Журнал

О журнале Новости Редколлегия Информация для авторов и рецензентов Публикационная этика Дискуссия Контакты ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ:
отправка и рецензирование статей
Архив
Том 23, 2026
Номер 1 Номер 2
Том 22, 2025
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 21, 2024
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
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. 2026. Т. 23. № 2. С. 95-110

Методика восстановления концентрации CO2 в полосе 15 мкм по данным измерений спектрометра ИКФС-2 на борту КА «Метеор-М» № 2

П.В. Власов 1 , Е.Д. Стариченко 1 , Н.И. Игнатьев 1 , А.Ю. Трохимовский 1 , А.А. Фёдорова 1 , О.И. Кораблев 1 , А.А. Ломакин 1 
1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 15.12.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2026-23-2-95-110
Рассматривается возможность восстановления концентрации CO2 как одного из ключевых парниковых газов в земной атмосфере по данным измерений серии фурье-спектрометров ИКФС-2 (инфракрасный фурье-спектрометр), установленных на космических аппаратах «Метеор-М» № 2 и наблюдающих Землю в надир в спектральном диапазоне 5–15 мкм. Рабочий диапазон ИКФС-2 содержит глубокую полосу поглощения CO2 в области 15 мкм, форма которой зависит от вертикального профиля давления – температуры и от содержания самого CO2. Вследствие чего данная полоса обычно используется для восстановления профиля температуры от поверхности до 60 км при известном содержании диоксида углерода. В работе исследуется возможность и точность восстановления содержания самого CO2 по измерениям в полосе 15 мкм. Восстановление температуры атмосферы Земли и концентрации малых газовых составляющих представляет собой обратную задачу по отношению к расчёту переноса излучения в тепловом инфракрасном диапазоне спектра. Для её решения был применён итерационный нелинейный метод оптимальной оценки. Использованный алгоритм — адаптация успешно работающей методики обработки данных фурье-спектрометра TIRVIM (англ. Thermal InfraRed) на борту ExoMars Trace Gas Orbiter в аналогичной задаче термического зондирования атмосферы Марса в том же спектральном диапазоне. Получено, что колебания температуры нижней атмосферы в несколько градусов влияют на измеряемый ИКФС-2 спектр столь же сильно, как и вариации концентрации CO2 в десятки объёмных частей на миллион. С учётом неопределённости профиля температуры в масштабе поля зрения спектрометра, из-за грубости пространственно-временного разрешения и неточностей самих погодных данных, погрешности восстанавливаемого общего содержания CO2 слишком велики для использования надирных измерений в полосе 15 мкм для построения глобальных карт и отслеживания многолетних трендов содержания CO2 в атмосфере.
Ключевые слова: земная атмосфера, «Метеор-М» № 2,ИКФС-2, парниковые газы, концентрация CO2, полоса поглощения, термическое зондирование, обратная задача, температура
Полный текст

Список литературы:

  1. Власов П. В., Игнатьев Н. И., Кораблев О. И. и др. Термическое зондирование атмосферы Марса при помощи фурье-спектрометра ACS TIRVIM на борту КА ExoMars TGO: метод решения обратной задачи // Астрономический вестн. 2023. Т. 57. № 6. С. 503–520. https://doi.org/10.31857/ S0320930X23060087.
  2. Головин Ю. М., Завелевич Ф. С., Никулин А. Г. и др. Бортовые инфракрасные фурье-спектрометры для температурно-влажностного зондирования атмосферы Земли // Исслед. Земли из космоса. 2013. № 6. С. 25–37. https://doi.org/10.7868/S0205961413060018.
  3. Голомолзин В. В., Рублев А. Н., Киселева Ю. В. и др. Определение общего содержания диоксида углерода над территорией России по данным отечественного космического аппарата «Метеор-М» № 2 // Метеорология и гидрология. 2022. № 4. С. 79–95. https://doi. org/10.52002/0130-2906-2022-4-79-95.
  4. Тимофеев Ю. М., Васильев А. В. Теоретические основы атмосферной оптики. СПб.: Наука, 2003. 474 с.
  5. Успенский А. Б., Тимофеев Ю. М., Козлов Д. А., Черный И. В. Развитие методов и средств дистанционного температурно-влажностного зондирования земной атмосферы. // Метеорология и гидрология. 2021. № 12. С. 33–44. https://doi.org/10.52002/0130-2906-2021-12-33-44.
  6. Clough T. Status of the LBLRTM forward model: IASI validations. 4th Annual Advanced High Spectral Resolution Infrared Observations Workshop. SSEC, EUMETSAT, CIMSS, 2008.
  7. Conrath B. J., Pearl J. C., Smith M. D. et al. Mars Global Surveyor Thermal Emission Spectrometer (TES) observations: Atmospheric temperatures during aerobraking and science phasing // J. Geophysical Research: Planets. 2000. V. 105. Iss. E4. P. 9509–9519. https://doi.org/10.1029/1999JE001095.
  8. Crisp D., Pollock H. R., Rosenberg R. et al. The on-orbit performance of the Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) instrument and its radiometrically calibrated products // Atmospheric Measurement Techniques. 2017. V. 10. Iss. 1. P. 59–81. https://doi.org/10.5194/amt-10-59-2017.
  9. Gamache R. R., Roller C., Lopes E. et al. Total internal partition sums for 166 isotopologues of 51 molecules important in planetary atmospheres: Application to HITRAN2016 and beyond // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2017. V. 203. P. 70–87. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2017.03.045.
  10. Garkusha A. S., Polyakov A. V., Timofeyev Yu. M. Analysis of capabilities for satellite monitoring of atmospheric gaseous composition using IRFS-2 instrument // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2017. V. 53. No. 9. P. 1016–1018. https://doi.org/10.1134/S0001433817090377.
  11. Gordon I. E., Rothman L. S., Hargreaves R. J. et al. The HITRAN2020 molecular spectroscopic data-base // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2022. V. 277. Article 107949. https://doi. org/10.1016/j.jqsrt.2021.107949.
  12. Grassi D., Ignatiev N. I., Zasova L. V. et al. Methods for the analysis of data from the Planetary Fourier Spectrometer on the Mars Express Mission // Planetary and Space Science. 2005. V. 53. Iss. 10. P. 1017–1034. https://doi.org/10.1016/j.pss.2005.01.006.
  13. Haus R., Titov D. V. Sensitivity of temperature retrieval in the Martian atmosphere to transmittance simulation accuracy and instrumental noise // Planetary and Space Science. 2000. V. 48. Iss. 5. P. 473–481. https://doi.org/10.1016/S0032-0633(00)00020-9.
  14. Hersbach H., Bell B., Berrisford P. et al. ERA5 hourly data on pressure levels from 1940 to present. Copernicus Climate Change Service (C3S) Climate Data Store (CDS). 2023. https://doi.org/10.24381/cds. bd0915c6.
  15. 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. https://doi.org/10.1007/s11214-017-0437-6.
  16. Kuntz M. A new implementation of the Humlicek algorithm for the calculation of the Voigt profile function // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 1997. V. 57. Iss. 6. P. 819–824. https://doi. org/10.1016/S0022-4073(96)00162-8.
  17. Lamouroux J., Régalia L., Thomas X. et al. CO2 line-mixing database and software update and its tests in the 2.1 μm and 4.3 μm regions // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2015. V. 151. P. 88–96. http://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2014.09.017.
  18. Loveless M., Borbas E. E., Knuteson R. et al. Climatology of the Combined ASTER MODIS Emissivity over Land (CAMEL) Version 2 // Remote Sensing. 2021. V. 13. Iss. 1. Article 111. https://doi.org/10.3390/ rs13010111.
  19. Mlawer E. J., Cady-Pereira K. E., Mascio J., Gordon I. E. The inclusion of the MT_CKD water vapor continuum model in the HITRAN molecular spectroscopic database // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2023. V. 306. Article 108645. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2023.108645.
  20. Perevalov V. I., Tashkun S. A. CDSD-296 (Carbon Dioxide Spectroscopic Databank): Updated and enlarged version for atmospheric applications // The 10th HITRAN Database Conf. Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Zenodo, 2008. https://doi.org/10.5281/zenodo.17520.
  21. Polyakov A., Virolainen Y., Nerobelov G. et al. Assessing total and tropospheric ozone via IKFS-2 infrared measurements on Meteor-M No. 2 // Atmosphere. 2025. V. 16. Iss. 7. Article 777. https://doi.org/10.3390/ atmos16070777.
  22. Rodgers C. D. Inverse methods for atmospheric sounding: Theory and practice. Singapore: World Scientific, 2000. 256 p. https://doi.org/10.1142/3171.
  23. Timofeyev Y. M., Uspensky A. B., Zavelevich F. S. et al. Hyperspectral infrared atmospheric sounder IKFS-2 on “Meteor-M” No. 2 — Four years in orbit // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2019. V. 238. Article 106579. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2019.106579.
  24. Wunch D., Toon G. C., Blavier J.-F. L. et al. The Total Carbon Column Observing Network // Philosophical Transactions A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2011. V. 369. Iss. 1943. P. 2087–2112. https://doi.org/10.1098/rsta.2010.0240.
  25. Yokota T., Yoshida Y., Eguchi N. et al. Global concentrations of CO2 and CH4 retrieved from GOSAT: First preliminary results // Sola. 2009. V. 5. P. 160–163. https://doi.org/10.2151/sola.2009-041.