1). P. 40–45.