Отработка методики измерения содержания парниковых газов в эксперименте “Русалка” на МКС

1. Отработка методики измерения содержания парниковых газов вэксперименте “Русалка” на МКС

3. «РУСАЛКА» (Ручной Спектральный Анализатор Компонент Атмосферы)

4. Оптическая схема спектрометра Русалка

5. Измеряемые полосы поглощения

6. Трассы наблюдений Произведено 75 сеансов наблюдений : 62 – спектра поглощения атмосферы 11 – солнечного спектра, 2 – темнового сигнала

7. Пример вариации величины сигнала в зависимости от облачности и типа подстилающей поверхности

8. Внешние данные: в качестве климатических параметров для решения обратной задачи, измерение которых недоступно в ходе проведения эксперимента, использовались данные реанализа Европейского центра прогноза погоды ECMWF • Приповерхностные значения давления, температуры, водяного пара (в вертикальном столбе) и альбедо • Вертикальные профили от давления температуры, относительной влажности (37 слоев) Модель переноса излучения: синтетические спектры атмосферы в ближнем ИК диапазоне были получены с помощью высокоточного полинейного кода LBLRTM(Line-By-Line Radiative Transfer Model). Его алгоритмическая точность приблизительно равна 0.5%, и ошибки, связанные с вычислительными процессами, на пять порядков меньше ошибок, связанных с параметрами линий, так что ограничение ошибок приписывается к параметрам и форме линий Спектроскопическая информация: LBLRTM использует данные HITRAN 2008 за исключением параметров некоторых линии (в частности H2O, CO2, CH4 и O2), которые показали лучшую совместимость с реальными спектрами, чем содержащиеся в HITRAN

9. Исследование влияния изменения параметров при моделировании синтетических спектров на глубины линий поглощения

10. Наложение континуумов одного газа на полосы поглощения других

11. Цель: точность измерения концентрации СO2 2.5 ppm (0.7%) Источники ошибок и критерии отбора спектров для восстановления (по результатам проектов Русалка и GOSAT) : • Отсутствие облачности в поле зрения прибора • Отбор спектров над сушей, так как сигнал над океаном очень мал • Высокое отношение сигнал/шум (>30) • Учет аэрозоля (для точности 0.5% в СO2 точность оптической толщи аэрозоля 0.05-0.15) и невидимых перистых облаков (точность в о.т. 0.05 для суши и 0.015 для солнечного блика) • Солнечный зенитный угол <72%, иначе в приближении плоскопараллельной атмосферы ошибка в воздушной массе >1% • Не учитывать спектры, снятые над горами, так как наклон поверхности противоречит приближению плоскопараллельной атмосферы • При фитировании методом Х2 отбросить спектры с Х2>5, что говорит о расхождении модельного и реального спектров • Трудность представляют спектры, снятые над городами и Сахарой из-за неизвестного вертикального профиля и состава аэрозоля • Измерение CO2/O2 уменьшает общую ошибку благодаря высокой степени корреляции этих полос относительно величин рассеяния и воздушной массы • Одновременное восстановление CO2 и CН4, так как континуум CO2 присутствует в полосе поглощения CН4

12. Итоги • Количество относительно удачных наблюдений составляет не более 24%, а число значимых спектров в них не превышает 30-40%. • Как оказалось в ходе обработки данных спектрометра, при съеме темнового сигнала, АОПФ отключался не полностью и входящее излучение частично фильтровалось Отсутствие верного темнового сигнала и малое количество измеренных спектров не дали каких-либо весомых результатов восстановления. Для сравнения, по результатам GOSAT количество спектров без облачности составило 7%, а прошедших все критерии отбора всего 3%, то есть необходимы долговременные и регулярные наблюдения с орбиты