Дистанционное зондирование: валидация измерений метана и коррекция данных спектрометра AIRS
Спутниковые наблюдения давно стали неотъемлемой частью исследований состава атмосферы, особенно в регионах, где отсутствуют регулярные наземные измерения. Однако при работе с данными с долголетающих аппаратов возникает важный вопрос: сохраняется ли точность данных в течение всего срока эксплуатации прибора?
Сотрудники Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН совместно с китайскими коллегами исследовали качество измерений метана спутниковым спектрометром AIRS, работающим на борту спутника Aqua с 2002 года. Метан (CH₄) является вторым по значимости антропогенным парниковым газом после CO₂. AIRS предоставляет один из наиболее продолжительных непрерывных спутниковых рядов наблюдений за его концентрацией, охватывающий более 80% поверхности Земли.
Исследование продолжает цикл работ авторского коллектива по оценке временных изменений качества данных AIRS версий 6 и 7. Спутниковые измерения сравнивались с высокоточными наблюдениями международной сети NDACC на 16 станциях — от Арктики до Антарктики — за период с 2003 по 2022 год. Авторы исследовали высотные и географические особенности систематических расхождений между спутниковыми и наземными данными и рассчитали корректирующие коэффициенты для различных уровней давления — от 925 до 1 мбар.
В ходе работы авторы показали: в разности между измерениями AIRS и NDACC выявлен однонаправленный отрицательный дрейф, величина которого существенно изменяется с высотой. Две области максимального дрейфа расположены в нижней атмосфере — на уровнях 925–850 мбар — и вблизи уровня 50 мбар. Наименьший дрейф наблюдается в диапазоне 400–200 мбар. Это особенно важно, поскольку в исследованиях часто используются данные AIRS на уровнях от 925 до 500 мбар. Без коррекции оценки многолетних трендов концентрации метана на отдельных уровнях могут быть занижены более чем в два раза по сравнению с наземными наблюдениями.
Для продуктов AIRS v6 и v7 были рассчитаны коэффициенты дрейфа на каждом исследованном уровне давления. Применение разработанной методики коррекции значительно повысило корреляцию спутниковых и наземных измерений и улучшило согласованность оценок многолетних трендов. Эффективность предложенного авторами подхода ранее была также подтверждена при сравнении с независимыми данными наземной сети TCCON.
Работа позволила уточнить и географические различия вертикальной чувствительности AIRS. В высоких широтах область максимальной чувствительности прибора расположена ближе к поверхности — примерно на уровнях 700–500 мбар, в средних широтах — 500–250 мбар, а в тропиках и субтропиках — 400–200 мбар. Эти различия связаны с особенностями инфракрасного зондирования, на которое влияют температура, содержание водяного пара и вертикальная структура атмосферы.
Выявленный дрейф нельзя однозначно интерпретировать как изменение характеристик самого прибора. Авторы определяют его как долговременное изменение расхождения между данными AIRS и наземными наблюдениями NDACC. Физические причины этого расхождения требуют дальнейшего изучения. Одним из возможных факторов может быть влияние водяного пара на восстановление концентрации метана по спектрам в инфракрасной области около 7,7 мкм.
Таким образом, статья обобщает результаты исследования эволюции качества всех основных продуктов AIRS v6 и v7 по метану — общего содержания, средней концентрации в атмосферном столбе и концентрации на отдельных высотных уровнях — и предлагает практическую методику коррекции многолетних спутниковых рядов.
Подробнее в статье: Fedorova E., Rakitin V., Skorokhod A. et al. Altitude and Geographic Sensitivity Characteristics of the AIRS Satellite Spectrometer and Drift Correction Using Methane (CH₄) Data // Remote Sensing. 2026. Vol. 18. Article 2875
