(48-3) 16 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Технология оценок эмиссии диоксида азота и углекислого газа крупными промышленными центрами Западной Сибири
А.А. Лагутин 1, Н.В. Волков 1, Е.Ю. Мордвин 1, В.В. Синицин 1

1 ФГБОУ ВО «Алтайский государственный университет»,
656049, Россия, г. Барнаул, пр. Ленина, д. 61

  PDF, 1741 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1420

Страницы: 445-453.

Аннотация:
В работе представлены результаты разработки и апробирования на реальных данных технологии оценки эмиссии диоксида азота и углекислого газа источниками на территории Западной Сибири. Определение содержания NO2 в тропосфере региона проведено с использованием данных спектрорадиометра TROPOMI спутника Sentinel-5 Precursor. Методика вычислительных экспериментов по получению количественных оценок эмиссии CO2 крупными промышленными объектами региона заключается в совместном анализе данных TROPOMI / Sentinel-5P по содержанию NO2 и данных орбитальной карбоновой обсерватории OCO-2 по содержанию CO2. Основной процедурой анализа данных является аппроксимация распределений содержания газов вдоль траектории движения спутника OCO-2 вектор-функцией распределения Гаусса. Параметры аппроксимации (полуширина и амплитуда), а также данные о направлении и скорости ветра (получены из реанализа ERA5) используются для количественных оценок эмиссии CO2. Технология, разработанная авторами для получения количественных оценок антропогенной эмиссии CO2 для промышленных центров Западной Сибири без использования данных OCO-2, основана на эмпирически установленной связи параметров аппроксимации распределений газов.
     Результатами работы являются количественные оценки содержания диоксида азота в атмосфере и нижней тропосфере Западной Сибири, годовой ход и межгодовая изменчивость NO2 в тропосфере, полученные с использованием данных спектрорадиометра TROPOMI / Sentinel-5P, а также технология получения количественных оценок эмиссии CO2 крупными промышленными центрами региона.

Ключевые слова:
Западная Сибирь, парниковые газы, диоксид азота, углекислый газ, спектрорадиометр TROPOMI / Sentinel-5P, орбитальная карбоновая обсерватория OCO-2.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (государственное задание на проведение научных исследований, выполняемых в АлтГУ, проект FZMW-2023-0007).

Цитирование:
Лагутин, А.А. Технология оценок эмиссии диоксида азота и углекислого газа крупными промышленными центрами Западной Сибири / А.А. Лагутин, Н.В. Волков, Е.Ю. Мордвин, В.В. Синицин // Компьютерная оптика. – 2024. – Т. 48, № 3. – С. 445-453. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1420.

Citation:
Lagutin AA, Volkov NV, Mordvin EY, Sinitsin VV. Technology of estimating nitrogen dioxide and carbon dioxide emissions by large industrial centers of Western Siberia. Computer Optics 2024; 48(3): 445-453. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1420.

References:
  1. WMO greenhouse gas bulletin 2022; 18. Source: <https://library.wmo.int/idurl/4/58743>.
  2. Friedlingstein P, O’Sullivan M, Jones MW, et al. Global carbon budget 2022. Earth Syst Sci Data 2022; 14: 4811-4900. DOI: 10.5194/essd-14-4811-2022
  3. Feng L, Palmer PI, Bösch H, Parker RJ, Webb AJ, Correia CSC, Deutscher NM, Domingues LG, Feist DG, Gatti LV, Gloor E, Hase F, Kivi R, Liu Y, Miller JB, Morino I, Sussmann R, Strong K, Uchino O, Wang J, Zahn A. Consistent regional fluxes of CH4 and CO2 inferred from GOSAT proxy XCH4: XCO2 retrievals, 2010-2014. Atmospheric Chem Phys 2017; 17(7): 4781-4797. DOI: 10.5194/acp-17-4781-2017.
  4. Reuter M, Buchwitz M, Schneising O, Krautwurst S, O’Dell CW, Richter A, Bovensmann H, Burrows JP. Towards monitoring localized CO2 emissions from space: colocated regional CO2 and NO2 enhancements observed by the OCO-2 and S5P satellites. Atmospheric Chem Phys 2019; 19(14): 9371-9383. DOI: 10.5194/acp-19-9371-2019.
  5. Frankenberg C, Pollock R, Lee RAM, Rosenberg R, Blavier J-F, Crisp D, O’Dell CW, Osterman GB, Roehl C, Wennberg PO, Wunch D. The Orbiting Carbon Observatory (OCO-2): spectrometer performance evaluation using pre-launch direct sun measurements. Atmos Meas Tech 2015; 8(1): 301-313. DOI: 10.5194/amt-8-301-2015.
  6. Eldering A, Taylor TE, O’Dell CW, Pavlick R. The OCO-3 mission: measurement objectives and expected performance based on 1 year of simulated data. Atmos Meas Tech 2019; 12(4): 2341-2370. DOI: 10.5194/amt-12-2341-2019.
  7. Pseftogkas A, Koukouli M-E, Segers A, Manders A, van Geffen J, Balis D, Meleti C, Stavrakou T, Eskes H. Comparison of S5P/TROPOMI Inferred NO2 surface concentrations with in situ measurements over Central Europe. Remote Sens 2022; 14(19): 4886. DOI: 10.3390/rs14194886.
  8. Burrows J, Hölzle E, Goede A, Visser H, Fricke W. SCIAMACHY – Scanning imaging absorption spectrometer for atmospheric chartography. Acta Astronaut 1995; 35(7): 445-451. DOI: 10.1016/0094-5765(94)00278-T.
  9. Bovensmann H, Burrows JP, Buchwitz M, Frerick J, Noël S, Rozanov VV, Chance KV, Goede APH. SCIAMACHY: Mission objectives and measurement modes. J Atmos Sci 1999; 56(2): 127-150. DOI: 10.1175/1520-0469(1999)056<0127:SMOAMM>2.0.CO;2.
  10. Veefkind JP, Aben I, Mullan KM, Förster H, de Vries J, Otter G, Claas J, Eskes HJ, de Haan JF, Kleipool Q, van Weele M, Hasekamp O, Hoogeveen R, Landgraf J, Snel R, Tol P, Ingmann P, Voors R, Kruizinga B, Vink R, Visser H, Levelt PF. TROPOMI on the ESA Sentinel-5 Precursor: A GMES mission for global observations of the atmospheric composition for climate, air quality and ozone layer applications. Remote Sens Environ 2012; 120: 70-83. DOI: 10.1016/j.rse.2011.09.027.
  11. Butz A, Galli A, Hasekamp O, Landgraf J, Tol P, Aben I. TROPOMI aboard Sentinel-5 CH4 retrievals for aerosol and Precursor: Prospective performance of cirrus loaded atmospheres. Remote Sens Environ 2012; 120: 267-276. DOI: 10.1016/j.rse.2011.05.030.
  12. Wunch D, Toon GC, Blavier J-FL, Washenfelder RA, Notholt J, Connor BJ, Griffith DWT, Sherlock V, Wennberg PO. The total carbon column observing network. Philos Trans Royal Soc A 2011; 369(1943): 2087-2112. DOI: 10.1098/rsta.2010.0240.
  13. Lagutin AA, Mordvin EYu, Volkov NV, Tuchina NV. Estimation of natural gas flaring volume at the Western Siberia flares using satellite night-time data in the visible and near-infrared range. CEUR Workshop Proc 2020; 2534: 22-26.
  14. Strahler A, Muchoney D, Borak J, Friedl M, Gopal S, Lambin E, Moody A. MODIS land cover product algorithm theoretical basis document (ATBD) version 5.0. 1999. Source: <https://lpdaac.usgs.gov/products/mcd12q1v006/>.
  15. Hersbach H, Bell B, Berrisford P, Hirahara S, Horányi A, Muñoz-Sabater J, Nicolas J, Peubey C, Radu R, Schepers D, Simmons A, Soci C, Abdalla S, Abellan X, Balsamo G, Bechtold P, Biavati G, Bidlot J, Bonavita M, De Chiara G et al. The ERA5 global reanalysis. Q J R Meteorol Soc 2020; 146: 1999-2049. DOI: 10.1002/qj.3803.
  16. Liu Z, Ciais P, Deng Z, et al. Near-real-time monitoring of global CO2 emissions reveals the effects of the COVID-19 pandemic. Nat Commun 2020; 11: 5172. DOI: 10.1038/s41467-020-18922-7.
  17. Levenberg K. A method for the solution of certain non-linear problems in least squares. Q Appl Math 1944; 2: 164-168. DOI: 10.1090/qam/10666.
  18. Marquardt DW. An algorithm for least-squares estimation of nonlinear parameters. SIAM J Appl Math 1963; 11: 431-441. DOI: 10.1137/0111030.
  19. Hakkarainen J, Ialongo I, Maksyutov S, Crisp D. Analysis of four years of global XCO2 anomalies as seen by Orbiting Carbon Observatory-2. Remote Sens 2019; 11: 850. DOI: 10.3390/rs11070850.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20