МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В АТМОСФЕРЕ С ПОМОЩЬЮ ИК-ФУРЬЕ-СПЕКТРОСКОПИИ

Постоянный контроль за состоянием наземных спектроскопических систем обеспечивает высокую точность мониторинга газового состава атмосферы и возможность их применения для валидации спутниковых измерений и результатов расчетов численных моделей атмосферы. Средние концентрации углекислого газа (ХСО₂) в силу стабильности его содержания в атмосфере могут быть использованы для оценки качества спектроскопических измерений. Из ИК спектров, измеренных фурье-спектрометром Bruker 125HR на станции Петергоф (Санкт-Петербург, Россия), определены величины ХСО₂ за период 2009-2017 гг. Полная погрешность измерения общего содержания СО₂ 4.18±0.02 %, ее систематическая составляющая 4.16±0.02 %, случайная 0.36±0.06 %. Полученные данные сопоставлены с модельными расчетами, основанными на многолетних наблюдениях на станции Mauna Loa. Проанализированы различные схемы решения обратной задачи, проведено их сопоставление между собой, получены оценки эмпирических случайных погрешностей определения ХСО₂. Для повышения точности измерений ХСО₂ рекомендовано определять одновременно с атмосферными газами ошибку фазы фурье-спектрометра и наклон нулевой линии спектра, учитывающий различные континуальные источники погрешностей.

атмосферная ИК-фурье-спектрометрия, газовый состав атмосферы, средние отношения смеси углекислого газа, обратные задачи атмосферной оптики, atmospheric FTIR spectrometry, atmospheric gaseous composition, column-averaged carbon dioxide mixing ratio, inverse problems of atmospheric optics

1. P. R. Grifiths, J. A. de Haseth, J. D. Winerfordner. Fourier Transform Infrared Spectrometry, Hoboken, New Jersey, John Wiley & Sons, Inc. (2007) 463-479

2. A. Fried, D. Richter. In “Analytical Techniques for Atmospheric Measurement”, Ed. D. E. Heard, Blackwell Publishing, Oxford, UK (2006) 72-146

3. Ю. М. Тимофеев. Исследования атмосферы Земли методом прозрачности, Санкт-Петербург, Наука (2017) 114-188, 212-288

4. Наблюдательная сеть NDACC: http://www.ndsc.ncep.noaa.gov/

5. Наблюдательная сеть TCCON: https://tccon-wiki.caltech.edu/

6. Требования ВМО https://www.wmo-sat.info/oscar/requirements

7. F. Hase. Atm. Meas. Technol., 5 (2012) 603-610

8. М. В. Макарова, А. В. Поберовский, Ф. Хазе, Ю. М. Тимофеев, Х. Х. Имхасин. Журн. прикл. спектр., 83, № 3 (2016) 437-444

9. A. Goldman, R. H. Tipping, Q. Ma, C. D. Boone, P. F. Bernath, P. Demoulin, F. Hase, M. Schneider, J. W. Hannigan, M. T. Coffey, C. P. Rinsland. J. Quant. S. Radiat. Transfer, 103 (2007) 168-174

10. D. Wunch, G. C. Toon, J.-F. L. Blavier. R. A. Washenfelder, J. Notholt, B. J. Connor, D. W. T. Griffith, V. Sherlock, P. O. Wennberg. Philos. T. R. Soc. A, 369 (2011) 2087-2112

11. Наблюдательная сеть IRWG/NDACC: https://www2.acom.ucar.edu/irwg

12. S. Barthlott, M. Schneider, F. Hase, A. Wiegele, E. Christner, Y. González, T. Blumenstock, S. Dohe, O. E.García, E. Sepúlveda, K. Strong, J. Mendonca, D. Weaver, M. Palm, N. M. Deutscher, T. Warneke, J, Notholt, B. Lejeune, E. Mahieu, N. Jones, D. W. T. Griffith, V. A. Velazco, D. Smale, J. Robinson, R. Kivi, P. Heikkinen, U. Raffalski. Atm. Meas. Technol., 8 (2015) 1555-1573

13. M. Reuter, M. Buchwitz, O. Schneising, F. Hase, J. Heymann, S. Guerlet, A. J. Cogan, H. Bovensmann, J. P. Burrows. Atm. Meas. Technol., 5 (2012) 1349-1357

14. Y. Timofeyev, Y. Virolainen, M. Makarova, A. Poberovsky, A. Polyakov, D. Ionov, S. Osipov, H. Imhasin. J. Mol. Spectr., 323 (2016) 2-14

15. F. Hase, J. W. Hannigan, M. T. Coffey, A. Goldman, M. Höpfner, N. B. Jones, C. P. Rinsland, S. W. Wood. J. Quant. S. Radiat. Transfer, 87 (2004) 25-52

16. https://acdb-ext.gsfc.nasa.gov/Data_services/automailer/index.html

17. M. Park, W. J. Randel, D. E. Kinnison, L. K. Emmons, P. F. Bernath, K. A. Walker, C. D. Boone, M. J. Livesey. Geophys. Res.: Atm., 118, N 4 (2013) 1964-1980

18. S. Barthlott, M. Schneider, F. Hase, T. Blumenstock, M. Kiel, D. Dubravica, O. E.García, E. Sepúlveda, G. Mengistu Tsidu, S. Takele Kenea, M. Grutter, E. F. Plaza, W. Stremme, K. Strong, D. Weaver, M. Palm, T. Warneke, J. Notholt, E. Mahieu, C. Servais, N. Jones, D. W. T. Griffith, D. Smale, J. Robinson. Earth Syst. Sci. Data, 9 (2017) 15-29

19. Y. Timofeyev, D. Ionov, M. Makarova, Y. Virolainen, A. Poberovsky, A. Polyakov, H. Imhasin, S. Osipov, A. Rakitin, M. Kshevetskaya. Disposal of Dangerous Chemicals in Urban Areas and Mega Cities, NATO Science for Peace and Security Series C: Environmental Security, XV (2013) 173-184

20. А. В. Ракитин, А. В. Поберовский, Ю. М. Тимофеев, М. В. Макарова, Т. Конвей. Изв. РАН, ФАО, 49, № 3 (2013) 298-303

21. L. S. Rothman, I. E. Gordon, A. Barbe, D. Chris Benner, P. F. Bernath, M. Birk, V. Boudon, L. R. Brown, A. Campargue, J.-P. Champion, K. Chance, L. H. Coudert, V. Dana, V. M. Devi, S. Fally, J.-M. Flaud, R. R. Gamache, A. Goldman, D. Jacquemart, I. Kleiner, N. Lacome, W. J. Lafferty, J.-Y. Mandin, S. T. Massie, S. N. Mikhailenko, C. E. Miller, N. Moazzen-Ahmadi, O. V. Naumenko, A. V. Nikitin, J. Orphal, V. I. Perevalov, A. Perrin, A. Predoi-Cross, C. P. Rinsland, M. Rotger, M. Šimečková, M. A. H. Smith, K. Sung, S. A. Tashkun, J. Tennyson, R. A. Toth, A. C. Vandaele, J. Vander Auwera. J. Quant. S. Radiat. Transfer, 110, N 9-10 (2009) 25-52

22. Я. А. Виролайнен, Ю. М. Тимофеев, А. В. Поберовский, А. В. Поляков, А. М. Шаламянский. Опт. атм. и океана, 30, № 2 (2017) 170-176

23. Y. 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. Meas. Technol., 10 (2017) 4521-4536