zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1422Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ РАССЕИВАЮЩИХ СРЕДSPECTROSCOPY OF SCATTERING MEDIAИспользование метода дифференциальной оптической спектроскопии для спутниковой диагностики содержания метана в рассеивающей атмосфереUsing the Method of Differential Optical Spectroscopy for Satellite Diagnostics of Methane Content in a Scattering AtmosphereБрильА. И.BrilA. I.

Минск

Minsk

andrey.bril@dragon.bas-net.byМетельскаяН. С.MiatselskayaN. S.

Минск

Minsk

ПещеренковВ. А.PeshcharankouV. A.

Минск

Minsk

ЧайковскийА. П.ChaikovskyA. P.

Минск

Minsk

Институт физики НАН БеларусиB.I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus202325112023905785792Copyright © Бриль А.И., Метельская Н.С., Пещеренков В.А., Чайковский А.П., 20232023Бриль А.И., Метельская Н.С., Пещеренков В.А., Чайковский А.П.Bril A.I., Miatselskaya N.S., Peshcharankou V.A., Chaikovsky A.P.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/1422

Обсуждается применение метода дифференциальной оптической абсорбционной спектроскопии (ДОАС) в задачах диагностики локализованных выбросов метана по данным спутниковых спектральных измерений. Показано, что в рассеивающей атмосфере применение метода ДОАС может приводить к заметным погрешностям оценок концентраций метана. Предложено дополнять его процедурой фильтрации сигналов, искаженных эффектами атмосферного рассеяния, которая учитывает корреляцию погрешностей восстановления концентраций метана и водяного пара, обусловленных неопределенностью траектории фотонов, распространяющихся в рассеивающей атмосфере. Данная корреляция оценивалась путем численных расчетов указанных погрешностей для модельной атмосферы, включающей в себя перистые облака и два типа приземных аэрозолей.

The article discusses the application of the method of differential optical absorption spectroscopy (DOAS) to the problems of localized methane emission from satellite spectral measurements. It is shown that the application of the DOAS method in a scattering atmosphere can lead to significant errors in the estimates of methane concentrations, and it is proposed to supplement it with a filtering procedure for signals distorted by the effects of atmospheric scattering. The procedure takes into account the correlation of errors in the retrieved concentrations of methane and water due to the uncertainty of the trajectory of photons propagating in the scattering atmosphere. This correlation has been estimated by numerical calculations of the indicated errors for a model atmosphere that includes cirrus clouds and two types of surface aerosols.

спутниковое дистанционное зондированиеатмосферный метанрассеяние светаперистые облакааэрозольsatellite remote sensingatmospheric methanelight scatteringcirrus cloudsaerosolРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (договор № Ф22КИ-035)ReferencesH. Bovensmann, J. P. Burrows, M. Buchwitz, J. Frerick, S. Noel, V. V. Rozanov, K. V. Chance, A. P. H. Goede. J. Atm. Sci., 56, N 2 (1999) 126—150, doi: 10.1175/1520-0469(1999)056<0127:SMOAMM>2.0.CO;2H. Bovensmann, J. P. Burrows, M. Buchwitz, J. Frerick, S. Noel, V. V. Rozanov, K. V. Chance, A. P. H. Goede. J. Atm. Sci., 56, N 2 (1999) 126—150, doi: 10.1175/1520-0469(1999)056<0127:SMOAMM>2.0.CO;2A. Kuze, N. Kikuchi, F. Kataoka, H. Suto, K. Shiomi, Y. Kondo. Remote Sens., 12, N 2 (2020) 267, doi: 10.3390/rs12020267A. Kuze, N. Kikuchi, F. Kataoka, H. Suto, K. Shiomi, Y. Kondo. Remote Sens., 12, N 2 (2020) 267, doi: 10.3390/rs12020267A. Lorente, T. Borsdorff, A. Butz, O. Hasekamp, J. de Brugh, A. Schneider, L. Wu, F. Hase, R. Kivi, D. Wunch, D. F. Pollard, K. Shiomi, N. M. Deutscher, V. A. Velazco, C. M. Roehl, P. O. Wennberg, T. Warneke, J. Landgraf. Atm. Meas. Tech., 14, N 1 (2021) 665—684, doi: 10.5194/amt-14-665-2021A. Lorente, T. Borsdorff, A. Butz, O. Hasekamp, J. de Brugh, A. Schneider, L. Wu, F. Hase, R. Kivi, D. Wunch, D. F. Pollard, K. Shiomi, N. M. Deutscher, V. A. Velazco, C. M. Roehl, P. O. Wennberg, T. Warneke, J. Landgraf. Atm. Meas. Tech., 14, N 1 (2021) 665—684, doi: 10.5194/amt-14-665-2021D. Jervis, J. McKeever, B. O. A. Durak, J. J. Sloan, D. Gains, D. J. Varon, A. Ramier, M. Strupler, E. Tarrant. Atm. Meas. Tech., 14, N 3 (2021) 2127—2140, doi: 10.5194/amt-14-2127-2021D. Jervis, J. McKeever, B. O. A. Durak, J. J. Sloan, D. Gains, D. J. Varon, A. Ramier, M. Strupler, E. Tarrant. Atm. Meas. Tech., 14, N 3 (2021) 2127—2140, doi: 10.5194/amt-14-2127-2021D. J. Varon, D. J. Jacob, J. McKeever, D. Jervis, B. O. A Durak, Y. Xia, Y. Huang. Atm. Meas. Tech., 11, N 10 (2018) 5673—5686, doi: 10.5194/amt-11-5673-2018D. J. Varon, D. J. Jacob, J. McKeever, D. Jervis, B. O. A Durak, Y. Xia, Y. Huang. Atm. Meas. Tech., 11, N 10 (2018) 5673—5686, doi: 10.5194/amt-11-5673-2018I. Aben, O. Hasekamp, W. Hartmann. JQSRT, 104, N 10 (2007) 450—459, doi: 10.1016/j.jqsrt.2006.09.013I. Aben, O. Hasekamp, W. Hartmann. JQSRT, 104, N 10 (2007) 450—459, doi: 10.1016/j.jqsrt.2006.09.013C. Frankenberg, U. Platt, T. Wagner. Atm. Chem. Phys., 5, N 1 (2005) 9—22, doi: 10.5194/acp-5-9-2005C. Frankenberg, U. Platt, T. Wagner. Atm. Chem. Phys., 5, N 1 (2005) 9—22, doi: 10.5194/acp-5-9-2005A. Butz, S. Guerlet, O. Hasekamp, D. Schepers, A. Galli, I. Aben, C. Frankenberg, J.-M. Hartmann, H. Tran, A. Kuze, G. Keppel-Aleks, G. Toon, D. Wunch, P. Wennberg, N. Deutscher, D. Griffith, R. Macatangay, J. Messerschmidt, J. Notholt, T. Warneke. Geophys. Res. Lett., 38, N 14 (2011) 1—6, doi: 10.1029/2011GL047888A. Butz, S. Guerlet, O. Hasekamp, D. Schepers, A. Galli, I. Aben, C. Frankenberg, J.-M. Hartmann, H. Tran, A. Kuze, G. Keppel-Aleks, G. Toon, D. Wunch, P. Wennberg, N. Deutscher, D. Griffith, R. Macatangay, J. Messerschmidt, J. Notholt, T. Warneke. Geophys. Res. Lett., 38, N 14 (2011) 1—6, doi: 10.1029/2011GL047888Y. Yoshida, N. Kikuchi, I. Morino, O. Uchino, S. Oshchepkov, A. Bril, T. Saeki, N. Schutgens, G. C. Toon, D. Wunch, C. M. Roehl, P. O. Wennberg, D. W. T. Griffith, N. M. Deutscher, T. Warneke, J. Notholt, J. Robinson, V. Sherlock, B. Connor, M. Rettinger, R. Sussmann, P. Ahonen, P. Heikkinen, E. Kyrö, J. Mendonca, K. Strong, F. Hase, S. Dohe, T. Yokota. Atm. Meas. Tech., 6, N 14 (2013) 1533—1547, doi: 10.5194/amt-6-1533-2013Y. Yoshida, N. Kikuchi, I. Morino, O. Uchino, S. Oshchepkov, A. Bril, T. Saeki, N. Schutgens, G. C. Toon, D. Wunch, C. M. Roehl, P. O. Wennberg, D. W. T. Griffith, N. M. Deutscher, T. Warneke, J. Notholt, J. Robinson, V. Sherlock, B. Connor, M. Rettinger, R. Sussmann, P. Ahonen, P. Heikkinen, E. Kyrö, J. Mendonca, K. Strong, F. Hase, S. Dohe, T. Yokota. Atm. Meas. Tech., 6, N 14 (2013) 1533—1547, doi: 10.5194/amt-6-1533-2013A. Bril, S. Oshchepkov, T. Yokota. Remote Sens. Environ., 117, N 1 (2012) 301—306, doi: 10.1016/j.rse.2011.10.005A. Bril, S. Oshchepkov, T. Yokota. Remote Sens. Environ., 117, N 1 (2012) 301—306, doi: 10.1016/j.rse.2011.10.005S. Oshchepkov, A. Bril, T. Yokota, Y. Yoshida, T. Blumenstock, N. M. Deutscher, S. Dohe, R. MacAtangay, I. Morino, J. Notholt, M. Rettinger, C. Petri, M. Schneider, R. Sussman, O. Uchino, V. Velazco, D. Wunch, D. Belikov. Appl. Opt., 52, N 6 (2013) 1339—1350, doi: 10.1364/AO.52.001339S. Oshchepkov, A. Bril, T. Yokota, Y. Yoshida, T. Blumenstock, N. M. Deutscher, S. Dohe, R. MacAtangay, I. Morino, J. Notholt, M. Rettinger, C. Petri, M. Schneider, R. Sussman, O. Uchino, V. Velazco, D. Wunch, D. Belikov. Appl. Opt., 52, N 6 (2013) 1339—1350, doi: 10.1364/AO.52.001339D. Schepers, S. Guerlet, A. Butz, J. Landgraf, C. Frankenberg, O. Hasekamp, J.‐F. Blavier, N. M. Deutscher, D. W. T. Griffith, F. Hase, E. Kyro, I. Morino, V. Sherlock, R. Sussmann, I. Aben. J. Geophys. Res.: Atmospheres, 117, N D10 (2012) 1—14, doi: 10.1029/2012JD017549D. Schepers, S. Guerlet, A. Butz, J. Landgraf, C. Frankenberg, O. Hasekamp, J.‐F. Blavier, N. M. Deutscher, D. W. T. Griffith, F. Hase, E. Kyro, I. Morino, V. Sherlock, R. Sussmann, I. Aben. J. Geophys. Res.: Atmospheres, 117, N D10 (2012) 1—14, doi: 10.1029/2012JD017549E. Dupuy, I. Morino, N. M. Deutscher, Y. Yoshida, O. Uchino, B. J. Connor, M. De Mazière, D.W.T. Griffith, F. Hase, P. Heikkinen, P. W. Hillyard, L. T. Iraci, S. Kawakami, R. Kivi, T. Matsunaga, J. Notholt, C. Petri, J. R. Podolske, D. F. Pollard, M. Rettinger, C. M. Roehl, V. Sherlock, R. Sussmann, G. C. Toon, V. A. Velazco, T. Warneke, P. O. Wennberg, D. Wunch, T. Yokota. Remote Sens., 8, N 5 (2016) 414, doi: 10.3390/rs8050414E. Dupuy, I. Morino, N. M. Deutscher, Y. Yoshida, O. Uchino, B. J. Connor, M. De Mazière, D.W.T. Griffith, F. Hase, P. Heikkinen, P. W. Hillyard, L. T. Iraci, S. Kawakami, R. Kivi, T. Matsunaga, J. Notholt, C. Petri, J. R. Podolske, D. F. Pollard, M. Rettinger, C. M. Roehl, V. Sherlock, R. Sussmann, G. C. Toon, V. A. Velazco, T. Warneke, P. O. Wennberg, D. Wunch, T. Yokota. Remote Sens., 8, N 5 (2016) 414, doi: 10.3390/rs8050414T. Nakajima, M. Tanaka. JQSRT, 40, N 1 (1988) 51—69, doi: 10.1016/0022-4073(88)90031-3T. Nakajima, M. Tanaka. JQSRT, 40, N 1 (1988) 51—69, doi: 10.1016/0022-4073(88)90031-3A. Berk, G. P. Anderson, P. K. Acharya, L. S. Bernstein, J. H. Chetwynd, M. W. Matthew, E. P. Shettle, S. M. Adler-Golden. MODTRAN4 User's Manual, Air Force Research Laboratory Report, June 1999 (1999)A. Berk, G. P. Anderson, P. K. Acharya, L. S. Bernstein, J. H. Chetwynd, M. W. Matthew, E. P. Shettle, S. M. Adler-Golden. MODTRAN4 User's Manual, Air Force Research Laboratory Report, June 1999 (1999)C. D. Rodgers. Inverse Methods for Atmospheric Sounding: Theory and Practice, World Sci., Singapore (2000)C. D. Rodgers. Inverse Methods for Atmospheric Sounding: Theory and Practice, World Sci., Singapore (2000)

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