3. Сравнения различных методов и аппаратуры для измерений газового состава атмосферы

В лаборатории дистанционного зондирования кафедры физики атмосферы для измерений газового состава атмосферы используются различные аппаратура и методы (таблица на рис. 3.1). Поэтому одна из важнейших задач исследований – сравнения различных методов и аппаратуры для измерений газового состава атмосферы, определение информативности и погрешностей различных измерений и их взаимная калибровка.

3.1. Сравнения наземных измерений общего содержания водяного пара

Водяной пар является важнейшим естественным парниковым газом в атмосфере Земли. Его вклад в парниковый эффект может достигать 60% и более. Имеется много локальных и дистанционных методов измерений содержания водяного пара. Их многообразие связано с большой изменчивостью содержания водяного пара в атмосфере, высокими требованиями к точности и пространственному разрешению измерений, а также большим диапазоном температур и давления, при которых необходимо измерять его содержание. В настоящее время важно оценивать погрешности измерений различных методов определения водяного пара и осуществлять их взаимную калибровку. На рис. 3.2 изображен временной ход общего содержания (ОС) водяного пара в Петергофе, восстановленный по данным ИК-спектроскопических измерений.

В СПбГУ осуществляется широкая программа сравнений и взаимокалибровок следующих методов измерений ОС водяного пара:
1. Наземный ИК спектроскопический метод.
2. Наземный метод с помощью спектрофотометра CIMEL.
3. МКВ наземный метод (нисходящее тепловое излучение).
4. Радиорефракционный метод.
5. Радиозондовый метод.
6. МКВ спутниковый метод измерений.
Кроме того, для анализа привлекаются данные метеорологических измерений и прогнозов.

В качестве примеров на рис. 3.3 приведено сравнение результатов измерений ОС водяного пара ИК и МКВ методами, а на рис. 3.4 – результатов измерений ОС МКВ радиометром и прибором CIMEL.

В сравнениях измерений общих содержаний водяного пара с помощью различных методов и приборов принимали участие к.ф.-м.н. Поберовский, к.ф.-м.н. Виролайнен Я.А., к.ф.-м.н. Ионов Д.А., д.ф.-м.н. Поляков А.В., д.ф.-м.н. Косцов В.С., асп. Зайцев Н.А.

Основные публикации

1. Семенов А.О., Виролайнен Я.А. Тимофеев Ю.М., Поберовский А.В., 2014: Сравнение наземных ИК-спектроскопических измерений общего содержания водяного пара с данными радиозондовых измерений. Оптика атм. и океана, 27, 11, 976–980.
2. Березин И.А., Виролайнен Я.А., Тимофеев Ю.М., Поберовский А.В., 2016: Сравнения ИК и МКВ наземных методов измерений общего содержания водяного пара. Изв. РАН, ФАО, 52 (в печати).
3. Березин И.А., Тимофеев Ю.М., Виролайнен Я.А., Французова И.С., Волкова К.А., Поберовский А.В., Холбен Б.Н., Смирнов А., Слуцкер И., 2016: Анализ погрешностей измерения интегрального влагосодержания атмосферы фотометром СIMEL. Изв. РАН. ФАО, 52 (в печати).

3.2. Сравнения измерений общего содержания озона

Измерения общего содержания озона (ОСО) осуществляются с помощью наземных ИК и МКВ методов. Первый метод использует измерения спектров прямого солнечного ИК излучения с высоким спектральным разрешением, а второй – измерения яркостных температур МКВ нисходящего собственного излучения атмосферы. Кроме того, измерения ОСО в СПбГУ сравниваются с измерениями в Воейково (ГГО им. Воейкова) и различными спутниковыми измерениями. На рис. 3.5 приведены сравнения данных по ОСО, полученных с помощью фотометра М-124, ИК методом и спектрофотометром Добсона.

Исследования ОСО проводятся к.ф.-м.н. Виролайнен Я.А., к.ф.-м.н. Поберовским А.В., к.ф.-м.н. Ионовым в кооперации с к.ф.м.-н. Шаламянским А.М. (ГГО им. Воейкова).

Основные публикации

1. Виролайнен Я. А., Ю. М. Тимофеев, Д. В. Ионов, А. В. Поберовский, А. М. Шаламянский, 2011: Наземные измерения общего содержания озона ИК-методом. Изв. РАН, ФАО, 47, 4, 521–532. 
2. Виролайнен Я. А., Ю. М. Тимофеев, А. В. Поберовский, 2013: Сравнение спутниковых и наземных измерений общего содержания озона. Иссл. Земли из космоса, 4, 83–91.