Том 30, номер 02, статья № 10

Аннотация:

Знание погрешностей измерительных методов является одним из важнейших условий оценки качества экспериментальных данных. Мы провели сопоставления различных методов и приборов для измерения общего содержания озона (ОСО) в окрестностях Санкт-Петербурга в период 2009–2015 гг. Сравнивались ансамбли измерений ОСО приборами Добсона и М-124 в пос. Воейково, Фурье-спектрометром (ФС) Bruker 125HR в Петергофе, а также спутниковыми приборами OMI и IASI. Для оценки погрешностей каждого из этих приборов были сформированы три ансамбля измерений ОСО, содержащие разное число сопоставлений и основанные на различных критериях отбора. На первом этапе исследования мы определили средние и стандартные отклонения между ансамблями измерений ОСО. Затем, в предположении горизонтально однородного и стационарного поля озона, оценили случайные и систематические погрешности отдельных методов. Средняя по всем трем ансамблям случайная погрешность измерения ОСО прибором IASI составила (2,9 ± 0,5)%, М-124 – (2,8 ± 0,7)%, OMI – (1,2 ± 0,2)%, ФС Bruker – (1,4 ± 0,1)%. Систематическая погрешность относительно «эталонных» измерений ОСО спектрофотометром Добсона для приборов OMI и IASI равна –1,7 и –2,1% соответственно; для приборов М-124 и ФС Bruker – +0,5 и +2,1% соответственно. Наибольшей стабильностью отличаются измерения ОСО приборами OMI и ФС Bruker; погрешности измерений ОСО приборами IASI и М-124 в значительной степени зависят от состояния атмосферы.

Ключевые слова:

атмосферный озон, погрешности, валидация, IASI, OMI, М-124, Bruker, Добсон

Список литературы:

1. Assessment for Decision-Makers: Scientific Assessment of Ozone Depletion. Global Ozone Research and Monitoring Project. Report N 56. Geneva: WMO, 2014. 88 pp.
2. Тимофеев Ю.М. Спутниковые методы исследования газового состава атмосферы (обзор) // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 1989. Т. 26, № 5. С. 451–472.
3. Hassler B., Petropavlovskikh I., Staehelin J., August T., Bhartia P.K., Clerbaux C., Degenstein D., Mazière M.D., Dinelli B.M., Dudhia A., Dufour G., Frith S.M., Froi-devaux L., Godin-Beekmann S., Granville J., Harris N.R.P., Hoppel K., Hubert D., Kasai Y., Kurylo M.J., Kyrölä E., Lambert J.-C., Levelt P.F., McElroy C.T., McPeters R.D., Munro R., Nakajima H., Parrish A., Raspollini P., Remsberg E.E., Rosenlof K.H., Rozanov A., Sano T., Sasano Y., Shiotani M., Smit H.G.J., Stiller G., Tam-minen J., Tarasick D.W., Urban J., van der A R.J., Veefkind J.P., Vigouroux C., von Clarmann T., von Savigny C., Walker K.A., Weber M., Wild J., Zawodny J.M. Past changes in the vertical distribution of ozone – Part 1: Measurement techniques, uncertainties and availability // Atmos. Meas. Tech. 2014. V. 7, N 5. P. 1395–1427.
4. Balis D., Kroon M., Koukouli M.E., Brinksma E.J, Labow G., Veefkind J.P., McPeters R.D. Validation of Ozone Monitoring Instrument total ozone column measurements using Brewer and Dobson spectrophotometer ground-based observations // J. Geophys. Res. 2007. V. 112, N D24S46. DOI:10.1029/2007JD008796.
5. Timofeyev Y., Virolainen Y., Makarova M., Poberovsky A., Polyakov A., Ionov D., Osipov S., Imhasin H. Ground-based spectroscopic measurements of atmospheric gas composition near Saint Petersburg (Russia) // J. Mol. Spectr. 2016. V. 323. May 2016. P. 2–14.
6. Virolainen Ya.A., Timofeev Yu.M., Poberovskii A.V. Intercomparison of satellite and ground-based ozone total column measurements // Izv., Atmos. Ocean. Phys. 2013. V. 49, N 9. P. 993–1001.
7. Virolainen Y.A., Timofeyev Y.M., Polyakov A.V., Ionov D.V., Poberovsky A.V. Intercomparison of satellite and ground-based measurements of ozone, NO₂, HF, and HCl near Saint Petersburg, Russia // Int. J. Remote Sens. V. 35, N 15. P. 5677–5697.
8. McPeters R.D., Kroon M., Labow G., Brinksma E.J., Balis D., Petropavlovskikh I., Veefkind J.P., Bhartia P.K., Levelt P.F. Validation of the Aura Ozone Monitoring Instrument Total Column Ozone Product // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. N D15S14. DOI: 10.1029/2007JD008802.
9. Ialongo I., Casale G.R., Siani A.M. Comparison of total ozone and erythemal UV data from OMI with ground-based measurements at Rome station // Atmos. Chem. Phys. 2008. V. 8, N 12. P. 3283–3289.
10. Ning Т., Wang J., Elgered G., Dick G., Wickert J., Bradke M., Sommer M., Querel R., Smale D. The uncertainty of the atmospheric integrated water vapour estimated from GNSS observations // Atmos. Meas. Tech. 2016. V. 9, N 1. P. 79–92.
11. Ионов Д.В., Калинников В.В., Тимофеев Ю.М., Зайцев Н.А., Виролайнен Я.А., Косцов В.С., Поберовский А.В. Сравнения радиофизических и оптического ИК наземных методов измерений интегрального содержания водяного пара // Изв. вузов. Радиофиз. 2016 (В печати).
12. Hase F., Hannigan J.W., Coffey M.T., Goldman A., Höpfner M., Jones N.B., Rinsland C.P., Wood S.W. Intercomparison of retrieval codes used for the analysis of high-resolution ground-based FTIR measurements // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2004. V. 87, N 1. P. 25–52.
13. Komhyr W.D., Evans R.D. Operations handbook – ozone observations with a Dobson spectrophotometer. Geneva: WMO, 1980 (revised 2008). http://www.wmo.int/pages/prog/arep/ gaw/documents /GAW183- Dobson-WEB.pdf).
14. Шаламянский А.М. Озонометрическая сеть СНГ // Метеорол. и гидрол. 1993. № 9. С. 100–104
15. Levelt P.F., Van Den Oord G.H.J., Dobber M.R., Malkki A., Visser H., De Vries J., Stammes P., Lundell J.O.V., Saari H. The Ozone Monitoring Instrument // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2006. V. 44. P. 1093–1101.
16. Bhartia P.K., Wellemeyer C.W. OMI TOMS‒V8 Total O3 Algorithm, Algorithm Theoretical Baseline Document: OMI Ozone Products. V. 2. ATBD‒OMI‒02, version 2.0. 2002. URL: http://eospso.gsfc.nasa.gov/ eos_homepage/for_scientists/atbd/docs/OMI/ATBD- OMI-02.pdf
17. Clerbaux C., Boynard A., Clarisse L., George M., Hadji- Lazaro J., Herbin H., Hurtmans D., Pommier M., Ra-zavi A., Turquety S., Wespes C., Coheur P.-F. Monitoring of atmospheric composition using the thermal infrared IASI/MetOp sounder // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9, N 16. P. 6041–6054.
18. Dufour G., Eremenko M., Griesfeller A., Barret B., LeFlochmoën E., Clerbaux C., Hadji-Lazaro J., Coheur P.-F., Hurtmans D. Validation of three different scientific ozone products retrieved from IASI spectra using ozonesondes // Atmos. Meas. Tech. 2012. V. 5, N 3. P. 611–630.
19. Виролайнен Я.А., Тимофеев Ю.М., Поберовский А.В., Еременко М., Дюфор Г. Определение содержания озона в различных слоях атмосферы с помощью наземной Фурье-спектрометрии // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2015. Т. 51, № 2. С. 191–200.
20. Anton M., Lopez M., Vilaplana J.M., Kroon M., McPe-ters R., Baсуn M., Serrano A. Validation of OMI-TOMS and OMI-DOAS total ozone column using five Brewer spectroradiometers at the Iberian peninsula // J. Geophys. Res. 2009. V. 114, N D14307. DOI: 10.1029/ 2009JD012003.
21. Viatte C., Schneider M., Redondas A., Hase F., Eremenko M., Chelin P., Flaud J.-M., Blumenstock T., Orphal J. Comparison of ground-based FTIR and Brewer O₃ total column with data from two different IASI algorithms and from OMI and GOME-2 satellite instruments // Atmos. Meas. Tech. 2011. V. 4, N 3. P. 535–546.
22. Кондратьев К.Я., Тимофеев Ю.М. Метеорологическое зондирование атмосферы из космоса. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 280 с.