zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences10.47612/0514-7506-2022-89-2-246-253zhps-1008Research ArticleСтатьиОптимальная интерполяция наблюдений радиометрической сети AERONET для оценки распределения аэрозольной оптической толщины в восточноевропейском регионеOptimal Interpolation of AERONET Radiometric Network Observations for the Evaluation of the Aerosol Optical Depth Distribution in the Eastern European RegionМетельскаяН. С.MiatselskayaN. S.

Минск

 Minsk 

n.miatselskaya@dragon.bas-net.byБрильА. И.BrilA. I.

Минск

 Minsk 

ЧайковскийА. П.ChaikovskyA. P.

Минск

 Minsk 

ЮхимчукЮ. Ю.YukhymchukYu. Yu.

Киев

Kyiv

juliyuhim@gmail.comМилиневскийГ. П.MilinevskiG. P.

Киев

Kyiv

genmilinevsky@gmail.comСимонА. А.SimonA. A.

Киев

Kyiv

andrew_simon@univ.kiev.uaИнститут физики НАН БеларусиB. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of BelarusГлавная астрономическая обсерватория НАН УкраиныMain Astronomical Observatory of Academy of Science of UkraineГлавная астрономическая обсерватория НАН Украины; Киевский национальный университет имени Тараса ШевченкоMain Astronomical Observatory of Academy of Science of Ukraine; Taras Shevchenko National University of KyivНациональный центр Малая академия наук УкраиныNational Center Minor Academy of Sciences of Ukraine202223032022892246253Copyright © Метельская Н.С., Бриль А.И., Чайковский А.П., Юхимчук Ю.Ю., Милиневский Г.П., Симон А.А., 20222022Метельская Н.С., Бриль А.И., Чайковский А.П., Юхимчук Ю.Ю., Милиневский Г.П., Симон А.А.Miatselskaya N.S., Bril A.I., Chaikovsky A.P., Yukhymchuk Y.Y., Milinevski G.P., Simon A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1008

Обосновано применение метода оптимальной интерполяции для ассимиляции редких в пространстве и времени данных наблюдений аэрозольной оптической толщины (АОТ) в химико-транспортной модели. При использовании наблюдений АОТ в наземной радиометрической сети AERONET получены пространственная и временная корреляционные зависимости погрешностей результатов моделирования АОТ по химико-транспортной модели GEOS-Chem. Проведена оптимальная интерполяция данных АОТ сети AERONET с использованием результатов моделирования по GEOS-Chem в качестве предварительного поля для восточноевропейского региона за 2015—2016 гг. Показано, что применение оптимальной интерполяции позволяет более чем на треть уменьшить среднеквадратическую погрешность оценки АОТ в местах, где отсутствуют станции AERONET.

The application of the optimal interpolation method for the assimilation of the observational data of aerosol optical thickness (AOT), which are sparse in space and time, in the chemical transport model is herein validated. Assuming the negligible error of AOT observations in the AERONET ground-based radiometric network, spatial and temporal correlation functions of the errors in the results of the AOT simulated by the GEOS-Chem chemical transport model are obtained. The optimal interpolation method is applied to the AERONET data using the GEOS-Chem results as a background field for the Eastern European region for 2015–2016. It is shown that the use of the optimal interpolation method permits to reduce the root-meansquare error of the AOT estimation by more than a third in places where there are no AERONET stations in comparison with the model results.

ассимиляция данныхоптимальная интерполяциярадиометрическая сеть AERONETхимико-транспортная модель GEOS-Chemпортативный фотометр Microtops IIdata assimilationoptimal interpolationAERONET radiometric networkGEOS-Chem chemical-transport modelMicrotops II portable photometerРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (договор № Ф20УКА-017), Национальной академии наук Украины (договор № 01-01-20/21) и Киевского национального университета имени Тараса Шевченко (договор № 20БФ051-02).ReferencesF. Waquet, J. Riedi, C. Labonnote, P. Goloub, B. Cairns, J.-L. Deuze, D. Tanre. J. Atm. Sci., 66 (2009) 2468—2480F. Waquet, J. Riedi, C. Labonnote, P. Goloub, B. Cairns, J.-L. Deuze, D. Tanre. J. Atm. Sci., 66 (2009) 2468—2480B. Ford, C. L. Heald. Atm. Chem. Phys., 13 (2013) 9269—9283B. Ford, C. L. Heald. Atm. Chem. Phys., 13 (2013) 9269—9283S. Li, M. J. Garay, L. Chen, E. Rees, Y. Liu. J. Geophys. Res. Atm., 118 (2013) 1—14S. Li, M. J. Garay, L. Chen, E. Rees, Y. Liu. J. Geophys. Res. Atm., 118 (2013) 1—14C. Carnevale, G. Finzi, G. Mannarini, E. Pisoni, M. Volta. Atm. Env., 45 (2011) 289—295C. Carnevale, G. Finzi, G. Mannarini, E. Pisoni, M. Volta. Atm. Env., 45 (2011) 289—295A. Bovchaliuk, G. Milinevsky, V. Danylevsky, P. Goloub, O. Dubovik, A. Holdak, F. Ducos, M. Sosonkin. Atm. Chem. Phys., 13 (2013) 6587—6602A. Bovchaliuk, G. Milinevsky, V. Danylevsky, P. Goloub, O. Dubovik, A. Holdak, F. Ducos, M. Sosonkin. Atm. Chem. Phys., 13 (2013) 6587—6602L. Sogacheva, T. Popp, A. M. Sayer, O. Dubovik, M. J. Garay, A. Heckel, N. C. Hsu, H. Jethva, R. A. Kahn, P. Kolmonen, M. Kosmale, G. Leeuw, R. C. Levy, P. Litvinov, A. Lyapustin, P. North, O. Torres, A. Arola. Atm. Chem. Phys., 20 (2020) 2031—2056L. Sogacheva, T. Popp, A. M. Sayer, O. Dubovik, M. J. Garay, A. Heckel, N. C. Hsu, H. Jethva, R. A. Kahn, P. Kolmonen, M. Kosmale, G. Leeuw, R. C. Levy, P. Litvinov, A. Lyapustin, P. North, O. Torres, A. Arola. Atm. Chem. Phys., 20 (2020) 2031—2056C. Ahn, O. Torres, H. Jethva. J. Geophys. Res. Atm., 119 (2014) 2457—2473C. Ahn, O. Torres, H. Jethva. J. Geophys. Res. Atm., 119 (2014) 2457—2473A. M. Sayer, N. C. Hsu, C. Bettenhausen, M.-J. Jeong. J. Geophys. Res. Atm., 118 (2013) 7864—7872A. M. Sayer, N. C. Hsu, C. Bettenhausen, M.-J. Jeong. J. Geophys. Res. Atm., 118 (2013) 7864—7872B. N. Holben, T. F. Eck, I. Slutsker, D. Tanre, J.P. Buis, A. Setzer, E. Vermote, J. A. Reagan, Y. J. Kaufman, T. Nakajima, F. Lavenu, I. Janowiak, A. Smirnov. Remote Sens. Environ., 66 (1998) 1—16B. N. Holben, T. F. Eck, I. Slutsker, D. Tanre, J.P. Buis, A. Setzer, E. Vermote, J. A. Reagan, Y. J. Kaufman, T. Nakajima, F. Lavenu, I. Janowiak, A. Smirnov. Remote Sens. Environ., 66 (1998) 1—16M. J. Granados-Munoz, F. Navas-Guzman, J. L. Guerrero-Rascado, J. A. Bravo-Aranda, I. Binietoglou, S. N. Pereira, S. Basart, J. M. Baldasano, L. Belegante, A. Chaikovsky, A. Comeron, G. D’Amico, O. Dubovik, L. Ilic, P. Kokkalis, C. Munoz-Porcar, S. Nickovic, D. Nicolae, F. J. Olmo, A. Papayannis, G. Pappalardo, A. Rodríguez, K. Schepanski, M. Sicard, A. Vukovic, U. Wandinger, F. Dulac, L. Alados-Arboledas. Atm. Chem. Phys., 16 (2016) 7043—7066M. J. Granados-Munoz, F. Navas-Guzman, J. L. Guerrero-Rascado, J. A. Bravo-Aranda, I. Binietoglou, S. N. Pereira, S. Basart, J. M. Baldasano, L. Belegante, A. Chaikovsky, A. Comeron, G. D’Amico, O. Dubovik, L. Ilic, P. Kokkalis, C. Munoz-Porcar, S. Nickovic, D. Nicolae, F. J. Olmo, A. Papayannis, G. Pappalardo, A. Rodríguez, K. Schepanski, M. Sicard, A. Vukovic, U. Wandinger, F. Dulac, L. Alados-Arboledas. Atm. Chem. Phys., 16 (2016) 7043—7066M. Filonchyk, M. Peterson, H. Yan, S. Yang, A. Chaikovsky. Atm. Environ., 249 (2021) 118237M. Filonchyk, M. Peterson, H. Yan, S. Yang, A. Chaikovsky. Atm. Environ., 249 (2021) 118237A. Chauvigne, K. Sellegri, M. Hervo, N. Montoux, P. Freville, P. Goloub. Atm. Meas. Tech., 9 (2016) 4569—4585A. Chauvigne, K. Sellegri, M. Hervo, N. Montoux, P. Freville, P. Goloub. Atm. Meas. Tech., 9 (2016) 4569—4585J. Meier, I. Tegen, I. Mattis, R. Wolke, L. Alados Arboledas, A. Apituley, D. Balis, F. Barnaba, A. Chaikovsky, M. Sicard, G. Pappalardo, A. Pietruczuk, D. Stoyanov, F. Ravetta, V. Rizi. Atm. Environ., 47 (2012) 519–532J. Meier, I. Tegen, I. Mattis, R. Wolke, L. Alados Arboledas, A. Apituley, D. Balis, F. Barnaba, A. Chaikovsky, M. Sicard, G. Pappalardo, A. Pietruczuk, D. Stoyanov, F. Ravetta, V. Rizi. Atm. Environ., 47 (2012) 519–532S. Li, C. Yu, L. Chen, J. Tao, H. Letu, W. Ge, Y. Si, Y. Liu. Atm. Environ., 141 (2016) 320–332S. Li, C. Yu, L. Chen, J. Tao, H. Letu, W. Ge, Y. Si, Y. Liu. Atm. Environ., 141 (2016) 320–332M. Chin, P. Ginoux, S. Kinne, O. Torres, B. N. Holben, B. N. Duncan, R. V. Martin, J. A. Logan, A. Higurashi, T. Nakajima. J. Atm. Sci., 59 (2002) 461—483M. Chin, P. Ginoux, S. Kinne, O. Torres, B. N. Holben, B. N. Duncan, R. V. Martin, J. A. Logan, A. Higurashi, T. Nakajima. J. Atm. Sci., 59 (2002) 461—483S. Kinne, U. Lohmann, J. Feichter, M. Schulz, C. Timmreck, S. Ghan, R. Easter, M. Chin, P. Ginoux, T. Takemura, I. Tegen, D. Koch, M. Herzog, J. Penner, G. Pitari, B. Holben, T. Eck, A. Smirnov, O. Dubovik, I. Slutsker, D. Tanre, O. Torres, M. Mishchenko, I. Geogdzhayev, D. A. Chu, Y. Kaufman. J. Geophys. Res., 108, N D20 (2003) 4634S. Kinne, U. Lohmann, J. Feichter, M. Schulz, C. Timmreck, S. Ghan, R. Easter, M. Chin, P. Ginoux, T. Takemura, I. Tegen, D. Koch, M. Herzog, J. Penner, G. Pitari, B. Holben, T. Eck, A. Smirnov, O. Dubovik, I. Slutsker, D. Tanre, O. Torres, M. Mishchenko, I. Geogdzhayev, D. A. Chu, Y. Kaufman. J. Geophys. Res., 108, N D20 (2003) 4634V. Cesnulyte, A. V. Lindfors, M. R. A. Pitkänen, K. E. J. Lehtinen, J.-J. Morcrette, A. Arola. Atm. Chem. Phys., 14 (2014) 593—608V. Cesnulyte, A. V. Lindfors, M. R. A. Pitkänen, K. E. J. Lehtinen, J.-J. Morcrette, A. Arola. Atm. Chem. Phys., 14 (2014) 593—608O. Zawadzka, K. Markowicz. Remote Sens., 6 (2014) 7182—7211O. Zawadzka, K. Markowicz. Remote Sens., 6 (2014) 7182—7211J. I. Rubin, J. S. Reid, J. A. Hansen, J. L. Anderson, B. N. Holben, P. Xian, D. L. Westphal, J. Zhang. J. Geophys. Res. Atm., 122 (2017) 4967—4992J. I. Rubin, J. S. Reid, J. A. Hansen, J. L. Anderson, B. N. Holben, P. Xian, D. L. Westphal, J. Zhang. J. Geophys. Res. Atm., 122 (2017) 4967—4992W. D. Collins, P. J. Rasch, B. E. Eaton, B. V. Khattatov, J.-F. Lamarque. J. Geophys. Res., 106, N D7 (2001) 7313—7336W. D. Collins, P. J. Rasch, B. E. Eaton, B. V. Khattatov, J.-F. Lamarque. J. Geophys. Res., 106, N D7 (2001) 7313—7336A. Benedetti, J.-J. Morcrette, O. Boucher, A. Dethof, R. J. Engelen, M. Fisher, H. Flentje, N. Huneeus, L. Jones, J. W. Kaiser, S. Kinne, A. Mangold, M. Razinger, A. J. Simmons, M. Suttie. J. Geophys. Res., 114 (2009) 736—749A. Benedetti, J.-J. Morcrette, O. Boucher, A. Dethof, R. J. Engelen, M. Fisher, H. Flentje, N. Huneeus, L. Jones, J. W. Kaiser, S. Kinne, A. Mangold, M. Razinger, A. J. Simmons, M. Suttie. J. Geophys. Res., 114 (2009) 736—749N. A. J. Schutgens, T. Miyoshi, T. Takemura, T. Nakajima. Atm. Chem. Phys., 10 (2010) 2561—2576N. A. J. Schutgens, T. Miyoshi, T. Takemura, T. Nakajima. Atm. Chem. Phys., 10 (2010) 2561—2576M. Schroedter-Homscheidt, H. Elbern, T. Holzer-Popp. Atm. Chem. Phys., 10 (2010) 10435—10452M. Schroedter-Homscheidt, H. Elbern, T. Holzer-Popp. Atm. Chem. Phys., 10 (2010) 10435—10452I. Bey, D. J. Jacob, R. M. Yantosca, J. A. Logan, B. D. Field, A. M. Fiore, Q. Li, H. Y. Liu, L. J. Mickley, M. G. Schultz. J. Geophys. Res., 106, N D19 (2001) 23073—23096I. Bey, D. J. Jacob, R. M. Yantosca, J. A. Logan, B. D. Field, A. M. Fiore, Q. Li, H. Y. Liu, L. J. Mickley, M. G. Schultz. J. Geophys. Res., 106, N D19 (2001) 23073—23096M. Ghil, P. Malanotte-Rizzoli. Adv. Geophys., 33 (1991) 141—266M. Ghil, P. Malanotte-Rizzoli. Adv. Geophys., 33 (1991) 141—266M. Asch, M. Bocquet, M. Nodet. Data Assimilation: Methods, Algorithms, and Applications, SIAM (2016)M. Asch, M. Bocquet, M. Nodet. Data Assimilation: Methods, Algorithms, and Applications, SIAM (2016)Л. С. Гандин. Объективный анализ метеорологических полей, Ленинград, Гидрометеорологическое изд-во (1963)Л. С. Гандин. Объективный анализ метеорологических полей, Ленинград, Гидрометеорологическое изд-во (1963)R. E. Kalman. Trans. ASME, 82D (1960) 35—45R. E. Kalman. Trans. ASME, 82D (1960) 35—45Y. Sasaki. J. Meteor. Soc. Jpn., 36 (1958) 77—88Y. Sasaki. J. Meteor. Soc. Jpn., 36 (1958) 77—88M. Tombette, V. Mallet, B. Sportisse. Atm. Chem. Phys., 9 (2009) 57—70M. Tombette, V. Mallet, B. Sportisse. Atm. Chem. Phys., 9 (2009) 57—70I. Feis, G. Masiello, C. Serio. Proc. SPIE, 11152 (2019) 111520CI. Feis, G. Masiello, C. Serio. Proc. SPIE, 11152 (2019) 111520CC. E. Chung, V. Ramanathan, G. Carmichael, S. Kulkarni, Y. Tang, B. Adhikary, L. R. Leung, Y. Qian. Atm. Chem. Phys., 10 (2010) 6007—6024C. E. Chung, V. Ramanathan, G. Carmichael, S. Kulkarni, Y. Tang, B. Adhikary, L. R. Leung, Y. Qian. Atm. Chem. Phys., 10 (2010) 6007—6024N. S. Miatselskaya, V. P. Kabashnikov, H. V. Norka, A. P. Chaikovsky, A. I. Bril, G. P. Milinevsky, V. O. Danylevsky. Space Sci. Technol., 23 (2017) 3—11N. S. Miatselskaya, V. P. Kabashnikov, H. V. Norka, A. P. Chaikovsky, A. I. Bril, G. P. Milinevsky, V. O. Danylevsky. Space Sci. Technol., 23 (2017) 3—11N. S. Miatselskaya. Proc. SPIE, 11152 (2019) 1115213N. S. Miatselskaya. Proc. SPIE, 11152 (2019) 1115213Н. С. Метельская, А. И. Бриль, А. П. Чайковский, А. С. Федоренко, Г. П. Милиневский. Косм. наука технол., 26 (2020) 59—71Н. С. Метельская, А. И. Бриль, А. П. Чайковский, А. С. Федоренко, Г. П. Милиневский. Косм. наука технол., 26 (2020) 59—71S.-J. Lin, R. B. Rood. Mon. Weather Rev., 124 (1996) 2046—2070S.-J. Lin, R. B. Rood. Mon. Weather Rev., 124 (1996) 2046—2070L. M. Zhang, S. L. Gong, J. Padro, L. Barrie. Atm. Environ., 35 (2001) 549—560L. M. Zhang, S. L. Gong, J. Padro, L. Barrie. Atm. Environ., 35 (2001) 549—560C. A. Keller, M. S. Long, R. M. Yantosca, A. M. Da Silva, S. Pawson, D. I. Jacob. Geosci. Model Devel., 7 (2014) 1409—1417C. A. Keller, M. S. Long, R. M. Yantosca, A. M. Da Silva, S. Pawson, D. I. Jacob. Geosci. Model Devel., 7 (2014) 1409—1417D. S. Jo, R. J. Park, M. J. Kim, D. V. Spracklen. Atm. Environ., 81 (2013) 230—244D. S. Jo, R. J. Park, M. J. Kim, D. V. Spracklen. Atm. Environ., 81 (2013) 230—244O. Dubovik, M. D. King. J. Geophys. Res. Atm., 105 (2000) 20673—20696O. Dubovik, M. D. King. J. Geophys. Res. Atm., 105 (2000) 20673—20696O. Dubovik, A. Sinyuk, T. Lapyonok, B. N. Holben, M. Mishchenko, P. Yang, T. F. Eck, H. Volten, O. Minoz, B. Veihelmann, W. J. Zande, J.-F. Leon, M. Sorokin, I. Slutsker. J. Geophys. Res. Atm., 111 (2006) D11208O. Dubovik, A. Sinyuk, T. Lapyonok, B. N. Holben, M. Mishchenko, P. Yang, T. F. Eck, H. Volten, O. Minoz, B. Veihelmann, W. J. Zande, J.-F. Leon, M. Sorokin, I. Slutsker. J. Geophys. Res. Atm., 111 (2006) D11208T. Eck, B. Holben, J. Reid, O. Dubovik, A. Smirnov, N. O’Neill, I. Slutsker, S. Kinne. J. Geophys. Res., 104 (1999) 31333—31349T. Eck, B. Holben, J. Reid, O. Dubovik, A. Smirnov, N. O’Neill, I. Slutsker, S. Kinne. J. Geophys. Res., 104 (1999) 31333—31349B. N. Holben, D. Tanre, A. Smirnov, T. F. Eck, I. Slutsker, N. Abuhassan, W. W. Newcomb, J. S. Schafer, B. Chatenet, F. Lavenu, Y. J. Kaufman, J. Vande Castle, A. Setzer, B. Markham, D. Clark, R. Frouin, R. Halthore, A. Karneli, N. T. O’Neill, C. Pietras, R. T. Pinker, K. Voss, G. Zibordi. J. Geophys. Res., 106, N D11 (2001) 12067—12097B. N. Holben, D. Tanre, A. Smirnov, T. F. Eck, I. Slutsker, N. Abuhassan, W. W. Newcomb, J. S. Schafer, B. Chatenet, F. Lavenu, Y. J. Kaufman, J. Vande Castle, A. Setzer, B. Markham, D. Clark, R. Frouin, R. Halthore, A. Karneli, N. T. O’Neill, C. Pietras, R. T. Pinker, K. Voss, G. Zibordi. J. Geophys. Res., 106, N D11 (2001) 12067—12097L. M. David, A. R. Ravishankara, J. K. Kodros, C. Venkataraman, P. Sadavarte, J. R. Pierce, S. Chaliyakunnel, D. B. Millet. J. Geophys. Res. Atm., 123 (2018) 3688–3703L. M. David, A. R. Ravishankara, J. K. Kodros, C. Venkataraman, P. Sadavarte, J. R. Pierce, S. Chaliyakunnel, D. B. Millet. J. Geophys. Res. Atm., 123 (2018) 3688–3703V. Bovchaliuk, A. Bovchaliuk, G. Milinevsky, V. Danylevsky, M. Sosonkin, Ph. Goloub. Adv. Astron. Space Phys., 3 (2013) 46—52V. Bovchaliuk, A. Bovchaliuk, G. Milinevsky, V. Danylevsky, M. Sosonkin, Ph. Goloub. Adv. Astron. Space Phys., 3 (2013) 46—52K. D. Knobelspiesse, C. Pietras, G.S. Fargion, M. H. Wang, R. Frouin, M. A. Miller, S. Subramaniam, W. M. Balch. Remote Sens. Environ., 93 (2004) 87—106K. D. Knobelspiesse, C. Pietras, G.S. Fargion, M. H. Wang, R. Frouin, M. A. Miller, S. Subramaniam, W. M. Balch. Remote Sens. Environ., 93 (2004) 87—106A. Smirnov, B. N. Holben, D. M. Giles, I. Slutsker, N. T. O’Neill, T. F. Eck, A. Macke, P. Croot, Y. Courcoux, S. M. Sakerin, T. J. Smyth, T. Zielinski, G. Zibordi, J. I. Goes, M. J. Harvey, P. K. Quinn, N. B. Nelson, V. F. Radionov, C. M. Duarte, R. Losno, J. Sciare, K. J. Voss, S. Kinne, N. R. Nalli, E. Joseph, K. Krishna Moorthy, D. S. Covert, S. K. Gulev, G. Milinevsky, P. Larouche, S. Belanger, E. Horne, M. Chin, L. A. Remer, R. A. Kahn, J. S. Reid, M. Schulz, C. L. Heald, J. Zhang, K. Lapina, R. G. Kleidman, J. Griesfeller, B. J. Gaitley, Q. Tan, T. L. Diehl. Atm. Meas. Tech., 4 (2011) 583—597A. Smirnov, B. N. Holben, D. M. Giles, I. Slutsker, N. T. O’Neill, T. F. Eck, A. Macke, P. Croot, Y. Courcoux, S. M. Sakerin, T. J. Smyth, T. Zielinski, G. Zibordi, J. I. Goes, M. J. Harvey, P. K. Quinn, N. B. Nelson, V. F. Radionov, C. M. Duarte, R. Losno, J. Sciare, K. J. Voss, S. Kinne, N. R. Nalli, E. Joseph, K. Krishna Moorthy, D. S. Covert, S. K. Gulev, G. Milinevsky, P. Larouche, S. Belanger, E. Horne, M. Chin, L. A. Remer, R. A. Kahn, J. S. Reid, M. Schulz, C. L. Heald, J. Zhang, K. Lapina, R. G. Kleidman, J. Griesfeller, B. J. Gaitley, Q. Tan, T. L. Diehl. Atm. Meas. Tech., 4 (2011) 583—597

The authors declare that there are no conflicts of interest present.