Vol. 33, issue 09, article # 10

Makarova M. V., Serdyukov V. I., Arshinov M. Yu., Belan B. D., Voronin B. A., Nikitin A. V., Shcherbakov A. P., Gridnev Yu. V. The first comprehensive experiment for determining parameters of the vertical distribution of methane in the troposphere over Western Siberia from solar spectra recorded with an IFS-125M FTIR spectrometer and in situ aircraft measurements. // Optika Atmosfery i Okeana. 2020. V. 33. No. 09. P. 728–734. DOI: 10.15372/AOO20200910 [in Russian].
Copy the reference to clipboard

The results of a comprehensive experiment carried out to derive the vertical distribution of methane in the troposphere over Western Siberia from solar spectra recorded with a IFS-125M Fourier transform spectrometer, in situ aircraft measurements, and satellite observations are describean, analyzed, and compared.


CH4, methane measurements, aircraft laboratory


  1. WMO Greenhouse Gas Bulletin No. 12. 24 October 2016. WMO, 2016. P. 1–8.
  2. Canadell J.G., Pataki D.E., Gifford R., Houghton R.A., Luo Y., Raupach M.R., Smith P., Steffen W. Saturation of the terrestrial carbon sink, in Terrestrial Ecosystems in a Changing World / J.G. Canadell, D.E. Pataki, L.F. Pitelka (eds). Springer: Berlin, 2007. P. 59–78. DOI: 10.1007/978-3-540-32730-1_6.
  3. Ed Dlugokencky and Pieter Tans. 2017: NOAA/ESRL URL: www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/ (last access: 13.03.2020).
  4. Brienen R.J.W., Phillips O.L., Feldpausch T.R., Gloor E., Baker T.R., Lloyd J., Lopez-Gonzalez G., Monteagudo-Mendoza A., Malhi Y., Lewis S.L., Martinez R.V., Alexiades M., Daґvila E.A., Alvarez-Loayza P., Andrade A., Aragao L.E.O.C., Araujo-Murakami A., Arets E.J.M.M., Arroyo L., Aymard G.A., Baґnki O.S., Baraloto C., Barroso J., Bonal D., Boot R.G.A., Camargo J.L.C., Castilho C.V., Chama V., Chao K.J., Chave J., Comiskey J.A., Valverde F.C., da Costa L., de Oliveira E.A., Di Fiore A., Erwin T.L., Fauset S., Forsthofer M., Galbraith D.R., Grahame E.S., Groot N., Heґrault B., Higuchi N., Honorio Coronado E.N., Keeling H., Killeen T.J., Laurance W.F., Laurance S., Licona J., Magnussen W.E., Marimon B.S., Marimon-Junior B.H., Mendoza C., Neill D.A., Nogueira E.M., Nuґnez P., Pallqui Camacho N.C., Parada A., Pardo-Molina G., Peacock J., Pen a-Claros M., Pickavance G.C., Pitman N.C.A., Poorter L., Prieto A., Quesada C.A., Ramıґrez F., Ramıґrez-Angulo H., Restrepo Z., Roopsind A., Rudas A., Salomao R.P., Schwarz M., Silva N., Silva-Espejo J.E., Silveira M., Stropp J., Talbot J., ter Steege H., Teran-Aguilar J., Terborgh J., Thomas-Caesar R., Toledo M., Torello-Raventos M., Umetsu R.K., van der Heijden G.M.F., van der Hout P., Guimaraes Vieira I.C., Vieira S.A., Vilanova E., Vos V.A., Zagt R.J. Long-term decline of the Amazon carbon sink // Nature. 2015. V. 519, N 7543. P. 344–348.
  5. Hayes D.J., McGuire A.D., Kicklighter D.W., Gurney K.R., Burnside T.J., Melillo J.M. Is the northern high-latitude land-based CO2 sink weakening? // Global Biogeochem. Cycle. 2011. V. 25, N. GB3018. P. 1–14. DOI: 10.1029/2010GB003813.
  6. Lind S., Ingvaldsen R.B., Furevik T. Arctic warming hotspot in the northern Barents Sea linked to declining sea-ice import // Nature Clim. Change. 2018. V. 8, N 7. P. 634–639. DOI: 10.1038/s41558-018-0205-y.
  7. Christensen T.R., Arora V.K., Gauss M., Höglund-Isaksson L., Parmentier F.-J.W. Tracing the climate signal: mitigation of anthropogenic methane emissions can outweigh a large Arctic natural emission increase // Nature Sci. Rep. 2019. V. 9, N 1146. P. 1–8. DOI: 10.1038/s41598-018-37719-9.
  8. Mascarelli A. A sleeping giant? // Nature Clim. Change. 2009. V. 1, N 904. P. 46–49. DOI: 10.1038/climate.2009.24.
  9. Glikson A. The methane time bomb // Energy Proc. V. 146. P. 23–29. DOI: 10.1016/j.egypro.2018.07.004.
  10. Sasakawa M., Machida T., Ishijima K., Arshinov M., Patra P.K., Ito A., Aoki S., Petrov V. Temporal characteristics of CH4 vertical profiles observed in the West Siberian Lowland over Surgut from 1993 to 2015 and Novosibirsk from 1997 to 2015 // J. Geophys. Res.: Atmos. 2017. V. 122, N 20. P. 11261–11273. DOI: 10.1002/2017JD026836.
  11. Dlugokencky E.J., Houweling S., Bruhwiler L., Masarie K.A., Lang P.M., Miller J.B., Tans P.P. Atmospheric methane levels off: Temporary pause or a new steady-state? // Geophys. Res. Lett. 2003. V. 30, iss. 19. 1992. P. ASC5-1–ASC5-4. DOI: 10.1029/2003GL018126.
  12. Rigby M., Prinn R.G., Fraser P.J., Simmonds P.G., Langenfelds R.L., Huang J., Cunnold D.M., Steele L.P., Krummel P.B., Weiss R.F., O'Doherty S., Salameh P.K., Wang H.J., Harth C.M., Muehle J., Porter L.W. Renewed growth of atmospheric methane // Geophys. Res. Lett. 2008. V. 35, iss. 22. DOI: 10.1029/2008GL036037.
  13. Kirschke S., Bousquet P., Ciais P., Saunois M., Canadell J.G., Dlugokencky E.J., Bergamaschi P., Bergmann D., Blake D.R., Bruhwiler L., Cameron-Smith P., Castaldi S., Chevallier F., Feng L., Fraser A., Heimann M., Hodson E.L., Houweling S., Josse B., Fraser P.J., Krummel P.B., Lamarque J.-F., Langenfelds R.L., Le Quéré C., Naik V., O'Doherty S., Palmer P.I., Pison I., Plummer D., Poulter B., Prinn R.G., Rigby M., Ringeval B., Santini M., Schmidt M., Shindell D.T., Simpson I.J., Spahni R., Steele L.P., Strode S.A., Sudo K., Szopa S., van der Werf G.R., Voulgarakis A., van Weele M., Weiss R.F., Williams J.E., Zeng G. Three decades of global methane sources and sinks // Nat. Geosci. 2013. V. 6, iss. 10. P. 813–823. DOI: 10.1038/ngeo1955.
  14. Patra P.K., Saeki T., Dlugokencky E.J., Ishijima K., Umezawa T., Ito A., Aoki S., Morimoto S., Kort E.A., Crotwell A. Regional methane emission estimation based on observed atmospheric concentrations (2002–2012) // J. Meteor. Soc. Japan. 2016. V. 94, N 1. P. 31–113. DOI: 10.2151/jmsj.2016-006.
  15. McNorton J., Chipperfield M.P., Gloor M., Wilson C., Feng W., Hayman G.D., Rigby M., Krummel P.B., O'Doherty S., Prinn R.G., Weiss R.F., Young D., Dlugokencky E., Montzka S.A. Role of OH variability in the stalling of the global atmospheric CH4 growth rate from 1999 to 2006 // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16, iss. 12. P. 7943–7956. DOI: 10.5194/acp-16-7943-2016.
  16. McNorton J., Gloor E., Wilson C., Hayman G.D., Gedney N., Comyn-Platt E., Marthews T., Parker R.J., Boesch H., Chipperfield M.P. Role of regional wetland emissions in atmospheric methane variability // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43, iss. 21. P. 1433–11444. DOI: 10.1002/2016GL070649.
  17. Saunois M., Bousquet P., Poulter B., Peregon A., Ciais P., Canadell J.G., Dlugokencky E.J., Etiope G., Bastviken D., Houweling S., Janssens-Maenhout G., Tubiello F.N., Castaldi S., Jackson R.B., Alexe M., Aro-ra V.K., Beerling D.J., Bergamaschi P., Blake D.R., Brailsford G., Brovkin V., Bruhwiler L., Crevoisier C., Crill P., Covey K., Curry C., Frankenberg C., Gedney N., Hoeglund-Isaksson L., Ishizawa M., Ito A., Joos F., Kim H.-S., Kleinen T., Krummel P., Lamarque J.-F., Langenfelds R., Locatelli R., Machida T., Maksyutov S., McDonald K.C., Marshall J., Melton J.R., Morino I., Naik V., O'Doherty S., Parmentier F.-J.W., Patra P.K., Peng C., Peng S., Peters G.P., Pison I., Prigent C., Prinn R., Ramonet M., Riley W.J., Saito M., Santini M., Schroeder R., Simpson I.J., Spahni R., Steele P., Takizawa A., Thornton B.F., Tian H., Tohjima Y., Viovy N., Voulgarakis A., van Weele M., van der Werf G.R., Weiss R., Wiedinmyer C., Wilton D.J., Wiltshire A., Worthy D., Wunch D., Xu X., Yoshida Y., Zhang B., Zhang Z., Zhu Q. The global methane budget 2000-2012 // Earth Syst. Sci. Data. 2016. V. 8, iss. 2. P. 697–751. DOI: 10.5194/essd-8-697-2016.
  18. Patra P.K., Houweling S., Krol M., Bousquet P., Belikov D., Bergmann D., Bian H., Cameron-Smith P., Chipperfield M.P., Corbin K., Fortems-Cheiney A., Fraser A., Gloor E., Hess P., Ito A., Kawa S.R., Law R.M., Loh Z., Maksyutov S., Meng L., Palmer P.I., Prinn R.G., Rigby M., Saito R., Wilson C. TransCom model simulations of CH4 and related species: Linking transport, surface flux and chemical loss with CH4 variability in the troposphere and lower stratosphere // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, iss. 24. P. 12813–12837. DOI: 10.5194/acp-11-12813-2011.
  19. Naik V., Voulgarakis A., Fiore A.M., Horowitz L.W., Lamarque J.-F., Lin M., Prather M.J., Young P.J., Bergmann D., Cameron-Smith P.J., Cionni I., Collins W.J., Dalsøren S.B., Doherty R., Eyring V., Faluvegi G., Folberth G.A., Josse B., Lee Y.H., MacKenzie I.A., Nagashima T., van Noije T.P.C., Plummer D.A., Righi M., Rumbold S.T., Skeie R., Shindell D.T., Stevenson D.S., Strode S., Sudo K., Szopa S., Zeng G. Preindustrial to present-day changes in tropospheric hydroxyl radical and methane lifetime from the Atmospheric Chemistry and Climate Model Intercomparison Project (ACCMIP) // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13, iss. 10. P. 5277–5298. DOI: 10.5194/acp-13-5277-2013.
  20. Hamill P., Iraci L.T., Yates E.L., Gore W., Bui T.P., Tanaka T., Loewenstein M. A New instrumented airborne platform for atmospheric research // Bull. Am. Meteor. Soc. V. 97, N 3. P. 397–404. DOI: 10.1175/BAMS-D-14-00241.1.
  21. NOAA's Comprehensive Large Array-data Stewardship System. URL: https://www.bou.class.noaa.gov/saa/ products (last access: 13.03.2020).
  22. August T., Klaes D., Schlüssel P., Hultberg T., Crapeau M., Arriaga A., O'Carroll A., Coppens D., Munro R., Calbet X. IASI on Metop-A: Operational Level 2 retrievals after five years in orbit // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2012. V. 113, iss. 11. P. 1340–1371.
  23. Vasil'chenko S.S., Serdyukov V.I., Sinitsa L.N. Spektral'naya sistema izmerenij gazovyh atmosfernyh komponentov s optovolokonnoj sledyashchej sistemoj i nekotorye rezul'taty analiza atmosfernyh spektrov // Optika atmosf. i okeana. 2012. V. 25, N 10. P. 920–925; Vasil’chenko S.S., Serdukov V.I., Sinitsa L.N. Spectral system for measuring gaseous atmospheric components with a fiber-optic tracking system, and certain analysis results of atmospheric spectra // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 3. P. 227–232.
  24. Sussmann R., Forster F., Rettinger M., Jones N. Strategy for high-accuracy-and-precision retrieval of atmospheric methane from the mid-infrared FTIR network // Atmos. Meas. Tech. 2011. V. 4, iss. 9. P. 1943–1964. DOI: 10.5194/amt-4-1943-2011.
  25. Archived Meteorology URL: https://ready.arl.noaa.gov/ READYamet.php (last access: 13.03.2020).
  26. Matvienko G.G., Belan B.D., Panchenko M.V., Sakerin S.M., Kabanov D.M., Turchinovich S.A., Turchinovich Yu.S., Eremina T.A., Kozlov V.S., Terpugova S.A., Pol’kin V.V., Yausheva E.P., Chernov D.G., Odintsov S.L., Burlakov V.D., Arshinov M.Yu., Ivlev G.A., Savkin D.E., Fofonov A.V., Gladkikh V.A., Kamardin A.P., Belan D.B., Grishaev M.V., Belov V.V., Afonin S.V., Balin Yu.S., Kokhanenko G.P., Penner I.E., Samoilova S.V., Antokhin P.N., Arshinova V.G., Davydov D.K., Kozlov A.V., Pestunov D.A., Rasskazchikova T.M., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Belan S.B., Shmargunov V.P., Voronin B.A., Serdyukov V.I., Polovtseva E.R., Vasil’chenko S.S., Tikhomirova O.V., Ponomarev Yu.N., Romanovskii O.A., Sinitsa L.N., Marichev V.N., Makarova M.V., Safatov A.S., Kozlov A.S., Malyshkin S.B., Maksimova T.A. Instrumentation complex for comprehensive study of atmospheric parameters // Int. J. Remote Sens. 2014. V. 35, N 15. P. 5651–5676.
  27. Rothman L.S., Gordon I.E., Babikov Y., Barbe A., Benner D.С., Bernath P.F., Birk M., Bizzocchi L., Boudon V., Brown L.R., Campargue A., Chance K., Coudert L., Devi V.M., Drouin B.J., Fayt A., Flaud J.-M., Gamache R.R., Harrison J., Hartmann J.-M., Hill C., Hodges J.T., Jacquemart D., Jolly A., Lamouroux J., LeRoy R.J., Li G., Longo D., Mackie C.J., Massie S.T., Mikhailenko S., Muller H.S.P., Naumenko O.V., Nikitin A.V., Orphal J., Perevalov V., Perrin A., Polovtseva E.R., Richard C., Smith M.A.H., Starikova E., Sung K., Tashkun S., Tennyson J., Toon G.C., Tyuterev Vl.G., Vander Auwera J., Wagner G. The HITRAN2012 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. November 2013. V. 130. P. 4–50.
  28. Jacquinet-Husson N., Armante R., Scott N.A., Chédin A., Crépeau L., Boutammine C., Bouhdaoui A., Crevoisier C., Capelle V., Boonne C., Poulet-Crovisier N., Barbe A., Chris Benner D., Boudon V., Brown L.R., Buldyreva J., Campargue A., Coudert L.H., Devi V.M., Down M.J., Drouin B.J., Fayt A., Fittschen C., Flaud J.-M., Gamache R.R., Harrison J.J., Hill C., Hodnebrog O., Hu S.-M., Jacquemart D., Jolly A., Jiménez E., Lavrentieva N.N., Liu A.-W., Lodi L., Lyulin O.M., Massie S.T., Mikhailenko S., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Nikitin A., Nielsen C.J., Orphal J., Perevalov V.I., Perrin A., Polovtseva E., Predoi-Cross A., Rotger M., Ruth A.A., Yu S.S., Sung K., Tashkun S.A., Tennyson J., Tyuterev Vl.G., Vander Auwera J., Voronin B.A., Makie A. 2015 edition of the GEISA spectroscopic database // J. Mol. Spectrosc. 2016. V. 327. P. 31–7287.