zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-459Research ArticleСтатьиМЕТОДИКА ОБРАЩЕНИЯ СПЕКТРОВ ПРОЗРАЧНОСТИ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОДЕРЖАНИЯ ФРЕОНА CCl3F В АТМОСФЕРЕTECHNIQUE OF INVERSION OF THE TRANSPARENCY SPECTRA FOR EVALUATING THE CONTENT OF CCl3F FREON IN THE ATMOSPHEREПоляковА. В.PolyakovA. V.

199034, Санкт-Петербург

St. Petersburg, 199034

a.v.polyakov@spbu.ruПоберовскийА. В.PoberovskyA. V.

199034, Санкт-Петербург

St. Petersburg, 199034

ВиролайненЯ. А.VirolainenYa. A.

199034, Санкт-Петербург

St. Petersburg, 199034

МакароваМ. В.MakarovaM. V.

199034, Санкт-Петербург

St. Petersburg, 199034

Санкт-Петербургский государственный университетSt. Petersburg State University202013032020871108115Copyright © Поляков А.В., Поберовский А.В., Виролайнен Я.А., Макарова М.В., 20202020Поляков А.В., Поберовский А.В., Виролайнен Я.А., Макарова М.В.Polyakov A.V., Poberovsky A.V., Virolainen Y.A., Makarova M.V.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/459

Выполнен подбор оптимальных параметров и разработана методика решения обратной задачи определения общего содержания (ОС) фреона R-11 (CCl3F) по наземным спектрометрическим измерениям солнечного излучения на станции NDACC St. Petersburg с использованием Фурье-интерферометра IFS125HR и программного обеспечения SFIT4. Основные особенности методики: интервал спектра 830—860 см–1, предварительно измерена функция спектральной чувствительности прибора, учитываются континуальное поглощение излучения водяным паром и ослабление излучения пленкой аморфного льда, осаждающейся на приемнике. При решении обратной задачи для компенсации изменчивости толщины пленки льда форма базовой линии спектра корректируется полиномом второй степени, уточняется вертикальное распределение водяного пара. С помощью методики определено ОС R-11 в период 2009—2019 гг., получены оценки погрешностей измерений: средняя систематическая погрешность 7.4 % и случайная 2.9 % за весь период наблюдений. Оценка долговременного тренда ОС составляет –0.29 ± 0.07 %/год, средней объемной концентрации –0.31 ± 0.07 %/год.

We developed a technique and selected the optimal parameters for solving the inverse problem of determining the total content of R-11 freon (CCl3F) from ground-based spectrometric measurements of solar radiation at the NDACC St. Petersburg station using a IFS125HR Fourier interferometer and SFIT4 software. The main features of the technique: the used spectral interval is 830-860 cm-1, the previously measured spectral sensitivity function of the device is taken into account, and the continuum absorption of radiation by water vapor and attenuation of radiation by amorphous ice deposited on the receiver are also taken into account. Moreover, when solving the inverse problem to compensate the variability of the thickness of the ice film, the shape of the baseline of the spectrum is corrected by a polynomial of the second degree and the vertical distribution of water vapor is specified. Using the technique, the total content of R-11 was determined in the period 2009-2019, and an estimation of measurement errors was obtained: the average systematic error was 7.4% and the random error was 2.9% for the entire observation period. The assessment of the long-term total content trend is -0.29 ± 0.07%/year, and the mean molar fraction trend is -0.31 ± 0.07%/year.

трихлорфторметансодержание фреонов в атмосференаземный метод прозрачностиtrichlorofluoromethaneatmospheric freon contentground-based transparency methodРабота выполнена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований 18-05-00426 а.ReferencesM. J. Molina, F. S. Rowland. Nature, 249 (1974) 810—812M. J. Molina, F. S. Rowland. Nature, 249 (1974) 810—812M. Ko, P. Newman, S. Reimann, S. Strahan, R. Plumb, R. Stolarski, J. Burkholder, W. Mellouki, A. Engel, E. Atlas. Lifetimes оf Stratospheric Ozone-Depleting Substances, their Replacements, аnd Related Species, SPARC Report, N 6, WCRP-15/2013 (2013)M. Ko, P. Newman, S. Reimann, S. Strahan, R. Plumb, R. Stolarski, J. Burkholder, W. Mellouki, A. Engel, E. Atlas. Lifetimes оf Stratospheric Ozone-Depleting Substances, their Replacements, аnd Related Species, SPARC Report, N 6, WCRP-15/2013 (2013)S. 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—417S. 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—417B. Dunse, L. Steele, S. Wilson, P. Fraser, P. Krummel. Atm. Environ., 39 (2005) 6334—6344B. Dunse, L. Steele, S. Wilson, P. Fraser, P. Krummel. Atm. Environ., 39 (2005) 6334—6344S. A. Montzka, R. C. Myers, J. H. Butler, J. W. Elkins, S. O. Cummings. Geophys. Research Lett., 20, N 8 (1993) 703—706; doi:10.1029/93GL00753, data are regularly updated at ftp://ftp.cmdl.noaa.gov/hats/hcfcs/hcfc22/flasks/S. A. Montzka, R. C. Myers, J. H. Butler, J. W. Elkins, S. O. Cummings. Geophys. Research Lett., 20, N 8 (1993) 703—706; doi:10.1029/93GL00753, data are regularly updated at ftp://ftp.cmdl.noaa.gov/hats/hcfcs/hcfc22/flasks/F. Khosrawi, R. Müller, H. Irie, A. Engel, G. Toon, B. Sen, S. Aoki, T. Nakazawa, W. Traub, K. J. Jucks. J. Geophys. Res. Atm., 109 (2004) D06311F. Khosrawi, R. Müller, H. Irie, A. Engel, G. Toon, B. Sen, S. Aoki, T. Nakazawa, W. Traub, K. J. Jucks. J. Geophys. Res. Atm., 109 (2004) D06311L. Hoffmann, M. Kaufmann, R. Spang, R. Müller, J. J. Remedios, D. P. Moore, C. M. Volk, T. von Clarmann, M. Riese. Atm. Chem. Phys., N 8 (2008) 3671—3688L. Hoffmann, M. Kaufmann, R. Spang, R. Müller, J. J. Remedios, D. P. Moore, C. M. Volk, T. von Clarmann, M. Riese. Atm. Chem. Phys., N 8 (2008) 3671—3688E. Mahieu, P. Duchatelet, P. Demoulin, K. A. Walker, E. Dupuy, L. Froidevaux, C. Randall, V. Catoire, K. Strong, C. D. Boone, P. F. Bernath, J.-F. Blavier, T. Blumenstock, M. Coffey, M. DeMazière, D. Griffith, J. Hannigan, F. Hase, N. Jones, K. W. Jucks, A. Kagawa, Y. Kasai, Y. Mebarki, S. Mikuteit, R. Nassar, J. Notholt, C. P. Rinsland, C. Robert, O. Schrems, C. Senten, D. Smale, J. Taylor, C. Tétard, G. C. Toon, T. Warneke, S. W. Wood, R. Zander, C. Servais. Atm. Chem. Phys., N 8 (2008) 6199—6221E. Mahieu, P. Duchatelet, P. Demoulin, K. A. Walker, E. Dupuy, L. Froidevaux, C. Randall, V. Catoire, K. Strong, C. D. Boone, P. F. Bernath, J.-F. Blavier, T. Blumenstock, M. Coffey, M. DeMazière, D. Griffith, J. Hannigan, F. Hase, N. Jones, K. W. Jucks, A. Kagawa, Y. Kasai, Y. Mebarki, S. Mikuteit, R. Nassar, J. Notholt, C. P. Rinsland, C. Robert, O. Schrems, C. Senten, D. Smale, J. Taylor, C. Tétard, G. C. Toon, T. Warneke, S. W. Wood, R. Zander, C. Servais. Atm. Chem. Phys., N 8 (2008) 6199—6221E. Eckert, A. Laeng, S. Lossow, S. Kellmann, G. Stiller, T. von Clarmann, N. Glatthor, M. Höpfner, M. Kiefer, H. Oelhaf, J. Orphal, B. Funke, U. Grabowski, F. Haenel, A. Linden, G. Wetzel, W. Woiwode, P. F. Bernath, C. Boone, G. S. Dutton, J. W. Elkins, A. Engel, J. C. Gille, F. Kolonjari, T. Sugita, G. C. Toon, K. A. Walker. Atm. Measur. Tech., 9 (2016) 3355—3389E. Eckert, A. Laeng, S. Lossow, S. Kellmann, G. Stiller, T. von Clarmann, N. Glatthor, M. Höpfner, M. Kiefer, H. Oelhaf, J. Orphal, B. Funke, U. Grabowski, F. Haenel, A. Linden, G. Wetzel, W. Woiwode, P. F. Bernath, C. Boone, G. S. Dutton, J. W. Elkins, A. Engel, J. C. Gille, F. Kolonjari, T. Sugita, G. C. Toon, K. A. Walker. Atm. Measur. Tech., 9 (2016) 3355—3389S. Kellmann, T. von Clarmann, G. P. Stiller, E. Eckert, N. Glatthor, M. Höpfner, M. Kiefer, J. Orphal, B. Funke, U. Grabowski, A. Linden, G. S. Dutton, J. W. Elkins. Atm. Chem. Phys., N 12 (2012) 11857—11875S. Kellmann, T. von Clarmann, G. P. Stiller, E. Eckert, N. Glatthor, M. Höpfner, M. Kiefer, J. Orphal, B. Funke, U. Grabowski, A. Linden, G. S. Dutton, J. W. Elkins. Atm. Chem. Phys., N 12 (2012) 11857—11875J. Notholt. Geophys. Res. Lett., 21 (1994) 2385—2388J. Notholt. Geophys. Res. Lett., 21 (1994) 2385—2388R. Zander, E. Mahieu, P. Demoulin, P. Duchatelet, C. Servais, G. Roland, L. Delbouille, M. De Mazière, C. P. Rinsland. Environ. Sci., N 2 (2005) 295—303R. Zander, E. Mahieu, P. Demoulin, P. Duchatelet, C. Servais, G. Roland, L. Delbouille, M. De Mazière, C. P. Rinsland. Environ. Sci., N 2 (2005) 295—303E. Mahieu, C. P. Rinsland, T. Gardiner, R. Zander, P. Demoulin, M. P. Chipperfield, R. Ruhnke, L. S. Chiou, M. De Mazière. Geophys. Res. Abstr., 12 (2010) EGU2010-2420-3; https://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2010/EGU2010-2420-3.pdfE. Mahieu, C. P. Rinsland, T. Gardiner, R. Zander, P. Demoulin, M. P. Chipperfield, R. Ruhnke, L. S. Chiou, M. De Mazière. Geophys. Res. Abstr., 12 (2010) EGU2010-2420-3; https://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2010/EGU2010-2420-3.pdfM. Zhou, C. Vigouroux, B. Langerock, P. Wang, G. Dutton, C. Hermans, N. Kumps, J.-M. Metzger, G. Toon, M. De Mazière. Atm. Measur. Techn., 9 (2016) 5621—5636M. Zhou, C. Vigouroux, B. Langerock, P. Wang, G. Dutton, C. Hermans, N. Kumps, J.-M. Metzger, G. Toon, M. De Mazière. Atm. Measur. Techn., 9 (2016) 5621—5636Yu. 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—14А. В. Поляков, Ю. М. Тимофеев, Я. А. Виролайнен, М. В. Макарова, А. В. Поберовский, Х. Имхасин. Изв. РАН. ФАО, 54 № 5 (2018) 487—494А. В. Поляков, Ю. М. Тимофеев, Я. А. Виролайнен, М. В. Макарова, А. В. Поберовский, Х. Имхасин. Изв. РАН. ФАО, 54 № 5 (2018) 487—494А. В. Поляков, Я. А. Виролайнен, М. В. Макарова. Журн. прикл. спектр., 85, № 6 (2018) 962—970 [A. V. Polyakov, Y. A. Virolainen, M. V. Makarova. J. Appl. Spectr., 85 (2018) 1085—1093]А. В. Поляков, Я. А. Виролайнен, М. В. Макарова. Журн. прикл. спектр., 85, № 6 (2018) 962—970 [A. V. Polyakov, Y. A. Virolainen, M. V. Makarova. J. Appl. Spectr., 85 (2018) 1085—1093]F. Hase, J. W. Hannigan, M. T. Coffey, A. Goldman, M. Hopfner, N. B. Jones, C. P. Rinsland, S. W. Wood. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 87 (2004) 25—52F. Hase, J. W. Hannigan, M. T. Coffey, A. Goldman, M. Hopfner, N. B. Jones, C. P. Rinsland, S. W. Wood. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 87 (2004) 25—52А. В. Поляков, Я. А. Виролайнен, М. В. Макарова. Журн. прикл. спектр., 86, № 3 (2019) 417—424 [A. V. Polyakov, Y. A. Virolainen, M. V. Makarova. J. Appl. Spectr., 86 (2019) 449—456]А. В. Поляков, Я. А. Виролайнен, М. В. Макарова. Журн. прикл. спектр., 86, № 3 (2019) 417—424 [A. V. Polyakov, Y. A. Virolainen, M. V. Makarova. J. Appl. Spectr., 86 (2019) 449—456]E. J. Mlawer, V. H. Payne, J.-L. Moncet, J. S. Delamere, M. J. Alvarado, D. D. Tobin. Phil. Trans. Roy. Soc. A, 370 (2012) 1—37; doi: 10.1098:rsta.2011.0295E. J. Mlawer, V. H. Payne, J.-L. Moncet, J. S. Delamere, M. J. Alvarado, D. D. Tobin. Phil. Trans. Roy. Soc. A, 370 (2012) 1—37; doi: 10.1098:rsta.2011.0295MT_CKD, continuum software package: http://rtweb.aer.com/continuum_code.htmlMT_CKD, continuum software package: http://rtweb.aer.com/continuum_code.htmlY. 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. Techn., N 10 (2017) 4521—4536Y. 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. Techn., N 10 (2017) 4521—4536D. M. Hudgins, S. A. Sandford, L. J. Allamandola, A. G. G. M. Tielens. Astrophys. J. Suppl. Ser., 86 (1993) 713—870D. M. Hudgins, S. A. Sandford, L. J. Allamandola, A. G. G. M. Tielens. Astrophys. J. Suppl. Ser., 86 (1993) 713—870D. K. Lynch. Space Science Applications Laboratory Operations. Aerospace Report No. TR-2006(8570)-1 (2006)D. K. Lynch. Space Science Applications Laboratory Operations. Aerospace Report No. TR-2006(8570)-1 (2006)

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