1 Цель и задачи эксперимента
реклама
Директор ИКИ РАН _____________ Л.М. Зеленый «___»______ 2010 г. Научно-техническое обоснование космического эксперимента «Измерения спектров поглощения земной атмосферы в ближнем ИК диапазоне и восстановление концентраций парниковых газов» Шифр КЭ «Дриада» 1 Цель и задачи эксперимента Углекислота CO2 как основной парниковый газ играет важнейшую роль в тепловом балансе тропосферы и формирования климата Земли. Именно концентрация CO2 в атмосфере является основным фактором, определяющим результирующий парниковый эффект в тропосфере, в поддержании которого участвуют также другие газы, в первую очередь пары воды. Углекислота активно участвует во многих биогеохимических циклах и ее содержание определяется множеством как биогенных (напр. площади лесов), так и абиогенных факторов (обмен атмосферы и океана). В последнее время особое беспокойство вызывает необратимое поступление двуокиси углерода в атмосферу за счет сжигания органического топлива. Измерения демонстрируют увеличение содержания этого газа с 280 до 379 частей на миллион (ppm) с начала интенсивного промышленного развития в середине 20 века. Возможные климатические последствия этого процесса интенсивно изучаются ведущими научными центрами всего мира и служат предметом серьезных политических дискуссий. За последние 40 лет, наблюдения, ведущиеся с помощью наземной сети, показывают, что только около половины антропогенного CO2 остается в атмосфере. Другая половина поглощается океаном и континентальными экосистемами. Однако, имеющиеся на сегодняшний день измерения не обеспечивают ни необходимого охвата, ни разрешения, необходимого для отождествления стоков CO2. Для проверки численных моделей и составляемых на их основе прогнозов, для оценки роли различных процессов и резервуаров в балансе двуокиси углерода необходимы точные и локализованные измерения ее концентрации в атмосфере. Такие измерения, наряду с применяемыми методиками оценки, необходимы и для мониторинга эффективности международных ограничений на сжигание органического топлива (Киотский протокол). Другим важнейшим парниковым газом является метан CH4. Эффективность поглощения метаном теплового излучения земной поверхности в 60 раз выше, чем у CO 2. Выбросы CH4 в атмосферу, по оценкам достигающие в настоящее время 500 мегатонн в год, и наблюдающийся рост его содержания в атмосфере, могут вносить заметный вклад в глобальное потепление. В свою очередь, при повышении температуры выделение метана в атмосферу усиливается за счет таяния почв в районах вечной мерзлоты. Таким образом, роль метана (концентрация которого удвоилась по сравнению с доиндустриальным периодом) со временем возрастает. Общий бюджет метана в атмосфере полагается известным с точностью ~20 %, при этом ряд его составляющих имеют неопределенность, доходящую до 100 %. В особенности это касается источников техногенного характера, где оценки бюджета CH4 (и других примесей) в атмосфере проводятся на основе локальных измерений их концентрации или косвенных данных о мощности источников. Таким образом, глобальный мониторинг двух основных атмосферных парниковых газов, углекислоты и метана является важной фундаментальной задачей, решение которой необходимо для оценок устойчивости современного климата Земли. Целью настоящего КЭ является накопление данных измерений атмосферной углекислоты и метана в течение не менее трех лет, для дальнейшего исследования распределения и трендов концентраций парниковых газов в земной атмосфере. Меньший срок работы не позволит достоверно отследить с орбиты межгодовую изменчивость интегрального содержания парниковых газов. 2 Состояние исследований в настоящее время Необходимость измерений парниковых газов обсуждается уже с 1980-х годов. Основным методом измерений до недавнего времени являлся метод отбора проб с последующим анализом их в лаборатории. Этот метод обеспечивает высокую точность локальных измерений, но проводится лишь на ~100 станциях в мире (Арефьев и др., 2001 г., Trends online, 2004, GLOBALVIEWCO2, 2003). Например, в России такие измерения проводились до начала 90-х в главной геофизической обсерватории С.Петербурга (Brounshtein et al., 1994). Для устранения влияния поверхности забор образцов ведется на башнях высотой до 300 м (основное назначение башен - исследование локальных потоков CO2 и других газов) . Применение масс-спектрометров для измерений непосредственно на башнях упрощает методику, но не делает сеть существенно более густой. Наземные измерения содержания парниковых газов в оптическом диапазоне проводятся с применением Фурье-спектрометров на ограниченном числе наземных станций. Оптическая ось прибора наводится на Солнце, и, решая обратную задачу спектроскопии измеряется содержание молекул CO2 на оптическом пути (например., Dufour et al. 2004). Такие измерения представляют особый интерес, так как их можно непосредственно сравнить со спутниковыми данными. Необходимость в глобальных измерениях диктуется требованиями моделей, которые создаются для оценки источников и стоков CO2. Если оставаться в рамках наземной сети, необходимо покрытие не реже 8°х10°, при точности не хуже 2.5 ppm (Rayner and O'Brien, 2001). Для получения данных глобального характера и выявления источников и стоков парниковых газов необходимы точные и локализованные измерения со спутников (Hungershoefer et al., 2010). Для спутниковых методов рассматривались многие методы, в том числе спектрофотометрия, лидарные измерения, измерения с модуляцией давления. Однако этим методам присущ ряд недостатков. В частности, спектрофотометрия отраженного солнечного излучения в полосах поглощения CО2 с умеренным спектральным разрешением эффективна с точки зрения характеристик аппаратуры, но не позволяет получить необходимой точности. Аппаратура для лидарных измерений требует больших ресурсов КА (масса, потребление и т.д.). Для получения высокого спектрального разрешения применяются Фурье-спектрометры. Большую ценность представляют данные зондирования в тепловом ИК- диапазоне, так как много приборов этого типа используется на метеоспутниках для термического зондирования. Решение обратных задач с привлечением метеорологических моделей и одновременной ассимиляцией CO2 и температуры позволяет определить оба неизвестных (Engelen et al., 2001, 2004; Chedin et al., 2003). Такие измерения обеспечивают для атмосферного CO2 точность не лучше 5-30 ppm. В еще большей степени зависят от температуры измерения, использующие метод модуляции давления. Один из способов космических измерений, имеющий по теоретическим оценкам, наиболее высокую точность измерений, основан на спектроскопических измерениях с высоким спектральным разрешением, позволяющих различить отдельные ненасыщенные линии в слабых полосах CO2. Этот способ позволяет определить количество молекул углекислого газа, метана и водяного пара на луче зрения, решая обратную задачу с относительно небольшим количеством неизвестных параметров. Он применяется для измерения CO2 на наземных станциях, оборудованных Фурье-спектрометрами, но до недавнего времени не был реализован в космосе. Методика таких измерений рассмотрена Rayner et al. (2002). Вопросы точности измерения концентрации парниковых газов (прежде всего, СО2) в атмосфере из космоса с использованием ненасыщенных полос поглощения в ближнем ИК-диапазоне подробно рассмотрены в литературе (O’Brien and Rayner, 2002, Rayner et al., 2002, Aben et al.2007, Baker et al., 2010). Главный вывод состоит в том, что ключевым параметром при измерениях (помимо отношения сигнал/шум) является высокая разрешающая сила спектрометра, позволяющая разрешать изолированные ненасыщенные линии в полосах СО2. На принципе измерений с высоким спектральным разрешением в ближнем ИКдиапазоне в США разработана аппаратура для мониторинга содержания CO2 на спутнике ОСО (Orbiting Carbon Observatory), Crisp et al., 2004. Масса КА около 400 кг, измерения планировалось проводить тремя различными спектрометрами в диапазонах 0.76 мкм (О2 канал сравнения), 1.58 мкм (CO2 - 1 канал) и 2.05 мкм (CO2 - 2 канал). Спектральное разрешение - около 20000, пространственное - около 1.5 км, полоса захвата - 10 км. Однако в начале 2009 года попытка вывести на орбиту американский спутник OCO закончилась неудачей по техническим причинам. Также, принцип измерений спектров ближнего ИК диапазона с высоким спектральным разрешением используется в проекте GOSAT (UBUKI) (Greenhouse gases Observing SATellite), (Kuze A. et al., 2009), проводимом в Японии. Спутник массой около 1,5 тонн с Фурье-спектрометром на борту был запущен на околоземную орбиту в январе 2009 года. На нем установлен фурьеспектрометр теплового и ближнего ИК диапазона TANSO-FTS для измерения газового поглощения коротковолнового солнечного излучения, отраженного от Земли, а также теплового инфракрасного излучения. Прибор работает в трех узких полосах (0.76, 1.6, и 2.0 мкм) и в широкой полосе (5.5-14.3 мкм) с разрешением 0.2 см−1. На спутнике установлен вспомогательный изображающий спектрометр является УФ, видимого, и ближнего ИК диапазонов, и SWIR радиометр, для детектирования облаков и аэрозоля и для получения информации, необходимой для их коррекции. GOSAT находится на солнечно-синхронной орбите 666 км в 13:00 местного времени, с углом наклонения 98°. На сегодняшний день команда проекта пытается решить проблему учета тепловых флуктуаций, сильно влияющих на качество получаемых спектров. Подготовка проектов ОСО и GOSAT и первичный анализ данных GOSAT вызвали сильнейший всплеск публикаций посвященных теоретическим основам и деталям измерения парниковых газов в ближнем ИК-диапазоне (напр., Feng et al., 2009, Corbin et al., 2009, Hartmann et al., 2010, Baker et al., 2010, Saitoh and Imasu (2009); Yoshida et al. (2010). В России в конце июля 2009 года на борт Международной Космической Станции была доставлена уникальная аппаратура «РУСАЛКА» (РУчной Спектральный АнаЛизатор Компонентов Атмосферы) предназначенная для отработки методики определения концентраций парниковых газов (метан, углекислый газ, водяной пар) из космоса. Основным функциональным блоком является эшелле-спектрометр высокого разрешения с использованием акустооптического фильтра для разделения порядков дифракции (Кораблев и др, 2010). Прибор сочетает в себе высокое спектральное разрешение и малые значения габаритов и массы. Аппаратура была разработана Институтом Космических Исследований. Результаты первого годы работы подтверждают работоспособность подобного типа аппаратуры и высокое научное качество данных (отношение сигнал шум, разрешение отдельных линий поглощения газов). Прибор не уступает зарубежным аналогам по спектроскопическим характеристикам, и превосходит их по таким ключевым для космического приборостроения параметрам как габариты и масса. Эксперимент «Дриада» является прямым техническим и научным продолжением прибора «РУСАЛКА». В случае реализации, предлагаемый КЭ на момент вывода на орбиту будет единственным прибором для измерения парниковых газов из космоса. 3 Выбор и обоснование КА для проведения КЭ Эксперимент «РУСАЛКА», проводимый на РС МКС в 2009-2010 годах позволил отработать методику регистрации спектров высокого разрешения и восстановления концентраций парниковых газов. Этот эксперимент носит пилотный характер и не был предназначен для постоянного мониторинга, сеансы проводятся космонавтами в среднем раз в неделю через иллюминатор №9 в соответствии с занятостью и режимом дня и ночи. Кроме того небольшие размеры прибора, продиктованные удобством ручной работы, обусловили его небольшую светосилу, недостаточную для измерений в любых условиях (на различных типах подстилающей поверхности). Эксперимент «Дриада» предполагает установку научной аппаратуры на выносную платформу на внешней стороне МКС, в открытом космосе, и непрерывную работу на светлой половине трассы. Установка на платформу с наведением существенно расширит возможности измерений. Во-первых, помимо надирных измерений, планируется проведение наблюдений яркого блика, в этом случае значительно улучшается отношение сигнал-шум и упрощается алгоритм восстановления малых газовых составляющих. Во-вторых, запланированы так называемые наблюдения EPF (emission phase function), при которых точка наблюдения на поверхности остается постоянной по мере пролета КА. Данные таких наблюдений могут быть использованы для определения характеристик аэрозоля в атмосфере. Орбита МКС имеет наклонение 52°, поэтому высокие широты недоступны для наблюдения. Однако, наблюдаемых широт достаточно для наблюдения за основными регионами источников и стоков CO2. На рисунке 1 представлено моделирование источников и стоков CO2 для трех различных моделей на основе двух различных источников начальных данных. Рисунок 1 – Распределение источников и стоков CO2 для трех различных моделей на основе двух различных источников исходных данных (Houweling et al., 2010) 4 Краткое описание КЭ 4.1 Физическая характеристика объекта наблюдений В планируемом КЭ планируется осуществлять регистрации спектров солнечного излучения, отраженный земной поверхностью и таким образом дважды прошедшего через земную атмосферу. Наблюдение предполагается проводить на тех освещенных участках орбиты. Восстановление концентраций проводится путем сравнения экспериментальных спектров с расчетными. Реальная точность зависит от точности исходной информации о параметрах переходов, точности задания их функциональной зависимости от параметров состояния среды и собственно знаний о состоянии атмосферы. Моделирование спектров в атмосфере Земли базируется на решении уравнения переноса. Для приближения плоскопараллельной атмосферы уравнение переноса излучения имеет следующий вид: dI ( , , ) I ( , , ) J , , , d (1.1) где Iλ – монохроматическая интенсивность излучения в направлении, задаваемом телесным углом Ω, определяемым через зенитный угол θ, причем μ=cosθ и азимутальным углом φ, τλ – оптическая толщина слоя, Jλ – функция источников, в общем случае имеющая вид: J ( , , ) S ( , , ) Q ( , , ) , S ( , , ) 0 ( ) 2 1 0 1 P ( , , , ' , ' ) I ( , ' , ' )d ' d ' , 4 Q (1 0 ( )) B (T ( )) , (1.2) (1.3) (1.4) где Sλ(τλ, μ, φ) - часть функции источников, обусловленная рассеянием, ω0λ – альбедо однократного рассеяния, Pλ(τλ, ) – индикатриса рассеяния, представляющая вероятность того, что излучение рассеивается в направлении, образующем угол с направлением падающего излучения, внутри телесного угла dΩ. Причем, нормируется индикатриса условием Pd 4 . cos = μμ’ + (1 2 )(1 ' 2 ) cos (φ-φ’) (1.5) Bλ(T) – интенсивность равновесного теплового излучения при температуре T, задаваемая функцией Планка. тепловым излучением поверхности и атмосферы в интересующем нас диапазоне спектра можно пренебречь, поэтому второе слагаемое уравнения 1.2 не рассматривается и речь пойдет только о рассеивающей и поглощающей среде. Оптическая толщина определяется выражением: ( z ) ( z ' )dz ' , (1.6) z где z – высота над поверхностью, χλ – коэффициент экстинкции или коэффициент полного ослабления, который в общем случае равен: χλ(z) = σаλ (z) + σgλ (z) + κаλ (z) + κgλ (z), (1.7) где σаλ и σgλ - коэффициенты аэрозольного и молекулярного (рэлеевского) рассеяния, κаλ и κgλ – коэффициенты аэрозольного и газового поглощения. С помощью этих величин задается также альбедо однократного рассеяния, представляющее собой вероятность выживания фотона при элементарном акте рассеяния. В общем случае выражение для альбедо однократного рассеяния имеет вид: 0 a g (1.8) В качестве величины, характеризующей свойства аэрозольных частиц, имеет смысл говорить об альбедо однократного рассеяния аэрозольной среды: 0a a a a (1.9) Для расчета поглощения в спектральных линиях молекул газов применяется метод полинейного расчета (line-by-line). Т.е при наличии информации о параметрах тонкой структуры (интенсивности, положению, ширине линий и т.д.) расчет газового поглощения в конечных спектральных интервалах производится интегрированием по частоте монохроматических коэффициентов поглощения. К преимуществам прямого метода относится максимальная потенциальная точность, поскольку этот метод не требует введения каких-либо упрощений. Реальная точность зависит от точности исходной информации о параметрах тонкой структуры и точности задания их функциональной зависимости от параметров состояния среды. Кроме того, он дает возможность получить коэффициенты поглощения для однородной и неоднородной среды при различных геометрия наблюдения и любых смесях газов, а также произвольных аппаратных функциях приборов. Учитывая наличие в спектрах молекулярного поглощения большого числа отдельных линий поглощения, возникающих при переходе из одного энергетического состояния в другое, суммарный газовый коэффициент поглощения κg будет равен сумме поглощений, создаваемых отдельными линиями. g k ( ) ik ( ) , k k (1.10) i где индекс суммирования k соответствует разным газам, содержащимся в атмосфере, а индекс i – отдельным линиям каждого газа. Коэффициент молекулярного поглощения в отдельной спектральной линии принято записывать в виде: ij ( ) S ij f ij ( ij ) , где S ij S oij (1.11) 1 1 1 exp( c r o / T ) Q(T0 ) – сила спектральной линии exp c r Ei Q(T ) T T 1 exp( c / T ) 0 r o o при переходе из состояния i в состояние j, скорректированная для температуры среды T; T0 =296 K, cr = hc/k=1.439 K, константа, представляющая собой комбинацию фундаментальных постоянных (постоянной Планка – h, скорости света – c и постоянной Больцмана – k), Ei – энергия низшего состояния, Q(T) – продукт колебательных и вращательных сумм молекулярных энергетических состояний; fij – контур линии поглощения, описывающий частотное распределение коэффициента поглощения. В зависимости от механизма уширения спектральной линии ее профиль может быть или лоренцевским (естественное уширение, уширение за счет столкновения молекул) или доплеровским (уширение за счет эффекта Доплера). Кроме того, часто вводится форм-фактор профиля χ(ν-ν0) корректирующий коэффициент поглощения в крыльях линии при его отклонении от чисто лоренцевского контура, найденный, как правило, при лабораторных измерениях. В случае, когда и столкновения и доплеровский механизм вносят равнозначный вклад в уширении линий их надо учитывать одновременно. В результате получается смешанный контур линии поглощения – контур Фойгта: f ij ( 0 ) где y exp( t 2 )dt , 3 / 2 D y 2 ( x t ) 2 y (1.12) o L , αD – доплеровская ширина линии, αL – лоренцевская ,x D D ширина, ν0 – положение центра линии. Доплеровская ширина равна: D 0 2 RT c , (1.13) где μ – молярная масса газа, R – универсальная газовая постоянная. Лоренцевская ширина αL при температуре T и давлении p определяется выражением: n p T L ( p0 , T0 ) 0 , p0 T (1.14) где α(p0,T0) – лоренцевская ширина при нормальных условиях, p0 = 1 атм, T0=296 K, степень n в температурной зависимости своя для каждой линии. Интеграл фойгтовского контура не выражается через элементарные функции. Однако его расчет на современных вычислительных машинах сложности не представляет (Wells, 1999). Для расчета газового поглощения в первую очередь необходимы сведения о спектральных линиях молекул. Спектроскопическая база данных HITRAN2004 (http:\\www.hitran.com; Rothman L. S. и др., 2005), которая используются при моделировании спектров, в диапазоне измерений приборов «РУСАЛКА» и «Дриада», содержит параметры колебательно-вращательные переходов 38 молекул, необходимые для проведения прямого вычисления коэффициентов поглощения. Такими параметрами являются: индекс молекулы, индекс изотопа молекулы, центральная частота спектральной линии, интенсивность линии при T0=296 K, матричный элемент дипольного момента перехода, лоренцевская полуширина при уширении воздухом и самоуширении при нормальных условиях (p0=1 атм, T0=296 K), энергия нижнего состояния соответствующего перехода, показатель температурной зависимости полуширины линии при уширении воздухом, параметр сдвига центра линии при нормальных условиях, квантовые числа верхнего и нижнего состояния соответствующего перехода. База данных HITRAN постоянно пополняется. В настоящее время она содержит более миллиона линий в диапазоне от 0 до приблизительно 22000 см-1. Модель атмосферы (профиль температуры и давления) может быть взята из стандартной модели атмосферы США, 1976, которая охватывает 6 климатических регионов Земли (1976 U.S. Standard Atmosphere), включая изменяющиеся профили основных атмосферных газов. Модель атмосферы предполагается плоско параллельной и делится на 60 слоев. Вертикальное разрешение слоев от 0,7 км в нижней тропосфере до 5 км в средней стратосфере. Каждый слой рассматривается как однородный со средними значениями температуры и давления, причем эффекты рефракции учитываются. В расчетах также можно учитывать спектральные характеристики отражения от подстилающей поверхности. Кроме указанной модели может применятся любая другая. Солнечный спектр высокого разрешения предполагается известным. В настоящий момент используется спектр Китт Пик, W. Livingston and L. Wallace, 1991 и солнечный спектр полученный спектрометром НА «РУСАЛКА» во время специальных наблюдений. Представленная модель переноса излучения, на базе которой проводится предварительное восстановление концентраций, дополняется рядом усложнений, повышающих точность обработки. Это в первую очередь, континуум полос водяного пара и углекислого газа, интерференция спектральных линий, рассеяние света в атмосфере Земли и т.д. 4.2 Измеряемые в эксперименте физические величины В эксперименте предлагается измерять интенсивности излучения для пяти основных спектральных диапазонов: – в окрестности 6090 см-1 .................................. CH4; – в окрестности 6220 см-1 .................................. CO2; – в окрестности 7650 см-1 .................................. H2O; – в окрестности 7900 см-1 .................................. O2; – в окрестности 13080 см-1 ................................ O2. Спектрометр «Дриада» будет обладать высоким спектральным разрешением (порядка 25000), позволяющим различать отдельные ненасыщенные линии в слабых полосах CO2 и СН4. Полосы кислорода используются для корректировки относительного содержания парниковых газов, так как содержание кислорода в атмосфере полагается хорошо известным. 4.3 Описание аппаратуры Для регистрации спектров пропускания земной атмосферы в КЭ планируется использовать отработанную в ИКИ РАН концепцию малогабаритного спектрометра высокого разрешения ИК диапазона., базирующуюся на идее эшелле- спектрометра высокого разрешения с использованием акустооптического фильтра для разделения порядков дифракции (Korablev et al., 2002, 2004). Данная технология была успешно применена в КЭ «РУСАЛКА» на МКС. В эксперименте анализируется солнечное излучение, дважды прошедшее через атмосферу Земли, рассеянное или отраженное подстилающей поверхностью в направлении наблюдателя. Входная оптика формирует мгновенное поле зрения прибора, тогда как пространственное разрешение прибора, определяется комбинацией мгновенного поля зрения и путем проходимым лучом зрения по поверхности земли за время экспозиции. Далее излучение направляется на акустооптический фильтр. Фильтр пропускает лишь небольшой участок спектра, соответствующей длине волны выбранной полосы поглощения газа, углекислого газа, метана, кислорода или водяного пара. Прошедшее через фильтр излучение попадает в эшелле-спектрометр. Спектр регистрируется линейным многоэлементным детектором, сигналы которого преобразуются в цифровой вид. Прибор управляется центральным контроллером, формирующим массив измерительной и служебной информации. После экспозиции и записи спектра акустооптический фильтр перестраивается на следующий спектральный интервал, и т.д. до окончания измерения. За одно измерение прибор может таким образом просканировать до 28-ми спектральных интервалов, соответствующим порядкам дифракции эшелле-спектрометра. Данные записываются на сменные карты памяти, переписываются на компьютер, или заменяются новыми по мере их заполнения. Таким образом, прибор полностью независим от бортовых систем станции. По сравнению с КЭ «РУСАЛКА», в КЭ «Дриада» будут внесены существенные изменения и улучшения. В частности будет увеличена светосила оптической схемы (с F/6 до F/3), использована эшелле-решетка большего размера (с 50 до 360 см2), детектор более высокого класса. Все это позволит в несколько десятков раз уменьшить экспозицию записи спектров (с 5 с до ~100 мс для каждого спектрального интервала) и тем самым повысить пространственное разрешение и снизить влияние изменчивости облачности и альбедо подстилающей поверхности. Спектральный диапазон работы прибора 700-1700 нм, причем спектр окрестности полосы поглощения кислорода 760 нм будет записываться одним каналом (предварительная селекция порядков осуществляется интерференционным фильтром), а диапазон 1000-1700 нм каналом с перестраиваемым акустооптическим фильтром. Такое решение позволит дополнительно увеличить чувствительность прибора и оптимизировать оптическую схему с точки зрения аберраций. Создание аппаратуры для работы в открытом космосе опирается на опыт коллектива в разработке бортовых спектрометрических приборов, в том числе, на основе используемой в приборе «Дриада» схемы. Так, на основе этих проработок создан прибор для исследования атмосферы Венеры методом солнечных затмений в рамках проекта Venus Express (Европейское космическое агентство, 2005 г). Прибор SOIR (Nevejans et al., 2006, Bertaux et al., 2007) работает в диапазоне от 2,3 до 4,3 мкм, с разрешением ~20000. Это первый (и пока единственный) спектрометр с такой разрешающей силой в дальнем космосе. 4.4 Основные требования и схема проведения КЭ Как уже было сказано, измерения планируется проводить на солнечных частях орбиты. Большая часть наблюдений должна соответствовать направлению спектрометра в надир для единообразия обработки массивов данных. В зависимости от технических возможностей платформы наведения до 10% наблюдений должны приходиться на наблюдения блика. Схема проведения эксперимента следующая. Спектры поглощения в основных диапазонах записываются непрерывно, над всеми освещенными поверхностями. Помимо спектров будут регистрироваться изображения подспутниковой зоны для оценки облачности, качества блика, и других визуальных характеристик поверхности. Основные требования при проведении предлагаемого КЭ заключаются в следующем: – платформа, на которой будет закреплена НА, должна быть стабилизирована относительно надира; – необходимо обеспечить координатную привязку полученных измерений к соответствующим участкам земной поверхности. РС МКС Атмосфера Атмосфера Измерения по блику Надирные измерения Земля Рисунок 2 – Схема проведения КЭ 5 Ожидаемые результаты КЭ В результате проведения предлагаемого КЭ и обработки полученного экспериментального материала могут быть получены следующие результаты: – отработана технология создания компактных спектрометров высокого разрешения для работы в космосе; – для непрерывного покрытия освещенных участков орбит получены массивы калиброванных спектров пропускания атмосферы в ближнем ИК диапазоне для восстановления концентраций парниковых газов (данные 1 уровня); – получены массивы концентраций парниковых газов в континентальных районах для различных сезонов в от экватора до ±52° широты (данные 2 уровня); – в итоге будут изучены пространственные и сезонные вариации углекислого газа и метана в атмосфере в экваториальных и тропических широтах (данные 3 уровня). Список цитированной литературы Feng, L., P.I. Palmer, H. Bosch, and S. Dance Estimating surface CO2 fluxes from spaceborne CO2 dry air mole fraction observations using an ensemble Kalman Filter Atmos. Chem. Phys., 9, 2619–2633, 2009 Corbin, K.D., A.S. Denning, and N.C. Parazoo Assessing temporal clear-sky errors in assimilation of satellite CO2 retrievals using a global transport model Atmos. Chem. Phys., 9, 3043–3048, 2009 Hartmann J.-M., H. Tran, and G. C. Toon Influence of line mixing on the retrievals of atmospheric CO2 from spectra in the 1.6 and 2.1μm regions. Atmos. Chem. Phys., 9, 7303– 7312, 2009 Baker, D.F., H. Bosch, S.C. Doney, D. O’Brien, and D.S. Schimel Carbon source/sink information provided by column CO2 measurements from the Orbiting Carbon Observatory Atmos. Chem. Phys., 10, 4145–4165, 2010 Hungershoefer, K., F.-M. Breon, P. Peylin, F. Chevallier, P. Rayner, A. Klonecki, S. Houweling, and J. Marshall Evaluation of various observing systems for the global monitoring of CO2 surface fluxes Atmos. Chem. Phys., 10, 10503–10520, 2010 Кораблев, О., A. Трохимовский, И. Виноградов, А. Федорова, А. Иванов, Ю. Калинников, А. Титов, А. Калюжный, A. Родин, Е. Кострова, А. Венкстерн, В. Барке, Ю. Смирнов, М. Полуаршинов, О. Ростэ. Прибор «РУСАЛКА» для измерения содержания углекислого газа и метана в атмосфере с борта МКС. Представлено в Оптич. Ж., 2010. Houweling S., I. Aben, F.-M. Breon, F. Chevallier, N. Deutscher, R. Engelen, C. Gerbig, D. Griffith, K. Hungershoefer, R. Macatangay, J. Marshall, J. Notholt, W. Peters, and S. Serrar. The importance of transport model uncertainties for the estimation of CO2 sources and sinks using satellite measurements Atmos. Chem. Phys., 10, 9981–9992, 2010 Заместитель директора, научный руководитель КЭ _____________ О.И. Кораблев «___»______ 2010 г. Главный специалист _____________ А.Ю. Трохимовский «___»______ 2010 г.