Сопоставление результатов многолетних измерений содержания NO2 в стратосфере и тропосфере с помощью спутникового прибора OMI с результатами наземных измерений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Выполнено сопоставление результатов измерений содержания NO2 в вертикальных столбах стратосферы и тропосферы с помощью прибора OMI (Ozone Monitoring Instrument) с борта спутника EOS–Aura в 2004–2020 гг.. с результатами наземных измерений на станциях Сети по обнаружению изменений состава атмосферы (Network for the Detection of Atmospheric Composition Change – NDACC), в первую очередь, – с результатами измерений на Звенигородской научной станции Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН (ЗНС). Сопоставление спутниковых данных с данными ЗНС выполнено по обоим продуктам спутниковых измерений – содержанию NO2 в стратосферном и тропосферном столбах. При сопоставлении данных OMI с данными наземных измерений на других станциях сопоставлялись спутниковые значения содержания NO2 в стратосферном столбе со значениями общего содержания (ОС) NO2, полученными в наземных измерениях. Соответствие между результатами спутниковых и наземных измерений характеризуется величиной разности между ними, коэффициентами линейной корреляции и коэффициентами регрессии. Разность имеет заметный сезонный ход. Корреляция и коэффициенты регрессии существенно зависят от сезона. Выявлены характерные закономерности изменения коэффициентов корреляции с широтой и особенности корреляции между спутниковыми и наземными данными в полярных и средних широтах южного полушария в весенний период. Для некоторых станций выявлена зависимость количественных характеристик соответствия между результатами спутниковых и наземных измерений от облачности. В безоблачных условиях на ЗНС отмечено ослабление корреляции между спутниковыми и наземными значениями стратосферного содержания NO2 и усиление корреляции между значениями тропосферного содержания NO2. Выявлена зависимость характеристик соответствия между данными спутниковых и наземных измерений от уровня загрязнения нижней тропосферы окислами азота. Корреляция между значениями тропосферного содержаниями NO2 в окрестности ЗНС при сильном загрязнении возрастает, а корреляция между значениями стратосферного содержания NO2 уменьшается. По результатам сопоставления спутниковых и наземных данных получены оценки верхних пороговых значений содержания NO2 в тропосфере на разных станциях. Наименьшие значения получены для полярных станций, а наибольшее – для ЗНС, сильнее всех подверженной антропогенному загрязнению ввиду ее близости к московскому мегаполису.

Об авторах

А. Н. Груздев

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.n.gruzdev@mail.ru
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер,. 3

А. С. Елохов

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Email: a.n.gruzdev@mail.ru
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер,. 3

Список литературы

  1. Brasseur G.P., Solomon S. Aeronomy of the middle atmosphere. Dordrecht, the Netherlands: Springer. 2005. 644. P.
  2. Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric chemistry and physics: from air pollution to climate change. Hoboken, New Jersey, USA: John Wiley & Sons. 2006. 1225 p.
  3. Hu Y., Liu C., Chen R., Kan H., Zhou M., Zhao B. Associations between total mortality and personal exposure to outdoor-originated NO2 in 271 Chinese cities // Atmos. Environ. 2021. V. 246. 118170.
  4. Boersma K.F., Jakob D.J., Eskes H.J., Pinder R.W., Wang J., van der A R.J. Intercomparison of SCIAMACHY and OMI tropospheric NO2 columns: Observing the diurnal evolution of chemistry and emissions from space // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. № D16S26. https://doi.org/10.1029/2007JD008816
  5. Celarier E.A., Brinksma E.J., Gleason J.F., Veefkind J.P., Cede A., Herman J.R., Ionov D., Goutail F., Pommereau J.P., Lambert J.C., van Roozendael M., Pinardi G., Wittrock F., Schonhardt A., Richter A., Ibrahim O.W., Wagner T., Bojkov B. Mount G., Spinei E., Chen C. M., Pongetti T.J., Sander S.P., Bucsela E.J., Wenig M.O., Swart D.P.J., Volten H., Kroon M., Levelt P.F. Validation of Ozone Monitoring Instrument nitrogen dioxide columns // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. № D15S15. https://doi.org/10.1029/2007JD008908
  6. Ionov D.V., Timofeyev Y.M., Sinyakov V.P., Semenov V.K., Goutail F., Pommereau J.-P., Bucsela E.J., Celarier E.A., Kroon M. Ground-based validation of EOS-Aura OMI NO2 vertical column data in the midlatitude mountain ranges of Tien Shan (Kyrgyzstan) and Alps (France) // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. D15S08. https://doi.org/10.1029/2007JD008659
  7. Irie H., Kanaya Y., Akimoto H., Tanimoto H., Wang Z., Gleason J.F., Bucsela E.J. Validation of OMI tropospheric NO2 column data using MAX-DOAS measurements deep inside the North China Plain in June 2006: Mount Tai Experiment 2006 // Atmos. Chem. Phys. 2008. V. 8. P. 6577–6586.
  8. Kramer L.J., Leigh R.J., Remedios J.J., Monks P.S. Comparison of OMI and ground-based in situ and MAX-DOAS measurements of tropospheric nitrogen dioxide in an urban area // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. D16S39.
  9. Wenig M.O., Cede A.M., Bucsela E.J., Celarier E.A., Boersma K.F., Veefkind J.P., Brinksma E.J., Gleason J.F., and Herman J.R. Validation of OMI tropospheric NO2 column densities using direct-Sun mode Brewer measurements at NASA Goddard Space Flight Center // J. Geophys. Res., 2008, V. 113. D16S45. https://doi.org/10.1029/2007JD008988
  10. Груздев А.Н., Елохов А.С. Валидация результатов измерений содержания NO2 в вертикальном столбе атмосферы с помощью прибора OMI с борта спутника EOS-Aura по данным наземных измерений на Звенигородской научной станции // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2009. Т. 45. № 4. С. 477–488.
  11. Gruzdev A.N., Elokhov A.S. Validation of Ozone Monitoring Instrument NO2 measurements using ground based NO2 measurements at Zvenigorod, Russia // Internat. J. Remote Sens. 2010. V. 31. № 2. P. 497–511. https://doi.org/10.1080/01431160902893527
  12. Bucsela E.J., Krotkov N.A., Celarier E.A., Lamsal L.N., Swartz W.H., Bhartia P.K., Boersma F., Veefkind J.P., Gleason J.F., Pickering K.E. A new stratospheric and tropospheric NO2 retrieval algorithm for nadir-viewing satellite instruments: applications to OMI // J. Meas. Techn. 2013. V. 6. P. 2607–2626.
  13. Levelt P.F., Joiner J., Tamminen J. et al. The Ozone Monitoring Instrument: overview of 14 years in space // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18. P. 5600–5745.
  14. Груздев А.Н., Елохов А.С. Новые результаты валидации данных измерений содержания NO2 с помощью прибора OMI на основе данных измерений на Звенигородской научной станции // Исслед. Земли из космоса. 2013. № 1. С. 16–27. https://doi.org/10.7868/S0205961412060024
  15. Gruzdev A.N., Elokhov A.S. Comparison of the results of ground-based and satellite (OMI) measurements of the NO2 contents in the stratosphere and troposphere over Zvenigorod: Sensitivity to cloud cover and tropospheric pollution // Proceed. SPIE. 2021. V. 11 916. 1 191 628. https://doi.org/10.1117/12.2601814
  16. Johnston P.V., McKenzie R.L. NO2 observations at 45oS during the decreasing phase of solar cycle 21, from 1980 to 1987 // J. Geophys. Res. V. 94. № D3. P. 3473–3486.
  17. Елохов А.С., Груздев А.Н. Измерения общего содержания и вертикального распределения NO2 на Звенигородской научной станции // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2000. Т. 36. № 6. С. 831–846.
  18. Vaughan G., Quinn P.T., Green A.C., Bean J., Roscoe H.K., van Roozendael M., Goutail F. SAOZ measurements of NO2 at Aberystwyth // J. Environ. Monit. 2006. V. 8. P. 353–361. https://doi.org/10.1039/b511482a
  19. Gruzdev A.N., Elokhov A.S. Variability of stratospheric and tropospheric nitrogen dioxide observed by visible spectrophotometer at Zvenigorod, Russia // Internat. J. Remote Sens. 2011. V. 32. № 11. P. 3115–3127. https://doi.org/10.1080/01431161.2010.541524
  20. Hendrick F., Barret B., Van Roozendael M., Boesch H., Butz A., De Mazière M., Goutail F., Hermans C., Lambert J.-C., Pfeilsticker K., Pommereau J.-P. Retrieval of nitrogen dioxide stratospheric profiles from ground-based zenith-sky UV-visible observations: validation of the technique through correlative comparisons // Atmos. Chem. Phys. 2004. V. 4. № 8. P. 2091–2106.
  21. Vandaele A.C., Hermans C., Simon M., Carleer M., Colin R., Fally S., Mérienne M.-F., Jenouvrier A., Coquart B. Measurements of the NO2 absorption cross section from 42,000 cm-1 to 10000 cm–1 (238–1000 nm) at 220 and 294 K // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1998. V. 59. № 3–5. P. 171–184.
  22. Harder J.W., Brault J.W., Johnston P.V., Mount G.H. Temperature dependent NO2 cross sections at high spectral resolution // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. № D3. P. 3861–3879.
  23. Груздев А.Н. Елохов А.С. Изменения общего содержания и вертикального распределения NO2 по результатам 30-летних измерений на Звенигородской научной станции ИФА им. А.М. Обухова РАН // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2021. Т. 57. № 1. С. 99–112.
  24. Platt U., Stutz J. Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS), Principle and Applications / Berlin: Springer Verlag/ 2008. 597 p. ISBN 978-3-540-21193-8. https://doi.org/10.1007/978-3-540-75776-4
  25. Груздев А.Н. Широтная зависимость вариаций стратосферного содержания NO2 // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2008. Т. 44. № 3. С. 345–359.

© А.Н. Груздев, А.С. Елохов, 2023

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