Журнал

О журнале Новости Редколлегия Информация для авторов и рецензентов Публикационная этика Дискуссия Контакты ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ:
отправка и рецензирование статей
Архив
Том 21, 2024
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5
Том 20, 2023
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 19, 2022
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 18, 2021
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 17, 2020
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6 Номер 7
Том 16, 2019 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 15, 2018 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6 Номер 7
Том 14, 2017 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6 Номер 7
Том 13, 2016 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 12, 2015 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 11, 2014 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Том 10, 2013 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Том 9, 2012 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5
Том 8, 2011 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Том 7, 2010 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Выпуск 6, 2009 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 5, 2008 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 4, 2007 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 3, 2006 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 2, 2005 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 1, 2004 г.
Том 1
Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
Ваш e-mail:
подписаться отписаться
English version
ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 1. С. 325-339

Новая спектроскопия полосы водяного пара 1,38 мкм для CO2-атмосфер: измерение содержания H2O в атмосфере Марса в экспериментах SPICAM/MEX и ACS NIR/TGO

А.А. Федорова 1 , А.Ю. Трохимовский 1 , Т.М. Петрова 2 , В.М. Дейчули 2 , А.М. Солодов 2 , А.А. Солодов 2 , Ф. Монтмессан 3 , О.И. Кораблев 1 
1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
2 Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, Томск, Россия
3 Лаборатория атмосфер, сред и космических наблюдений (LATMOS), Гайанкур, Франция
Одобрена к печати: 29.12.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-1-325-339
Полоса H2O 1,38 мкм используется для измерения водяного пара в атмосфере Марса, начиная с эксперимента MAWD (англ. Mars Atmospheric Water Detector) на космических аппаратах Viking-1, -2. В настоящее время два эксперимента на орбите Марса — SPICAM IR (англ. SPectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Mars InfraRed) на орбитальном аппарате Mars-Express и ACS NIR (англ. Atmospheric Chemistry Suite Near InfraRed) на орбитальном аппарате Trace Gas Orbiter — проводят измерения водяного пара в этом диапазоне. Спектрометры обеспечивают мониторинг сезонного цикла интегрального содержания водяного пара и его вертикального распределения на протяжении уже нескольких марсианских лет. В качестве спектроскопической информации при восстановлении водяного пара в этих экспериментах использовалась база данных HITRAN (англ. High Resolution Transmission). При этом для учёта уширения линий водяного пара в углекислой атмосфере Марса был принят масштабный коэффициент 1,7 относительно уширения воздухом, представленного в HITRAN. Это могло привести к систематической неопределённости результатов, даже несмотря на низкое давление в атмосфере Марса. Недавние лабораторные измерения уширения линий водяного пара в CO2 для линий трёх колебательных полос ν1 + ν3, 2ν2 + ν3 и 2ν1 в области спектра 6760–7430 см–1 позволили улучшить спектроскопические параметры для углекислой атмосферы. Мы провели восстановление водяного пара с новой спектроскопией в диапазоне 1,38 мкм для надирных измерений SPICAM IR и затменных измерений ACS NIR. В случае SPICAM IR изменения, связанные со спектроскопией, оказались ниже чувствительности прибора из-за низкого разрешения и отношения сигнала к шуму. Для измерений спектрометра высокого разрешения ACS NIR новая спектроскопия привела к систематическим отклонениям 2–5 % в зависимости от высоты измерений, превышающим случайные ошибки прибора.
Ключевые слова: Марс, атмосфера, водяной пар, спектроскопические измерения
Полный текст

Список литературы:

  1. Brown L. R., Humphrey C. M., Gamache R. R. CO2-broadened water in the pure rotation and ν2 fundamental regions // J. Molecular Spectroscopy. 2007. V. 246. P. 1–21. DOI: 10.1016/j.jms.2007.07.010.
  2. Chesnokova T. Y., Chentsov A. V., Firsov K. M. Impact of spectroscopic information on total column water vapor retrieval in the near-infrared spectral region // J. Applied Remote Sensing 2020. V. 14. Article 034510. DOI: 10.1117/1.JRS.14.034510.
  3. Conway E. K., Gordon I. E., Kyuberis A. A. et al. Calculated line lists for H216O and H218O with extensive comparisons to theoretical and experimental sources including the HITRAN 2016 database // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2020. V. 241. Article 106711. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2019.106711.
  4. Deichuli V. M., Petrova T. M., Solodov A. M. et al. Water vapor absorption line parameters in the 6760–7430 cm–1 region for application to CO2-rich planetary atmosphere // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2022. V. 293. Article 108386. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2022.108386.
  5. Farmer C. B., Davies D. W., Holland A. L. et al. Mars: Water vapor observations from the Viking orbiters // J. Geophysical Research. 1977. V. 82. P. 4225–4248. DOI: 10.1029/JS082i028p04225.
  6. Fedorova A. A., Rodin A. V., Baklanova I. V. MAWD observations revisited: seasonal behavior of water vapor in the Martian atmosphere // Icarus. 2004. V. 17. P. 54–67. DOI: 10.1016/j.icarus.2004.04.017.
  7. Fedorova A., Korablev O., Bertaux J.-L. et al. Mars water vapor abundance from SPICAM IR spectrometer: Seasonal and geographic distributions // J. Geophysical Research: Planets. 2006. V. 111. Article E09S08. DOI: 10.1029/2006je002695.
  8. Fedorova A. A., Korablev O. I., Bertaux J. L. et al. Solar infrared occultation observations by SPICAM experiment on Mars-Express: Simultaneous measurements of the vertical distributions of H2O, CO2 and aerosol // Icarus. 2009. V. 200. P. 96–117. DOI: 10.1016/j.icarus.2008.11.006.
  9. Fedorova A. A., Trokhimovsky S., Korablev O., Montmessin F. Viking observation of water vapor on Mars: Revision from up-to-date spectroscopy and atmospheric models // Icarus. 2010. V. 208. P. 156–164. DOI: 10.1016/j.icarus.2010.01.018.
  10. Fedorova A. A., Montmessin F., Korablev O. et al. Stormy water on Mars: The distribution and saturation of atmospheric water during the dusty season // Science. 2020. V. 367. P. 297–300. DOI: 10.1126/science.aay9522.
  11. Fedorova A., Montmessin F., Korablev O. et al. Multi-Annual Monitoring of the Water Vapor Vertical Distribution on Mars by SPICAM on Mars-Express // J. Geophysical Research: Planets. 2021. V. 126. Article e2020JE006616. DOI: 10.1029/2020JE006616.
  12. Fedorova A., Montmessin F., Trokhimovskiy A. et al. A Two-Martian Years Survey of the Water Vapor Saturation State on Mars Based on ACS NIR/TGO Occultations // J. Geophysical Research: Planets. 2023. V. 128. Article e2022JE007348. DOI: 10.1029/2022JE007348.
  13. Fiorenza C., Formisano V. A solar spectrum for PFS data analysis // Planetary and Space Science. 2005. V. 53. P. 1009–1016. DOI: 10.1016/j.pss.2004.12.008.
  14. Gamache R. R., Neshyba S. P., Plateaux J. J. et al. CO2-Broadening of Water-Vapor Lines // J. Molecular Spectroscopy. 1995. V. 170. P. 131–151. DOI: 10.1006/jmsp.1995.1060.
  15. Gamache R. R., Farese M., Renaud C. L. A spectral line list for water isotopologues in the 1100–4100 cm−1 region for application to CO2-rich planetary atmospheres // J. Molecular Spectroscopy. 2016. V. 326. P. 144–150. DOI: 10.1016/j.jms.2015.09.001.
  16. Gordon I. E., Rothman L. S., Hill C. et al. The HITRAN 2016 molecular spectroscopic database // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2017. V. 203. P. 3–69. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2017.06.038.
  17. Gordon I. E., Rothman L. S., Hargreaves R. J. et al. The HITRAN 2020 molecular spectroscopic database // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2022. V. 277. Article 107949. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107949.
  18. Jakosky B. M., Farmer C. B. The seasonal and global behavior of water vapor in the Mars atmosphere: Complete global results of the Viking Atmospheric Water Detector Experiment // J. Geophysical Research: Solid Earth. 1982. V. 87. P. 2999–3019. DOI: 10.1029/JB087iB04p02999.
  19. Knutsen E. W., Montmessin F., Verdier L. et al. Water Vapor on Mars: A Refined Climatology and Constraints on the Near-Surface Concentration Enabled by Synergistic Retrievals // J. Geophysical Research: Planets. 2022. V. 127. Article e2022JE007252. DOI: 10.1029/2022JE007252.
  20. Korablev O. I., Bertaux J. L., Kalinnikov Y. K. et al. Exploration of Mars in SPICAM-IR experiment onboard the Mars-Express spacecraft: 1. Acousto-optic spectrometer SPICAM-IR // Cosmic Research. 2006. V. 44. P. 278–293. DOI: 10.1134/s0010952506040022.
  21. Korablev O., Montmessin F., Trokhimovskiy A. et al. The Atmospheric Chemistry Suite (ACS) of Three Spectrometers for the ExoMars 2016 Trace Gas Orbiter // Space Science Reviews. 2018. V. 214. Article 7. DOI: 10.1007/s11214-017-0437-6.
  22. Langlois S., Birbeck T. P., Hanson R. K. Temperature-Dependent Collision-Broadening Parameters of H2O Lines in the 1.4-μm Region Using Diode Laser Absorption Spectroscopy // J. Molecular Spectroscopy 1994. V. 167. P. 272–281. DOI: 10.1006/jmsp.1994.1234.
  23. Lavrentieva N. N., Voronin B. A., Fedorova A. A. H216O line list for the study of atmospheres of Venus and Mars // Optics and Spectroscopy. 2015. V. 118. P. 11–18. DOI: 10.1134/s0030400x15010178.
  24. Mikhailenko S., Kassi S., Mondelain D., Campargue A. Water vapor absorption between 5690 and 8340 cm−1: accurate empirical line centers and validation tests of calculated line intensities // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2020. V. 245. Article 106840. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2020.106840.
  25. Millour E., Forget F., Spiga A. et al. The Mars Climate Database (Version 6.1) // Europlanet Science Congress 2022. Granada, Spain, 18–23 Sep. 2022. V. 16. Article EPSC2022-786. https://doi.org/10.5194/epsc2022-786.
  26. Montmessin F., Korablev O., Lefèvre F. et al. SPICAM on Mars-Express: A 10 year in-depth survey of the Martian atmosphere // Icarus. 2017. V. 297. P. 195–216. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2017.06.022.
  27. Pollack J. B., Dalton J. B., Grinspoon D. et al. Near-Infrared Light from Venus’ Nightside: A Spectroscopic Analysis // Icarus. 1993. V. 103. P. 1–42. DOI: 10.1006/icar.1993.1055.
  28. Régalia L., Cousin E., Gamache R. R. et al. Laboratory measurements and calculations of line shape parameters of the H2O–CO2 collision system // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2019. V. 231. P. 126–135. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2019.04.012.
  29. Rothman L. S., Barbe A., Chris Benner D. et al. The HITRAN molecular spectroscopic database: edition of 2000 including updates through 2001 // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2003. V. 82. P. 5–44. DOI: 10.1016/S0022-4073(03)00146-8.
  30. Rothman L. S., Jacquemart D., Barbe A. et al. The HITRAN 2004 molecular spectroscopic database // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2005. V. 96. P. 139–204. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2004.10.008.
  31. Rothman L. S., Gordon I. E., Babikov Y. et al. The HITRAN 2012 molecular spectroscopic database // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2013. V. 130. P. 4–50. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2013.07.002.
  32. Tran H., Ngo N. H., Hartmann J.-M. Efficient computation of some speed-dependent isolated line profiles // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2013. V. 129. P. 199–203. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2013.06.015.
  33. Trokhimovskiy A., Fedorova A., Korablev O. et al. (2015a) Mars’ water vapor mapping by the SPICAM IR spectrometer: Five Martian years of observations // Icarus. 2015. V. 251. P. 50–64. DOI: 10.1016/j.icarus.2014.10.007.
  34. Trokhimovskiy A., Korablev O., Kalinnikov Y. K. et al. (2015b) Near-infrared echelle-AOTF spectrometer ACS-NIR for the ExoMars Trace Gas Orbiter // Infrared Remote Sensing and Instrumentation XXIII: Proc. SPIE. 2015. V. 9608. Article 960809. DOI: 10.1117/12.2190369.