zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences10.47612/0514-7506-2023-90-1-74-79zhps-1219Research ArticleСтатьиОпределение общего содержания трихлорфторметана в атмосфере с учетом влияния осадка аморфного водного льда на приемнике спектрометраDetermination of Total Column of Trichlorofluoromethane in the Atmosphere Taking Account the Effect of Amorphous Water Ice Sediment on the Spectrometer DetectorПоляковА. В.PolyakovA. V.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

a.v.polyakov@spbu.ruНикулинаА. Л.NikulinaA. L.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ПоберовскийА. В.PoberovskyA. V.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

КозловД. А.KozlovD. A.

Москва

Moscow

МакароваМ. В.MakarovaM. V.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ВиролайненЯ. А.VirolainenYa. A.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

Санкт-Петербургский государственный университетSt. Petersburg UniversityИсследовательский центр имени М. В. КелдышаJSC “Keldysh Research Center”2023030220239017479Copyright © Поляков А.В., Никулина А.Л., Поберовский А.В., Козлов Д.А., Макарова М.В., Виролайнен Я.А., 20232023Поляков А.В., Никулина А.Л., Поберовский А.В., Козлов Д.А., Макарова М.В., Виролайнен Я.А.Polyakov A.V., Nikulina A.L., Poberovsky A.V., Kozlov D.A., Makarova M.V., Virolainen Y.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/1219

Рассмотрен наземный спектроскопический метод определения содержания трихлорфторметана (CCl3F) из измерений ИК-спектров солнечного излучения с использованием Фурье-спектрометра IFS-125HR (FTIR-метод). Приемник на основе ртути-кадмия-теллура (HgCaTe), применяемый при измерениях в спектральной области поглощения CCl3F, охлаждается жидким азотом. При постепенном ухудшении вакуума в металлическом сосуде Дьюара приемника при охлаждении происходит нарастание на кристалле приемника пленки аморфного льда. Спектральная полоса поглощения аморфного льда при температурах жидкого азота перекрывает полосу поглощения CCl3F, а изменчивость толщины пленки льда вносит дополнительную неопределенность в получаемые оценки атмосферного содержания CCl3F. Для исключения этой неопределенности разработана методика оценки толщины пленки льда и учета его спектрального поглощения в алгоритме решения обратной задачи. Методика применена при измерении атмосферной концентрации CCl3F в период 2017—2019 гг. над станцией NDACC St.Petersburg. Результаты сопоставлены с полученными ранее по методике, в которой толщина ледяной пленки принята неизвестным параметром, уточняемым в процессе решения обратной задачи. Полученные ранее атмосферные содержания CCl3F уточнены с использованием предлагаемой методики, различие достигает 10 %. 

A ground-based spectroscopic method for determining CCl3F content from measurements of IR-spectra of solar radiation using an IFS-125HR Fourier Spectrometer (FTIR method) is considered. The detector based on mercury-cadmium-tellurium (HgCaTe), which is used for measurements in the CCl3F absorption spectral region, is cooled by liquid nitrogen. When the vacuum gradually deteriorates in the metal Dewar vessel of the receiver during cooling, the amorphous ice film grows on the detector. The spectral absorption band of amorphous ice at liquid nitrogen temperatures overlaps the CCl3F absorption band, and the ice film thickness variability adds additional uncertainty to the estimates of the CCl3F atmospheric content. To eliminate this uncertainty, a technique has been developed to estimate the thickness of the ice film and to account for its spectral absorption in the algorithm of solving the reverse problem. The technique has been applied when measuring the atmospheric concentration of CCl3F in 2017—2019 over the NDACC station, St.Petersburg. The results have been compared with ones obtained earlier using a technique in which the thickness of the ice film was adopted by an unknown parameter specified in the process of solving the inverse problem. The previously obtained CCl3F atmospheric content has been refined using the proposed technique; the difference reaches 10%. 

трихлорфторметанназемная ИК-Фурье-спектроскопиялед на приемнике ИК-излучениякриоосадокtrichlorofluoromethaneground-based FTIRamorphous water icecryocontaminantРабота выполнена в лаборатории исследований озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект № 075-15-2021-583) с использованием оборудования ресурсного центра СПбГУ “Геомодель”.ReferencesM. Molina, F. Rowland. Nature, 249 (1974) 810—812, https://doi.org/10.1038/249810a0M. Molina, F. Rowland. Nature, 249 (1974) 810—812, https://doi.org/10.1038/249810a0WMO (World Meteorological Organization), Scientific Assessment of Ozone Depletion, Global Ozone Research and Monitoring, Geneva, Switzerland, Project–Report, N 58 (2018) 588WMO (World Meteorological Organization), Scientific Assessment of Ozone Depletion, Global Ozone Research and Monitoring, Geneva, Switzerland, Project–Report, N 58 (2018) 588S. A. Montzka, G. S. Dutton, P. Yu, E. Ray, R. W. Portmann, J. S. Daniel, L. Kuijpers, B. D. Hall, D. Mondeel, C. Siso, J. D. Nance, M. Rigby, A. J. Manning, L. Hu, F. Moore, B. R. Miller, J. W. Elkins. Nature, 557 (2018) 413—417, https://doi.org/10.1038/s41586-018-0106-2S. A. Montzka, G. S. Dutton, P. Yu, E. Ray, R. W. Portmann, J. S. Daniel, L. Kuijpers, B. D. Hall, D. Mondeel, C. Siso, J. D. Nance, M. Rigby, A. J. Manning, L. Hu, F. Moore, B. R. Miller, J. W. Elkins. Nature, 557 (2018) 413—417, https://doi.org/10.1038/s41586-018-0106-2P. F. Bernath, J. Steffen, J. Crouse, C. D. Boone. J.Q.S.R.T., 253 (2020) 107178, https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2020.107178P. F. Bernath, J. Steffen, J. Crouse, C. D. Boone. J.Q.S.R.T., 253 (2020) 107178, https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2020.107178M. Ko, P. Newman, S. Reimann, S. Strahan, R. Plumb, R. Stolarski, J. Burkholder, W. Mellouki, A. Engel, E. Atlas. SPARC Rep., N 6 (2013) WCRP-15/2013M. Ko, P. Newman, S. Reimann, S. Strahan, R. Plumb, R. Stolarski, J. Burkholder, W. Mellouki, A. Engel, E. Atlas. SPARC Rep., N 6 (2013) WCRP-15/2013http://www.ndaccdemo.orghttp://www.ndaccdemo.orgYu. Timofeyev, Ya. Virolainen, M. Makarova, A. Poberovsky, A. Polyakov, D. Ionov, S. Osipov, H. Imhasin. J. Mol. Spectr., 323 (2016) 2—14Yu. Timofeyev, Ya. Virolainen, M. Makarova, A. Poberovsky, A. Polyakov, D. Ionov, S. Osipov, H. Imhasin. J. Mol. Spectr., 323 (2016) 2—14A. Polyakov, A. Poberovsky, M. Makarova, Y. Virolainen, Y. Timofeyev, A. Nikulina. Atm. Measur. Tech., 14 (2021) 5349—5368, https://doi.org/10.5194/amt-14-5349-2021A. Polyakov, A. Poberovsky, M. Makarova, Y. Virolainen, Y. Timofeyev, A. Nikulina. Atm. Measur. Tech., 14 (2021) 5349—5368, https://doi.org/10.5194/amt-14-5349-2021F. Hase, J. W. Hannigan, M. T. Coffey, A. Goldman, M. Höpfner, N. B. Jones, C. P. Rinsland, S. W. Wood. J.Q.S.R.T., 87, N 1 (2004) 25—52, doi: 10.1016/j.jqsrt.2003.12.008F. Hase, J. W. Hannigan, M. T. Coffey, A. Goldman, M. Höpfner, N. B. Jones, C. P. Rinsland, S. W. Wood. J.Q.S.R.T., 87, N 1 (2004) 25—52, doi: 10.1016/j.jqsrt.2003.12.008M. Zhou, C. Vigouroux, B. Langerock, P. Wang, G. Dutton, C. Hermans, N. Kumps, J.-M. Metzger, G. Toon, M. De Mazière. Atm. Measur. Tech., 9 (2016) 5621—5636, https://doi.org/10.5194/amt-9-5621-2016M. Zhou, C. Vigouroux, B. Langerock, P. Wang, G. Dutton, C. Hermans, N. Kumps, J.-M. Metzger, G. Toon, M. De Mazière. Atm. Measur. Tech., 9 (2016) 5621—5636, https://doi.org/10.5194/amt-9- 5621-2016А. В. Поляков, А. В. Поберовский, Я. А. Виролайнен, М. В. Макарова. Журн. прикл. спектр., 87, № 1 (2020) 108—115 [A. V. Polyakov, A. V. Poberovsky, Y. A. Virolainen, M. V. Makarova. J. Appl. Spectr., 87, N 1 (2020) 92—98], https://doi.org/10.1007/s10812-020-00968-6А. В. Поляков, А. В. Поберовский, Я. А. Виролайнен, М. В. Макарова. Журн. прикл. спектр., 87, № 1 (2020) 108—115 [A. V. Polyakov, A. V. Poberovsky, Y. A. Virolainen, M. V. Makarova. J. Appl. Spectr., 87, N 1 (2020) 92—98], https://doi.org/10.1007/s10812-020-00968-6E. J. Mlawer, V. H. Payne, J. L. Moncet, J. S. Delamere, M. J. Alvarado, D. D. Tobin. Philos. T. r. soc. A, 370 (2012) 1—37, https://doi.org/10.1098/rsta.2011.0295E. J. Mlawer, V. H. Payne, J. L. Moncet, J. S. Delamere, M. J. Alvarado, D. D. Tobin. Philos. T. r. soc. A, 370 (2012) 1—37, https://doi.org/10.1098/rsta.2011.0295Y. A. Virolainen, Y. M. Timofeyev, V. S. Kostsov, D. V. Ionov, V. V. Kalinnikov, M. V. Makarova, A. V. Poberovsky, N.A. Zaitsev, H. H. Imhasin, A. V. Polyakov, M. Schneider, F. Hase, S. Barthlott, T. Blumenstock. Atm. Measur. Tech., 10 (2017) 4521—4536, https://doi.org/10.5194/amt-10-4521-2017Y. A. Virolainen, Y. M. Timofeyev, V. S. Kostsov, D. V. Ionov, V. V. Kalinnikov, M. V. Makarova, A. V. Poberovsky, N.A. Zaitsev, H. H. Imhasin, A. V. Polyakov, M. Schneider, F. Hase, S. Barthlott, T. Blumenstock. Atm. Measur. Tech., 10 (2017) 4521—4536, https://doi.org/10.5194/amt-10-4521-2017D. M. Hudgins, S. A. Sandford, L. J. Allamandola, A. G. G. M. Tielens. Astrophys. J. Suppl. S, 86 (1993) 713—870, doi: 10.1086/191796D. M. Hudgins, S. A. Sandford, L. J. Allamandola, A. G. G. M. Tielens. Astrophys. J. Suppl. S, 86 (1993) 713—870, doi: 10.1086/191796

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