Вариации приземных концентраций и общего содержания СО2 и СН4 в центральной части Европейской территории России

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты измерений методом ИК-спектроскопии приземных концентраций и общего содержания углекислого газа и метана в атмосфере центральной части ЕТР на ст. Обнинск. Приведено описание комплекса аппаратуры MР-32/МГС для мониторинга газового состава атмосферы. Проанализированы межгодовые и сезонные вариации и тренды приземных концентраций СО2 и CH4 за 1998–2021 гг. и общего содержания за 2015–2021 гг. По результатам кросс-корреляционного вейвлетного анализа фаза годовых вариаций средних по высоте концентраций CH4 опережает фазу приземных вариаций на 2–3 месяца, а вариации средних по высоте концентраций СО2 отстают по фазе от годовых вариаций приземных значений на 1–2 месяца. Минимальные приземные концентрации метана в мае-августе совпадают со средними концентрациями в толще атмосферы, а для углекислого газа в этот же период они ниже на 20–30 ppm. В зимние месяцы минимальные приземные концентрации метана и углекислого газа выше средних по высоте на 70–150 ppb и на 6–15 ppm соответственно. Результаты измерений сопоставлены со спутниковыми данными GOSAT и данными наземных Европейских станций.

Об авторах

К. Н. Вишератин

ФГБУ “НПО “Тайфун”,

Автор, ответственный за переписку.
Email: kvisher@mail.ru
Россия, 249038, Обнинск, ул. Победы, 4

Е. Л. Баранова

ФГБУ “НПО “Тайфун”,

Email: kvisher@mail.ru
Россия, 249038, Обнинск, ул. Победы, 4

Г. И. Бугрим

ФГБУ “НПО “Тайфун”,

Email: kvisher@mail.ru
Россия, 249038, Обнинск, ул. Победы, 4

В. Н. Иванов

ФГБУ “НПО “Тайфун”,

Email: kvisher@mail.ru
Россия, 249038, Обнинск, ул. Победы, 4

Е. И. Краснопеева

ФГБУ “НПО “Тайфун”,

Email: kvisher@mail.ru
Россия, 249038, Обнинск, ул. Победы, 4

Д. Г. Сахибгареев

ФГБУ “НПО “Тайфун”,

Email: kvisher@mail.ru
Россия, 249038, Обнинск, ул. Победы, 4

В. П. Устинов

ФГБУ “НПО “Тайфун”,

Email: kvisher@mail.ru
Россия, 249038, Обнинск, ул. Победы, 4

А. В. Шилкин

ФГБУ “НПО “Тайфун”,; Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Email: kvisher@mail.ru
Россия, 249038, Обнинск, ул. Победы, 4; Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3

Список литературы

  1. Арефьев В.Н., Дианов–Клоков В.И., Малков И.П. Полевой спектральный комплекс для исследований содержания в атмосфере загрязняющих газов // Труды ИЭМ. М.: Гидрометеоиздат, 1978. Вып. 8(81). С. 73–78.
  2. Арефьев В.Н., Вишератин К.Н., Кашин Ф.В., Устинов В.П. Аппаратура для измерений спектроскопическим методом интегрального содержания газов в атмосфере // Труды ИЭМ. 1995. Вып. 25(160). С. 119–125.
  3. Арефьев В.Н., Баранов Ю.И., Баранова Е.Л., Бугрим Г.И., Каменоградский Н.Е., Кашин Ф.В. Изменчивость содержания метана в приземном слое и в толще атмосферы // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2004. Т. 40. № 3. С. 403–409.
  4. Арефьев В.Н., Кашин Ф.В., Акименко Р.М., Баранов Ю.И., Бугрим Г.И., Вишератин К.Н., Кальсин А.В., Каменоградский Н.Е., Сизов Н.И., Устинов В.П., Упэнэк Л.Б. Исследования в области атмосферной спектроскопии // “Проблемы гидрологии и мониторинга окружающей среды”. Сб. науч. тр., Обнинск, 2010. С. 85–104.
  5. Арефьев В.Н., Каменоградский Н.Е., Кашин Ф.В., Шилкин А.В. Фоновая составляющая концентрации двуокиси углерода в приземном воздухе. (Станция мониторинга “Обнинск”) // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50. № 6. С. 655–662.
  6. Арефьев В.Н., Акименко Р.М., Кашин Ф.В., Упэнэк Л.Б. Фоновая составляющая концентрации метана в приземном воздухе. (Станция мониторинга “Обнинск”) // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2015. Т. 51. № 6. С. 1–9.
  7. Дианов–Клоков В.И., Юрганов Л.Н. Измерения интегрального содержания примесей СО, СН4 и N2О в атмосфере // Изв. АН СССР. ФАО. 1982. Т. 18. № 7. С. 1159–1167.
  8. Кабанов Д.М., Сакерин С.М. Результаты исследований общего влагосодержания атмосферы методом оптической гигрометрии. Ч. 1. Aнализ методики и результатов калибровки // Оптика атмосферы и океана. 1995. Т. 8. № 06. С. 852–860.
  9. Кондратьев К.Я., Крапивин В.Ф. Моделирование глобального круговорота углерода. М.: Физматлит, 2004. 336 с.
  10. Макарова М.В., Кирнер О., Тимофеев Ю.М., Поберовский А.В., Имхасин Х.Х., Осипов С.И., Макаров Б.К. Годовой ход и долговременный тренд атмосферного метана в районе СанктПетербурга // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2015. Т. 51. № 4. С. 493–501.
  11. Мироненков А.В., Поберовский А.В., Тимофеев Ю.М. Методика интерпретации инфракрасных спектров прямой солнечной радиации для определения общего содержания атмосферных газов // Изв. РАН, Физика атмосферы и океана. 1996. Т. 32. № 2. С. 207–215.
  12. Ракитин В.С., Еланский Н.Ф., Панкратова Н.В., Скороход А.И., Джола А.В., Штабкин Ю.А., Ван Пусай, Ван Ген Чен, Васильева А.В., Макарова М.В., Гречко Е.И. Исследование трендов общего содержания CO и CH4 над Евразией на основе анализа наземных и орбитальных спектроскопических измерений // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30. № 06. С. 449–456. https://doi.org/10.15372/AOO20170601
  13. Тимофеев Ю.М. Исследование атмосферы Земли методом прозрачности. СПб.: Наука, 2016. 367 с.
  14. Шашков А.А., Броунштейн А.М., Жуков А.В., Привалов В.И., Фабер Е.В. Спектроскопические методики определения интегрального содержания СО, N2О и СН4 в вертикальном столбе атмосферы // Труды ГГО им. А.И. Воейкова. 1985. Вып. 496. С. 7–23.
  15. Baranov Yu.I., Baranova E.L., Bougrim G.I., Kashin F.V. Temporal variability of methane, carbon oxide and dioxide and dinitrogen oxide in surface air // Proc. SPIE. 2000. V. 4341. P. 438–442.
  16. Buschmann M., Deutscher N.M., Sherlock V., Palm M., Warneke T., Notholt J. Retrieval of xCO2 from ground-based mid-infrared (NDACC) solar absorption spectra and comparison to TCCON // Atmos. Meas. Tech. 2016. V. 9. P. 577–585. https://doi.org/10.5194/amt-9-577-2016
  17. Chen H., Winderlich J., Gerbig C., Hoefer A., Rella C.W., Crosson E.R., Van Pelt A.D., Steinbach J., Kolle O., Beck V., Daub B.C., Gottlieb E.W., Chow V.Y., Santoni G.W., Wofsy S.C. High-accuracy continuous airborne measurements of greenhouse gases (CO2 and CH4) using the cavity ring-down spectroscopy (CRDS) technique // Atmos. Meas. Tech. 2010. V. 3. P. 375–386.
  18. Dlugokencky E.J., Nisbet E.G., Fisher R., Lowry D. Global atmospheric methane: Budget, changes and dangers // Philos. Trans. R. Soc. A. 2011. V. 369. P. 2058–2072. https://doi.org/10.1098/rsta.2010.0341
  19. Dlugokencky E.J., Mund J.W., Crotwell A.M., Crotwell M.J., Thoning K.W. Atmospheric Carbon Dioxide Dry Air Mole Fractions from the NOAA GML Carbon Cycle Cooperative Global Air Sampling Network, 1968–2020, Version: 2021-07-30. https://doi.org/10.15138/wkgj-f215
  20. ESRL, 2021. Earth System Research Laboratory, Global Monitoring Division, Carbon Cycle Greenhouse Gases, http://www.esrl.noaa.gov/.
  21. Frey M., Sha M.K., Hase F., Kiel M., Blumenstock T., Harig R., Surawicz G., Deutscher N.M., Shiomi K., Franklin J.E., Bösch H., Chen J., Grutter M., Ohyama H., Sun Y., Butz, A., Mengistu Tsidu G., Ene D., Wunch D., Cao Z., Garcia O., Ramonet M., Vogel F., Orphal J. Building the COllaborative Carbon Column Observing Network (COCCON): long-term stability and ensemble performance of the EM27/SUN Fourier transform spectrometer // Atmos. Meas. Tech. 2019. V. 12. P. 1513–1530. https://doi.org/10.5194/amt-12-1513-2019
  22. Gavrilov N.M., Makarova M.V., Poberovskii A.V., Timofeyev Yu.M. Comparisons of CH4 ground-based FTIR measurements near Saint Petersburg with GOSA-T observations // Atmos. Meas. Tech. 2014. V. 7. P. 1003–1010.
  23. Ghasemifard H., Vogel F.R., Yuan Y., Luepke M., Chen J., Ries L., Leuchner M., Schunk C., Noreen Vardag S., Menzel A. Pollution Events at the High-Altitude Mountain Site Zugspitze-Schneefernerhaus (2670 m a.s.l.), Germany // Atmosphere. 2019. V. 10(6). P. 330. https://doi.org/10.3390/atmos10060330
  24. GOSAT, 2021. Greenhouse Gases Observing Satellite, https://data2.gosat.nies.go.jp; https://www.gosat.nies. go.jp/en/about_2_observe.html
  25. Grinsted A., Moore J.C., Jevrejeva S. Application of the cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical time series // Nonlin. Processes Geophys. 2004. № 11. P. 561–566. https://doi.org/10.5194/npg-11-561-2004
  26. Hase F., Blumenstock T., Dohe S., Groß J., Kiel M. TCCON data from Karlsruhe, Germany, Release GGG2014R1. 2017. https://doi.org/10.14291/tccon.ggg2020.karlsruhe01.R0
  27. Haszpra L., Ferenczi Z., Barcza Z. Estimation of greenhouse gas emission factors based on observed covariance of CO2, CH4, N2O and CO mole fractions // Environ Sci. Eur. 2019. P. 31–95. https://doi.org/10.1186/s12302-019-0277-y
  28. Howarth R.W. Ideas and perspectives: is shale gas a major driver of recent increase in global atmospheric methane? // Biogeosciences. 2019. V. 16. P. 3033–3046. https://doi.org/10.5194/bg-16-3033-2019
  29. HYSPLIT, 2021. The Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory model, https://www.ready.noaa. gov/hypub-bin/trajtype.pl.
  30. Infraspek. 2021. http://www.infraspek.ru/produktsiya/ spektrometryi/fsm-2203-2/; http://www.infraspek.ru/ produktsiya/kyuvetyi/kyuvetyi-gazovyie/.
  31. IPCC, 2021. Global Carbon and other Biogeochemical Cycles and Feedbacks. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press. 2021.
  32. Kashin F. Variations of CO2 Mixing Ratios in the Air near the Ground in the European Territory of Russia // J. Environmental Science and Engineering A. 2013. V. 2. № 9. P. 531–536.
  33. Kivimäki E., Lindqvist H., Hakkarainen J., Laine M., Sussmann R., Tsuruta A., Detmers R., Deutscher N.M., Dlugokencky E.J., Hase F., Hasekamp O., Kivi R., Morino I., Notholt J., Pollard D.F., Roehl C., Schneider M., Sha M.K., Velazco V.A., Warneke T., Wunch D., Yoshida Y., Tamminen J. Evaluation and Analysis of the Seasonal Cycle and Variability of the Trend from GOSAT Methane Retrievals // Remote Sens. 2019. V. 11(7). P. 882. https://doi.org/10.3390/rs11070882
  34. Kubistin D., Plaß-Dülmer C., Arnold S., Lindauer M., Müller–Williams J. // ICOS RI, 2021. ICOS ATC CO Release, Karlsruhe (30.0 m), 2019-01-31–2021-01-31. https://hdl.handle.net/11676/7l7HG_GiOgS_u3TEuXB6HkFO
  35. NOAA, 2021. https://www.noaa.gov/news-release/i-ncrease-in-atmospheric-methane-set-another-record-during-2021.
  36. Olsen S.C., Randerson J.T. Differences between surface and column atmospheric CO2 and implications for carbon cycle research // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. D02301. https://doi.org/10.1029/2003JD003968
  37. Oshchepkov S., Bril A., Yokota T., Yoshida Y., Blumenstock T., Deutscher N.M., Dohe S., Macatangay R., Morino I., Notholt J., Rettinger M., Petri C., Schneider M., Sussman R., Uchino O., Velazco V., Wunch D., Belikov D. Simultaneous retrieval of atmospheric CO2 and light path modification from space-based spectroscopic observations of greenhouse gases: Methodology and application to GOSAT measurements over TCCON sites // Appl. Opt. 2013. V. 52. P. 1339–1350.
  38. Ostler A., Sussmann R., Rettinger M., Deutscher N.M., Dohe S., Hase F., Jones N., Palm M., Sinnhuber B.-M. Multistation intercomparison of column–averaged methane from NDACC and TCCON: impact of dynamical variability // Atmos. Meas. Tech. 2014. V. 7. P. 4081–4101.
  39. Rakitin V.S., Skorokhod A.I., Pankratova N.V., Shtabkin Yu.A., Rakitina A.V., Wang G., Vasilieva A.V., Makarova M.V., Wang P. Recent changes of atmospheric composition in background and urban Eurasian regions in XXI-th century // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2020. T. 606. № 1. P. 012 048. https://doi.org/10.1088/1755-1315/606/1/012048
  40. Rothman L.S., Gordon I.E., Babikov I.E., Barbe A., Benner C.D. et al. The HITRAN 2012 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 130. P. 4–50.
  41. SFIT4. Version V0.9.4.4. The University Corporation for Atmospheric Research, https://wiki.ucar.edu/di-splay/ sfit4.
  42. Takeda M., Nakajima H., Murata I., Nagahama T., Morino I., Toon G.C., Weiss R.F., Mühle J., Krummel P.B., Fraser P.J., Wang H.-J. First ground-based Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer observations of HFC-23 at Rikubetsu, Japan, and Syowa Station, Antarctica // Atmos. Meas. Tech. 2021. V. 14. P. 5955–5976.https://doi.org/10.5194/amt-14-5955-2021
  43. TCCON, 2021. https://tccondata.org/; https://tccon-wiki. caltech.edu/Sites.
  44. Tohjima Y., Kubo M., Minejima C., Mukai H., Tanimoto H., Ganshin A., Maksyutov S., Katsumata K., Machida T., Kita K. Temporal changes in the emissions of CH4 and CO from China estimated from CH4/CO2 and CO/CO2 correlations observed at Hateruma Island // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14. P. 1663–1677.
  45. Visheratin K.N., Baranova E.L., Bugrim G.I., Ivanov V.N., Krasnopeeva E.I., Sakhibgareev D.G., Ustinov V.P., Shilkin A.V., Baranov Yu.I., Kashin F.V. MR-32/MGS setup for monitoring gas composition of atmosphere // XXVII International Symposium “Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics”. 2021 july 05–09. Moscow. 2021. https://symp.iao.ru/files/symp/aoo/ 27/presentation_13663.pdf.
  46. WACCAM, 2013. Whole Atmosphere Community Climate Model, https://www2.acom.ucar. edu/gcm/waccm; ftp://acd.ucar.edu/user/jamesw/IRWG/2013/.
  47. WDCGG, 2021 World Data Centre for Greenhouse Gases, https://gaw.kishou.go.jp.
  48. WMO, 2021. The State of Greenhouse Gases in the Atmosphere Based on Global Observations through 2020 // Greenhouse Gas Bulletin. No. 17, 25 October 2021.
  49. Wong K.W., Fu D., Pongetti T.J., Newman S., Kort E.A., Duren R., Hsu Y.-K., Miller C.E., Yung Y.L., Sander S.P. Mapping CH4: CO2 ratios in Los Angeles with CLARS-FTS from Mount Wilson, California // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. P. 241–252. https://doi.org/10.5194/acp-15-241-2015
  50. Yoshida Y., Ota Y., Eguchi N., Kikuchi N., Nobuta K., Tran H., Morino I., Yokota T. Retrieval algorithm for CO2 and CH4 column abundances from short-wavelength infrared spectral observations by the Greenhouse gases observing satellite // Atmos. Meas. Tech. 2011. V. 4. P.717–734.https://doi.org/10.5194/amt-4-717-2011

Дополнительные файлы



Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах