Реферат 2
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Спектроскопические базы данных по параметрам линий поглощения 4
2. Вычисление атмосферного пропускания 8
3. Оценка влияния различных спектроскопических баз данных на вычисление атмосферного
пропускания 9
4. Сравнение атмосферного пропускания, вычисленного с новыми экспериментальными данными по
линиям поглощения метана 15
5. Сравнение измеренных атмосферных солнечных спектров со спектрами, вычисленными с различными спектроскопическими базами данных 20
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 27
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 29
В настоящее время глобальное изменение климата связывают с антропогенным увеличением содержания в атмосфере «парниковых» газов CO2,CH4, N2O и фреонов, активно поглощающих и испускающих излучение в ИК диапазоне. Несмотря на то, что концентрация метана в атмосфере почти в 200 раз меньше, чем содержание углекислого газа, метан вносит значительный вклад в удержание тепла Земли и атмосферы [1]. Таким образом, потенциал глобального потепления CH4 в 21 раз выше, чем CO2. Мониторинг общего содержания (ОС) метана и углекислого газа в атмосфере ведется спектроскопическими методами. Эффективным методом определения ОС метана является измерение наземными или спутниковыми спектрометрами солнечного излучения, прошедшего через атмосферу в сильных полосах поглощения метана 2,2-2,4 мкм и 1,62-1,67 мкм.
Точность в определении ОС метана и углекислого газа из измеренных атмосферных спектров зависит от исходной информации по линиям поглощения атмосферных газов, которые используются при моделировании атмосферного радиационного переноса. В работе [2] показано, что имеются различия между величиной ОС метана, восстановленной из спектров, измеренных спектрометром на спутнике GOSAT, с использованием спектроскопической базы данных HITRAN2008 и банка данных CH4, разработанного для обработки GOSAT-измерений. Также это подтверждается исследованиями [3,4] при сравнении атмосферных спектров, измеренных наземным Фурье-спектрометром, и спектров, вычисленных с использованием банков данных HITRAN2008 и GOSAT.
Общее содержание метана, определенное из измеренных атмосферных спектров в ближнем ИК-диапазоне может различаться на 7% и более при использование различных банков данных по линиям поглощения метана [3,4]. Также имеются существенные различия в данных по параметрам линий поглощения углекислого газа в разных спектроскопических банках данных. Например, различие между двумя версиями базы данных HITRAN2004 и HITRAN2008 может привести к погрешности в восстановленном общем содержании углекислого газа свыше 50 ppm (13%).
Полная и точная спектроскопия метана и углекислого газа требуется для дистанционного зондирования газовой атмосферы. Кроме того CO2 и CH4 содержатся в атмосфере других планет и их спутников, где может наблюдаться температура в широком диапазоне от 50К до 3000К. Поэтому необходимо знать температурную зависимость спектральных параметров молекул поглощающих газов, а также необходима достоверная информация о форме контуров линий поглощения.
Точные знания о радиационных свойствах CO2 в инфракрасной области необходимы для широкого спектра атмосферных применений. Недавний прогресс в зондировании атмосферы с помощью наземных и бортовых аппаратов ставит все более строгие требования к точности и полноте спектроскопических данных. Toth и др. [5] сформулировали критерии качества спектроскопических данных, необходимых для контроля концентрации CO2 по всему земному шару с точностью 0,3% с использованием космического спектрометра, эксперименты OCO2 (oco.jpl.nasa.gov) миссии NASA. В диапазоне 4000-6000 см-1 положение центра линий, интенсивности и лоренцевская полуширина СО2 должны быть известны с точность выше 0,0002 см-1, 0,3% и 0,6% соответственно. Некоторые измерения с помощью Фурье- спектрометра способны обеспечить такую точность для положений линий [6].
В современных спектроскопических базах данных параметры линий содержат ту или иную погрешность, поэтому необходимо учитывать этот факт при моделировании атмосферного пропускания. Поэтому необходимо рассмотреть вопрос о степени влияния различия современных спектроскопических данных по линиям поглощения метана и углекислого газа на радиационные характеристики. Для этого были проведены расчеты атмосферного пропускания методом line-by-line, с различными
спектроскопическими базами данных в диапазоне от 4000 см-1 до 9000 см-1. Было выявлено, что при сравнении базы данных HITRAN2016 с GEISA2011 наибольшее различие для линий поглощения CO2 наблюдается в диапазоне от 4600 см-1 до 5000 см-1, равное 0,02. В диапазоне от 8250 см-1 до 8300 см-1 различие достигает 0,007, но если мы сравниваем HITRAN2016 c более новой базой данных GEISA2015, то различие в данном диапазоне не наблюдается.
Сравнение атмосферного пропускания, вычисленного с различными БД для линий поглощения метана, показало наибольшее различие функции пропускания, между БД HITRAN2016 и GOSAT2014 в диапазоне 4000 - 4600 см-1, максимальное значение достигает 0,12. Похожий результат в этом же диапазоне можно увидеть при сравнении БД HITRAN2016 и GEISA2015.
Проведено моделирование атмосферного пропускания с использованием новых экспериментальных данных по линиям поглощения метана. И сделано сравнение с пропусканием, вычисленным с использованием современных баз данных HITRAN, GEISA и GOSAT. Измерения проводились на Фурье- спектрометре в ИОА СО РАН в спектральном диапазоне от 6000 см-1 до 6100 см-1. В расчетах пропускания с данными HITRAN, GOSAT и GEISA использовался контур Фойгта. В расчетах с параметрами линий СН4, которые были определены экспериментально, использовался контур qSDV, учитывающий сужение линий.
В расчетах пропускания проведено сравнение модельных спектров и измеренных атмосферных солнечных спектров. Сравнение проводилось в диапазоне 6000-6100 см-1. По полученным результатам видно, что для линии поглощения метана с центром на частоте 6015 см-1, больше всего согласуется с измеренным спектром база данных HITRAN2012 и GOSAT2014. При сравнении функции пропускания для линии поглощения CH4 для диапазона 6026,15-6026,35 см-1 видно, что измеренный атмосферный спектр совпадает с базой данных HITRAN2008 и GEISA2011. Так же проведено сравнение измеренного атмосферного спектра и спектра вычисленного с параметрами линий метана в диапазоне 6076,80-6077,20. В данном диапазоне видно, что с измеренным спектром совпадает БД GOSAT2014 и HITRAN2016 , а различие в данном диапазоне, для метана, достигает 0,04.
Проведено моделирование атмосферных спектров с использованием линий водяного пара из различных спектроскопических БД при неизменных параметрах линий поглощения остальных газов. Из полученных результатов видно, что в диапазоне 6011,4-6011,6 см-1 лучше всего согласуются БД HITRAN2008 и HITRAN2012, а для диапазона 6019-6019,5 см-1 GEISA2015 и HITRAN2016.
По результатам работы был сделан доклад на всероссийской конференции “Аэрозоли Сибири” и опубликована статья в издании, которое индексируется в Web of Science: Tatiana M. Petrova, Alexandr M. Solodov, Alexandr A. Solodov, Vladimir M. Deichuli, Tatiana Yu. Chesnokova, Alina L. Baisel, "Air-broadening and shift parameters of methane transitions in 6000-6100 cm-1 spectral region," Proc. SPIE 11208, 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 112080O (18 December 2019)
