Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 4. С. 275-283
Сравнения наземных и спутниковых измерений общего содержания СО2 в Петергофе
А.А. Никитенко
1 , Ю.М. Тимофеев
1 , Я.А. Виролайнен
1 , А.Н. Рублев
2 , В.В. Голомолзин
3 , Ю.В. Киселева
2 , А.Б. Успенский
2 , Д.А. Козлов
4 1 Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
2 Научно-исследовательский центр космической гидрометеорологии «Планета», Москва, Россия
3 Сибирский центр НИЦ «Планета», Новосибирск, Россия
4 Государственный научный центр Российской Федерации «Исследовательский центр имени М.В. Келдыша», Москва, Россия
Одобрена к печати: 22.07.2024
DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-4-275-283
Важной задачей в исследованиях современных изменений климата Земли и факторов, их определяющих, является регулярный мониторинг общего содержания углекислого газа. В настоящее время широко используются различные методы определения антропогенных эмиссий СО2, которые основаны на спутниковых и наземных измерениях пространственно-временных вариаций общего содержания СО2. При этом требования к погрешностям измерений общего содержания СО2 (ХСО2) очень высокие (~0,5–1,0 млн-1 или менее 0,25 %). В настоящей работе сопоставляются данные спутниковых измерений ХСО2 с помощью инфракрасного фурье-спектрометра ИКФС-2, установленного на российском метеорологическом спутнике «Метеор-М» №2 и измеряющего уходящее тепловое инфракрасное излучение, и данные наземных измерений XCO2, полученные из спектров солнечного излучения в ближнем инфракрасном диапазоне в ходе измерений фурье-спектрометром Bruker IFS 125НR высокого спектрального разрешения, проведённых в Петергофе в Санкт-Петербургском государственном университете в период 2019–2022 гг. Перед сопоставлением со спутниковыми данными наземные измерения Bruker IFS 125НR ранее были откалиброваны с помощью вторичного международного эталона — мобильного фурье-спектрометра Bruker/SUN. Различия между величинами ХСО2, полученными по спутниковым данным ИКФС-2 и наземным данным Bruker IFS 125НR, находятся в пределах ~1 %.
Ключевые слова: содержание СО2, мониторинг, вариации XСО2, наземные спектроскопические измерения, спутниковые измерения, ИКФС-2, Bruker IFS 125НR, метод теплового излучения
Полный текстСписок литературы:
- Аршинов М. Ю., Белан Б. Д., Давыдов Д. К., Креков Г. М., Фофонов А. В., Бабченко С. В., Inoue G., Machida T., Maksutov Sh., Sasakawa M., Shimoyama K. Динамика вертикального распределения парниковых газов в атмосфере // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25. № 12. C. 1051–1061.
- Голомолзин В. В., Рублев А. Н., Киселева Ю. В., Козлов Д. А., Прокушкин А. С., Панов А. В. Определение общего содержания диоксида углерода над территорией России по данным отечественного космического аппарата «Метеор-М» № 2 // Метеорология и гидрология. 2022. № 4. C. 79–95.
- Тимофеев Ю. М., Березин И. А., Виролайнен Я. А. и др. Пространственно-временные вариации содержания CO2 по данным спутниковых и наземных измерений вблизи Санкт-Петербурга // Изв. РАН: Физика атмосферы и океана. 2019. T. 55. № 1. С. 65–72. DOI: 10.31857/S0002-351555165-72.
- A guidebook on the use of satellite greenhouse gases observation data to evaluate and improve greenhouse gas emission inventories. 1st ed. / eds. Matsunaga T., Maksyutov S.; Satellite Observation Center. National Inst. for Environmental Studies. Japan, 2018. 129 p.
- Cortesi U. et al. KLIMA-IASI sensitivity assessment report, final report for phase 1 of the project sensitivity analysis and application of KLIMA algorithms to GOSAT and OCO validation. 2009. ESA-ESRIN contract N. 21612/08/I-OL.
- Cortesi U., Del Bianco S., Gai M., Carli B. Carbon dioxide retrieval from IASI measurements using the KLIMA inversion algorithm // Proc. ESA Living Planet Symp. 2010. V. ESA SP-686. Article 468. https://www.researchgate.net/publication/229012858.
- Cortesi U., Bianco S. D., Gai M., Laurenza L. M., Ceccherini S., Carli B., Barbara F., Buchwitz M. KLIMA-IASI final report of project: Sensitivity analysis and application of KLIMA algorithms to GOSAT and OCO validation // Technical, Scientific and Research Reports. 2014. V. 6. ESA-ESRIN/Contract n. 21612/08/I-OL. 154 p.
- Diao A., Shu J., Song C., Gao W. Global consistency check of AIRS and IASI total CO2 column concentrations using WDCGG ground-based measurements // Frontiers in Earth Science. 2017. V. 11. P. 1–10. https://doi.org/10.1007/s11707-016-0573-4.
- Frankenberg C., Kulawik S. S., Wofsy S. C. et al. Using airborne HIAPER Pole-to-Pole Observations (HIPPO) to evaluate model and remote sensing estimates of atmospheric carbon dioxide // Atmospheric Chemistry and Physics. 2016. V. 16. No. 12. P. 7867–7878. DOI: 10.5194/acp-16-7867-2016.
- García O. E., Sepúlveda E., Schneider M. et al. Consistency and quality assessment of the MetOp-A/IASI and MetOp-B/IASI operational trace gas products (O3, CO, N2O, CH4, and CO2) in the subtropical North Atlantic // Atmospheric Measurement Techniques. 2016. V. 9. No. 5. P. 2315–2333. https://doi.org/10.5194/amt-9-2315-2016.
- Kulawik S. S., Jones D. B. A., Nassar R. et al. Characterization of Tropospheric Emission Spectrometer (TES) CO2 for carbon cycle science // Atmospheric Chemistry and Physics. 2010. V. 10. No. 12. P. 5601–5623. DOI: 10.5194/acp-10-5601-2010.
- Maddy E. S., Barnet C. D., Goldberg M., et al. CO2 retrievals from the atmospheric infrared sounder: methodology and validation // J. Geophysical Research. 2008. V. 113. Iss. D11. DOI: 10.1029/2007JD009402.
- Nalli N. R., Tan C., Warner Ju. et al. Validation of carbon trace gas profile retrievals from the NOAA-unique combined atmospheric processing system for the cross-track infrared sounder // Remote Sensing. 2020. V. 12. No. 19. Article 3245. DOI: 10.3390/rs12193245.
- Nоеl S., Bovensmann H., Wuttke M. W. et al. Nadir, limb, and occultation measurements with SCIAMACHY // Advances in Space Research. 2002. V. 29. No. 11. P. 1819–1824. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(02)00102-3.
- O’Dell C., Eldering A., Gunson M. et al. Improvements in XCO2 accuracy from OCO-2 with the latest ACOS v10 product // vEGU21, 23rd EGU General Assembly. 2021. Article EGU21-10484. DOI: 10.5194/egusphere-egu21-10484.
- Pachauri R. K., Allen M. R., Barros V. R. Climate change 2014: Synthesis report. Contribution of working groups I, II and III to the Fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change / eds. R. K. Pachauri, L. A. Meyer. Geneva, Switzerland: IPCC, 2014. 151 p.
- Peiro H., Crowell S., Schuh A. et al. Four years of global carbon cycle observed from OCO-2 version 9 and in situ data, and comparison to OCO-2 v7 // Atmospheric Chemistry and Physics. 2022. V. 22. No. 2. P. 1097–1130. https://doi.org/10.5194/acp-22-1097-2022.
- Suto H., Kataoka F., Kikuchi N. et al. Thermal and near-infrared sensor for carbon observation Fourier transform spectrometer-2 (TANSO-FTS-2) on the Greenhouse gases Observing SATellite-2 (GOSAT-2) during its first year in orbit // Atmospheric Measurement Techniques. 2021. V. 14. P. 2013–2039. https://doi.org/10.5194/amt-14-2013-2021.
- Taylor T. E., O’Dell C. W., Crisp D. et al. An 11-year record of XCO2 estimates derived from GOSAT measurements using the NASA ACOS version 9 retrieval algorithm // Earth System Science Data. 2022. V. 14. No. 1. P. 325–360. https://doi.org/10.5194/essd-14-325-2022.
- Timofeyev Y., Virolainen Y., Makarova M. et al. Ground-based spectroscopic measurements of atmospheric gas composition near Saint Petersburg (Russia) // J. Molecular Spectroscopy. 2016. V. 323. P. 2–14. DOI: 10.1016/j.jms.2015.12.007.
- Uspensky A. B., Rublev A. N., Kozlov D. A. et al. Monitoring of the essential climate variables of the atmosphere from satellite-based infrared sounder IKFS-2 // Russian Meteorology and Hydrology. 2022. V. 47. No. 11. P. 819–828. https://doi.org/10.3103/S1068373922110012.
- Wunch D., Toon G. C., Blavier J-F. L. et al. The total carbon column observing network // Philosophical Trans. A. 2011. V. 369(1943). P. 2087–2112. https://doi.org/10.1098/rsta.2010.0240.
- Yang H., Feng G., Xiang R. et al. Spatio-Temporal Validation of AIRS CO2 Observations Using GAW, HIPPO and TCCON // Remote Sensing. 2020. V. 12. No. 21. Article 3583. https://doi.org/10.3390/rs12213583.
- Zhou L., Divakarla M., Liu X. An overview of the Joint Polar Satellite System (JPSS) science data product calibration and validation // Remote Sensing. 2016. V. 8. No. 2. Article 139. https://doi.org/10.3390/rs8020139.