Измерения распределения содержания парниковых газов в атмосфере со спутников

Авторы

  • А. Б. Успенский

DOI:

https://doi.org/10.21513/2410-8758-2022-1-122-144

Ключевые слова:

Парниковый газ, диоксид углерода, метан, атмосферные концентрации, выбросы, наземные сети наблюдений, ИК-зондировщик, Фурье-спектрометр

Аннотация

Рeфepaт. Выполнен обзор работ последнего двадцатилетия, посвященных развитию в нашей стране и за рубежом методов и средств измерения со спутников полей концентрации долгоживущих углеродсодержащих парниковых газов в атмосфере – диоксида углерода СО2 и метана СН4. Кратко рассмотрены физико-математические основы интерпретации измерений современных спутниковых спектрометров ближнего инфракрасного и инфракрасного диапазонов спектра. Приведены сведения о программах развития отечественных и зарубежных спутниковых систем мониторинга содержания СО2 и СН4 в атмосфере, а также о наземных наблюдательных сетях, данные которых можно использовать для калибровки и валидации спутниковых информационных продуктов.

Библиографические ссылки

Аршинов, М.Ю., Белан, Б.Д., Давыдов, Д.К., Креков, Г.М., Фофонов, А.В., Бабченко, С.В., Inoue, G., Machida, T., Maksutov, Sh., Sasakawa, M., Shi- moyama, K. (2012) Динамика вертикального распределения парниковых газов в атмосфере, Оптика атмоcф. и океана, т. 25, № 12. с. 1051-1061.

Киселев, А.А., Кароль, И.Л. (2019) C метаном по жизни, Санкт-Петербург, Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова, 73 с., ISBN

-5-9500883-7-7 I.

Кузовкин, В.В., Семенов, С.М. (2020) Метан в приповерхностном слое атмосферы: современное содержание, многолетние тренды и внутригодовая изменчивость, Фундаментальная и прикладная климатология, № 3, с. 5-21. DOI: 10.21513/2410-8758-2020-3-05-21.

Кухарский, А.В., Успенский, А.Б. (2009). Определение средней концентра- ции диоксида углерода в тропосфере по данным спутникового ИК-зондиров-щика высокого спектрального разрешения, Метеорология и гидрология, № 4, с. 15-28.

Никитенко, А.А., Tимофеев, Ю.М., Березин, И.А., Виролайнен, Я.А., Поляков, А.В. (2020) Анализ содержания CO2 вблизи российских городов по спутниковым измерениям OCO-2, Оптика атмоcферы и океана, т. 33, № 7, с. 538-543. DOI: 10.15372/AOO20200706.

Рублев, А.Н., Успенский, А.Б. (2006) Оценка концентрации углекислого газа в тропосфере по данным измерений спектрометра SCIAMACHY в усло- виях облачности, Иccледование Земли из коcмоcа, № 6, с. 31-41.

Семенов, С.М. (2015) Парниковый эффект: открытие, развитие концепции, роль в формировании глобального климата и его антропогенных изменений, Фундаментальная и прикладная климатология, № 2, с. 103-126.

Семенов, С.М., Кузовкин, В.В. (2019) Современное содержание диоксида углерода в приповерхностном слое атмосферы Земли: многолетние тренды и внутригодовая изменчивость, Фундаментальная и прикладная климатология,

№ 4, с. 101-119. DOI: 10.21513/0207-2564-2019-4-101-119.

Tимофеев, Ю.М., Васильев, А.В. (2003) Теоретичеcкие оcновы атмоcфер-ной оптики, Санкт-Петербург, «Наука», 475 с. ISBN 5-02024976-9.

Успенский, А.Б., Кухарский, А.В., Рублев, А.Н. (2006) Детектирование тро- посферных вариаций СО2 по данным спутникового ИК-зондировщика высо- кого спектрального разрешения, Иccледование Земли из коcмоcа, № 4, c. 42-51.

Успенский, А.Б., Кухарский, А.В., Романов, С.В., Рублев, А.Н. (2011) Мониторинг концентрации диоксида углерода и общего содержания метана в тропосфере над Сибирью по данным спутниковых ИК-зондировщиков AIRS, IASI, Исследование Земли из космоса, № 1, с. 14-21.

Asmus,V.V., Dyaduchenko,V.N., Nosenko,Y.I., Polishchuk, G.M., Selin,V.A. (2007) A highly elliptical orbit space system for hydrometeorological monitoring of the Arctic region, WMO Bulletin, October 2007, vol. 56(4).

Boesch, H., Liu, Y., Tamminen, J., Yang, D., Palmer, P.I., Lindqvist, H., Cai, Z., Che, K., DiNoia, A., Feng, L., Hakkarainen, J., Ialongo, I., Kalaitzi, N., Karppinen, T., Kivi, R., Kivimäki, E., Parker, R.J., Preval, S., Wang, J., Webb, A.J., Yao, L., Chen, H. (2021) Monitoring Greenhouse Gases from Space, Remote Sens., 13, 2700, https:// doi.org/10.3390/rs13142700.

Bovensmann, H., Burrows, J.P., Buchwitz, M., Frerick, J., Noël, S., Rozanov, V.V., Chance, K.V., Goede, A.P.H. (1999) SCIAMACHY: Mission objectives and meas- urement modes, J. Atmos. Sci., vol. 56, pp. 127-150.

Buchwitz, M., Rozanov, V.V., Burrows, J.P. (2000) A near infrared optimized DOAS method for the fast global retrieval of atmospheric CH4, CO, CO2, H2O, and N2O total column amounts from SCIAMACHY / ENVISAT-1 nadir radiances, J. Geophys. Res., vol. 105, pp. 15231-15246.

Buchwitz, M., Reuter, M., Schneising, O., Hewson, W., Detmers, R., Boesch, H., Hasekamp, O., Aben, I., Bovensmann, H., Burrows, J.P., Butz, A., Chevallier, F., Dils, B., Frankenberg, C., Heymann, J., Lichtenberg, G., De Maziere, M., Not- holt, J., Parker, R., Warneke, T., Zehner, C., Griffith, D.W.T., Deutscher, N.M., Kuze, A., Suto, H., Wunch, D. (2017) Global satellite observations of column-aver- aged carbon dioxide and methane: The GHG-CCI XCO2 and XCH4 CRDP3 data set, Remote Sens. Environ, vol. 203, pp. 276-295.

CEOS_AC-VC_GHG_White_Paper_Version_1_20181009.pdf A constellation architecture for monitoring carbon dioxide and methane from space. Prepared by the CEOS Atmospheric Composition Virtual Constellation Greenhouse Gas Team Draft Version Sept.9, (2018) URL: https://ceos.org/document_management/ Meet-ings/SIT-Technical-Workshop/2018-SIT-Tech-Workshop/Documents/CEOS

_AC-VC_White_Paper_pre-TW_draft_20180910.

Chédin, A., Sounders, R., Hollingsworth, A., Scott, N.A., Saunders, R., Matri- cardi, M., Etcheto, J., Clerbaux, C., Armante, R. (2003) The feasibility studies of monitoring CO2 from high resolution infrared sounders, Journ. Geophys. Res., vol. 108, N D2, 4064, doi: 10.1029/2001JD 001443.

Dlugokencky, E., Tans, P. (2021) Trends in Atmospheric Carbon Dioxide, National Oceanic and Atmospheric Administration, Earth System Research Labo- ratory (NOAA/ESRL), http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/global.html.

Durand, Y., Courrèges-Lacoste, G.B., Pachot, C., Boucher, L., Pasquet, A., Sierk, B., Bézy, J.-L., Meijer, Y., Fernandez, V., Lesschaeve, S., Spilling, D., Dus- saux, A., Serre, D.; Hennepe, F. (2021) Copernicus CO2M mission: Status of the instrument suite for monitoring anthropogenic carbon dioxide emissions from space, Proc. SPIE 11858, Sensors, Systems, and Next-Generation Satellites XXV, 118580B (13 September 2021).

GCOS (2011) Systematic Observation Requirements for Satellite-based Prod-ucts for Climate: Supplemental details to the satellite-based component of the Implementation Plan for the Global Observing System for Climate in Support of the UNFCCC (2011 Update). GCOS-154, WMO, Geneva, 126 p.

GCOS (2016) The Global Observing System for Climate: Implementation Needs. GCOS-200, WMO, Geneva, 325 p., https:// library.wmo.int/doc_-num.php?explnum_id=3417.

Guide to Instruments and Methods of Observation (2018) Volume IV –Space- based Observations, WMO, no. 8, 223 p.

IPCC (2014) Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Core Writing Team, in R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds.). IPCC, Geneva, Switzerland, 151 p.

Kuze, A., Suto, H., Nakajima, M., Hamazaki, T. (2009) Thermal and near infra-red sensor for carbon observation Fourier-transform spectrometer on the Green-house Gases Observing Satellite for greenhouse gases monitoring, Appl. Opt., vol. 48, pp. 6716-6733, https://doi.org/10.1364/AO.48.006716.

Liang, A., Gong, W., Han, G., Xian, C. (2017) Comparison of satellite-observed XCO2 from GOSAT, OCO-2, and ground-based TCCON, Remote Sesing, vol. 9, p. 1033. DOI: 10.3390/rs9101033.

Lorente, A., Borsdorff, T., Butz, A., Hasekamp, O., van de Brugh, J., Schneider, A., Wu, L., Hase, F., Kivi, R., Wunch, D., Pollard, D.F., Shiomi, K., Deutscher,

N.M., Velazco, V.A., Roehl, C.M., Wennberg, P.O., Warneke, T., Landgraf, J. (2021) Methane retrieved from TROPOMI: improvement of the data product and validation of the first 2 years of measurements, Atmos. Meas. Tech., vol. 14, pp. 665-684, https://doi.org/10.5194/amt-14-665-2021.

Masiello, G., Serio, C., Venafra, S., Liuzzi, G., Camy-Peyret, C. (2018) Four years of IASI CO2, CH4, N2O retrievals: validation with in situ observations from the Mauna Loa station, Proc. SPIE 10786, Remote Sensing of Clouds and the Atmosphere XXIII, 107860G (9 October 2018); doi: 10.1117/12.2325569.

De Mazière, M., Thompson, A.M., Kurylo, M.J., Wild, J.D., Bernhard, G., Blu- menstock, T., Braathen, G.O., Hannigan, J.W., Lambert, J.-C., Leblanc, T., McGee, T.J., Nedoluha, G., Petropavlovskikh, I., Seckmeyer, G., Simon, P.C., Steinbrecht, W., Strahan, S. E. (2018) The Network for the Detection of Atmospheric Composi- tion Change (NDACC): history, status and perspectives, Atmos. Chem. Phys., vol. 18, pp. 4935-4964, https://doi.org/10.5194/acp-18-4935-2018.

Munro, R. (2020) CO2 Human Emissions 2020. D1.4 Stakeholder Report on the Requirements for Future Space-based Instruments to Deliver Products Suitable for CO2 Emissions Monitoring. 2020, 32 p. https://www.che-project.eu/sites/default/ files/2020-12/CHE-D1-4-V1-0.pdf.

Noël, S., Reuter, M., Buchwitz, M., Borchardt, J., Hilker, M., Bovensmann, H., Burrows, J.P., Di Noia, A., Suto, H., Yoshida, Y., Buschmann, M., Deutscher, N.M., Feist, D.G., Griffith, D.W.T., Hase, F., Kivi, R., Morino, I., Notholt, J., Ohyama, H.,

Petri, C., Podolske, J.R., Pollard, D.F., Sha, M.K., Shiomi, K., Sussmann, R., Té Y., Velazco, V.A., Warneke, T. (2021) XCO2 retrieval for GOSAT and GOSAT-2 based on the FOCAL algorithm, Atmos. Meas. Tech., vol. 14, pp. 3837-3869, https:// doi.org/10.5194/amt-14-3837-2021.

Paris agreement. United Nations (2015), 32 p. (in Russian) https://unfccc.int/ sites/default/files/russian_paris_agreement.pdf.

Rayner, P.J., O'Brien, D.M. (2001) The utility of remotely sensed CO2 concen- tration data in surface source inversions, Geophys. Res. Lett., vol. 28, pp. 175-178, doi:10.1029/2001GL013115.

Reuter, M., Buchwitz, M., Schneising, O., O'Dell, S., Richter, C.W., Bov- ensmann, H., Burrows, J.P. (2019) Towards monitoring localized CO2 emissions from space: co-located regional CO2 and NO2 enhancements observed by the OCO-2 and S-5P satellites, Atmos. Chem. Phys., vol. 19, pp. 9371-9383. URL: https://www.atmos-chem-phys.net/19/9371/2019/.

Schneising, O., Buchwitz, M., Burrows, J.P., Bovensmann, H., Reuter, M., Not- holt, J., Macatangay, R., Warneke, T. (2008) Three years of greenhouse gas col- umn-averaged dry air mole fractions retrieved from satellite – Part 1: Carbon dioxide, Atmos. Chem. Phys., vol. 8, pp. 3827-3853.

Sun, X., Abshire, J., Ramanathan, A., Kawa, S.R., Mao, J. (2021) Retrieval Algorithm for Column CO2 Mixing Ratio Measurements from a Multi-wavelength IPDA Lidar, Atmos. Meas. Tech., vol. 14, pp. 3909-3922, https://doi.org/10.5194/ amt-14-3909-2021.

Turquety, S., Hadji-Lazaro, J., Clerbaux, C. Hauglustaine, D.A., Clough, S.A., Casse,V., Schlussel, P., Megie, G. (2004) Operational trace gas retrieval algorithm for the Infrared Atmospheric Sounding Interferometer, J. Geophys. Res., vol. 109, no. D21301, doi: 10.1029/ 2004JD004821.

WMO Greenhouse Gas Bulletin (GHG Bulletin) no.16: The State of Greenhouse Gases in the Atmosphere Based on Global Observations through 2019 (2020), Avaible at: https://library.wmo.int/doc_num.php?explnum_id=10460.

World Data Centre for Greenhouse Gases GAW/WMO, Available at: https:// gaw.kishou.go.jp/ (accessed 08.03.2020).

Wunch, D., Toon, G.C., Blavier, J.F.L., Washenfelder, R.A., Notholt, J., Connor, B.J., Griffith, D.W.T., Sherlock, V., Wennberg, P.O. (2011) The total carbon column observing network Philos. Trans. R. Soc. A-Math, Phys. Eng. Sci., vol. 369, pp. 2087-2112.

Wunch, D., Wennberg, P.O., Osterman, G., Fisher, B. (2017) Comparisons of the Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) XCO2 measurements with TCCON, Atmos. Meas. Tech., vol. 10, pp. 2209-2238.

Yoshida, Y., Kikuchi, N., Morino, I., Uchino, O., Oshchepkov, S., Bril, A., Saeki, T., Schutgens, N., Toon, G.C., Wunch, D., et al. (2013) Improvement of the retrieval algorithm for GOSAT SWIR XCO2 and XCH4 and their validation using

TCCON data, Atmos. Meas. Tech., pp. 1533-1547.

Загрузки

Опубликован

2022-04-26

Как цитировать

Успенский, А. Б. (2022). Измерения распределения содержания парниковых газов в атмосфере со спутников. Фундаментальная и прикладная климатология, 8(1), 122–144. https://doi.org/10.21513/2410-8758-2022-1-122-144