Застосування супутникових спостережень для досліджень парникового ефекту

Застосування супутникових спостережень для досліджень парникового ефекту

Розповсюдження випромінювання в атмосфері

Відкриття парникового ефекту Fourier Joseph, Mémoire sur la température du globe terrestre et des espaces planétaires. // Mémoires de l'Académie des sciences de l'Institut de France, 1827. - Vol. 7. - P. 569– 604. Jean Baptiste Joseph Fourier 1768 - 1830 Tyndall John, Heat as a Mode of Motion. , 1863, 550 p. Tyndall John, Contributions to Molecular Physics in the Domain of Radiant Heat. 1872, 450 p. Svante Arrhenius, Ueber den Einfluss des Atmosphärischen Kohlensäurengehalts auf die Temperatur der Erdoberfläche, in the Proceedings of the Royal Swedish Academy of Science, Stockholm 1896, Volume 22, I N. 1, pp. 1– 101 Svante Arrhenius, On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground, London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science (fifth series), April 1896. vol 41, pp. 237– 275 John Tyndall 1820 - 1893 Svante August Arrhenius 1859 - 1927

Виникнення парникового ефекту

Greenhouse gas Carbon dioxide Lifetime (years) 100 years Global Warming Potential 50 -200 1 12, 23 21 Nitrous oxide 120 310 HFC-23 264 11 700 HFC-32 5, 6 650 HFC-41 3, 7 150 HFC-43 -10 mee 17, 1 1 300 HFC-125 32, 6 2 800 HFC-134 10, 6 1 000 HFC-134 a 14, 6 1 300 HFC-152 a 1, 5 140 HFC-143 3, 8 300 HFC-143 a 48, 3 3 800 HFC-227 ea 36, 5 2 900 HFC-236 fa 209 6 300 HFC-245 ca 6, 6 560 Chloroform 0, 51 4 Methylene chloride 0, 46 9 Sulphur hexafluoride 3 200 23 900 Perfluoromethane 50 000 6 500 Perfluorethane 10 000 9 200 Perfluoropropane 2 600 7 000 Perfluorobutane 2 600 7 000 Perfluoropentane 4 100 7 500 Perfluorohexane 3 200 7 400 Perfluorocyclobutane 3 200 8 700 Trifluoroiodomethane <0. 005 <1 Methane

Відносний внесок різних газів у формування парникового ефекту H 2 O 36 – 72 % CO 2 9 – 26 % CH 4 4– 9% O 3 3– 8% Спектральні характеристики окремих складових атмосфери: А – кисень, В – двоокис вуглецю, С - метан

Місії з вивчення парникового ефекту

Супутникові місії з вивчення складу атмосфери Характеристики спектральних каналів приладу SCIAMACHY Канал Діапазон, нм Розподільча здатність, нм Похибка, нм Температурний діапазон, К 1 214 - 334 0. 24 0. 003 204. 5 – 210. 5 2 300 - 412 0. 26 0. 003 204. 0 – 210. 0 3 383 - 628 0. 44 0. 004 221. 8 – 227. 8 4 595 - 812 0. 48 0. 005 222. 9 – 224. 3 5 773 - 1063 0. 54 0. 005 221. 4 – 222. 4 6 971 - 1773 1. 48 0. 015 197. 0 – 203. 8 7 1934 - 2044 0. 22 0. 003 145. 9 – 155. 9 8 2259 - 2386 0. 26 0. 003 143. 5 – 150. 0

Розрахунок концентрації CO 2 в атмосфері сенсором TANSO – FTS супутник IBUKI Діапазон вимірювання сенсора TANSO-FTS, супутник IBUKI Смуга 1 Смуга 2 Смуга 3 Смуга 4 Спектральне покриття (µm) 0. 758 – 0. 775 1. 56 – 1. 72 1. 92 – 2. 08 5. 56 – 14. 3 Спектральне розрізнення (µm) 0. 2 Зафіксовані гази О 2 СО 2, СН 4 СО 2, Н 2 О СО 2, СН 4

Метод перерахунку радіаційних характеристик атмосфери в концентрації окремих складових Алгоритм «модифікованих вагових функцій для диференційної опричної абсорбційної спектроскопії» (Weighting Function Modified Differential Optical Absorption Spectroscopy - WFM-DOAS) Тут COcol 2 є отриманий абсолютний вміст CO 2 (в молекулах на см 2), Ocol 2 така ж величина для O 2, Omf 2 – очікувана (осереднена по глибині спостереження) молярна фракція кисню, приведена на сухе повітря, значення якої складає 0. 2095. Таким чином проводиться перерахунок інтенсивності випромінювання в межах смуги поглинання окремого газу в значення тропосферної концентрації цього газу

Супутникові вимірювання концентрацій Середньорічні глобальні розподіли: двоокису вуглецю (в одиницях щільності х 1021 молекул/см 2) та кисню (в одиницях щільності х1024 молекул/см 2) за даними приладу SCIAMACHY за 2003 рік

ХCO 2 (усереднений колонка молярної фракції у сухому повітрі (некалібровані дані)) за період 20 -28 квітня 2009 року сенсор TANSO – FTS супутник IBUKI

ХCН 4 (усереднений колонка молярної фракції у сухому повітрі (некалібровані дані)) за період 20 -28 квітня 2009 року сенсор TANSO – FTS супутник IBUKI

Супутникові вимірювання концентрацій Середньорічні глобальні розподіли метану (в одиницях щільності х1021 молекул/см 2) та кисню (в одиницях щільності х1024 молекул/см 2) за даними приладу SCIAMACHY за 2003 – 2005 роки

Аналіз похибок визначення концентрацій парникових газів Похибка визначення спектральних характеристик складових атмосфери та концентрації двоокису вуглецю при постійних значеннях альбедо за алгоритмом WFM – DOAS для приладу SCIAMACHY Альбедо Похибка визначення характеристик CO 2, % Похибка визначення характеристик O 2, % Похибка визначення концентрації CO 2, % 0. 003 0. 63 0. 89 – 0. 26 0. 03 – 0. 01 – 0. 02 0. 05 – 0. 02 – 0. 03 0. 08 – 0. 04 – 0. 01 – 0. 03 0. 10 – 0. 01 – 0. 02 0. 15 – 0. 13 – 0. 16 0. 03 0. 20 – 0. 13 – 0. 18 0. 05 0. 30 – 0. 01 – 0. 02 0. 40 0. 18 0. 31 – 0. 13

Аналіз похибок визначення концентрацій парникових газів Похибка визначення спектральних характеристик складових атмосфери та концентрації двоокису вуглецю для різних станів атмосфери за алгоритмом WFM – DOAS для приладу SCIAMACHY Стан атмосфери Похибка визначення характеристик CO 2, % Похибка визначення характеристик O 2, % Похибка визначення концентрації CO 2, % Субарктична літня 0. 04 -0. 38 0. 42 Субарктична зимня 0. 17 0. 67 -0. 50 Середньоширотна літня -0. 15 -0. 55 0. 40 Середньоширотна зимня 0. 47 0. 66 – 0. 19 Тропічна -0. 54 -0. 68 0. 14 Похибка визначення спектральних характеристик складових атмосфери та концентрації метану для різних станів атмосфери за алгоритмом WFM – DOAS для приладу SCIAMACHY Стан атмосфери Похибка визначення характеристик CН 4, % Похибка визначення характеристик O 2, % Похибка визначення концентрації CН 4, % Субарктична літня 1. 18 -0. 38 1. 57 Субарктична зимня 1. 30 0. 67 0. 63 Середньоширотна літня 0. 99 -0. 55 1. 55 Середньоширотна зимня 1. 25 0. 66 0. 59 Тропічна 0. 34 -0. 68 1. 03

Аналіз похибок визначення концентрацій парникових газів Похибка визначення спектральних характеристик складових атмосфери та концентрації двоокису вуглецю для різних типів поверхні для приладу SCIAMACHY Тип поверхні Похибка визначення характеристик CO 2, % Похибка визначення характеристик O 2, % Похибка визначення концентрації CO 2, % Пісок та пісковики 0. 13 0. 03 0. 10 Ґрунти 0. 41 0. 13 0. 28 Листяні ліси 0. 22 0. 17 0. 05 Хвойні ліси – 0. 01 0. 11 – 0. 12 Луки та пасовиська – 0. 11 -0. 04 – 0. 07 Океан 0. 06 0. 16 -0. 10 Сніговий покрив 0. 37 1. 83 -1. 43 Таким чином, можна підсумувати, що відповідно до представленого аналізу, максимальна похибка вимірів атмосферної концентрації двоокису вуглецю та метану засобами супутникового спостереження, зокрема сенсору SCIAMACHY, складає 1 – 2% (не більше 4 ppm для СО 2) при осередненні за місяць для території 7 х70 на поверхні, та знаходиться в межах 1, 5 – 2, 2 % (не більше 4, 25 ppm для СО 2) при осередненні за місяць для території 1 х10 на поверхні Землі. Середня похибка, таким чином, складає близько 2, 2 ppm для території 1 х10 для середніх широт при осередненні за місяць.

Вивчення вмісту та динаміки парникових газів Альбедо різних типів земної поверхні: 1 – пісок та пісковики, 2 – ґрунтовий покрив, 3 – листяні ліси, 4 – хвойні ліси, 5 – луки та пасовиська, 6 – сніговий покрив, 7 - океан

Результати спостережень Зміна вмісту СО 2 в атмосфері з 2003 по 2005 р. (в межах адміністративних областей)

Результати спостережень Зміна вмісту СН 4 в атмосфері з 2003 по 2005 р. (в межах адміністративних областей)