Преемственность многолетнего ряда наземных измерений стратосферного NO2 в Звенигороде при смене спектральной аппаратуры: первые результаты сопоставления приборов

На Звенигородской научной станции ИФА им. А.М. Обухова РАН с 1990 года ведутся сумеречные спектрометрические измерения содержания NO2 в стратосфере методом дифференциальной оптической абсорбционной спектроскопии (DOAS). Ряд таких измерений — один из наиболее продолжительных в Северной Евразии и используется для анализа долговременной изменчивости стратосферного NO2 и валидации спутниковых данных. В 2017 г. наряду с прибором на базе монохроматора МДР-23 введён в эксплуатацию прибор нового поколения на базе спектрографа Shamrock-303i. Для сохранения однородности ряда требуется количественное согласование данных обоих приборов.

Алгоритм восстановления вертикального распределения содержания NO2 в стратосфере строится на двух этапах: 1) обработка спектров и получение изменчивости содержания NO2 в наклонном столбе атмосферы в течение утренних или вечерних сумерек и 2) восстановление по полученной изменчивости вертикального распределения содержания NO2 в стратосфере. При согласованности измерений наклонных толщ обоими приборами второй этап независим от характеристик приборов. Поэтому целью текущего этапа работы является сопоставление данных измерений содержания NO2 в наклонном столбе атмосферы.

Представлены результаты сопоставления наклонных содержаний NO2 по синхронным измерениям двух приборов за период с октября 2017 г. по февраль 2019 г. Спектры обоих приборов обработаны единым методом с настройками, которые применялись к данным измерений МДР-23 с 1990 года: спектральное окно 435-450 нм, сечения поглощения NO2 и O3, один опорный спектр, аппроксимация молекулярного рассеяния и влияния эффекта неэластичного рассеяния. Рассмотрены дифференциальные наклонные содержания в диапазоне зенитных углов Солнца от 84° до 96° отдельно для утренних и вечерних сумерек.

Получено, что медиана смещения по данным утренних и вечерних измерений равна (+2.8±0.5) × 10¹⁵ и (+0.9±0.7) × 10¹⁵ молек/см², соответственно. Смещение считалось как DSCD(Shamrock) – DSCD(МДР). В смещении проявляется асимметрия утро-вечер: разность смещений утром − вечером за одну и ту же дату: +4…5 п.п., утро выше вечера в 77% дат. Изменение смещения с ростом зенитного угла Солнца составляет вечером от +0.4×10¹⁵ (84°) до +7.6×10¹⁵ (96°) и утром от +1.2×10¹⁵ до +10.2×10¹⁵ молек/см². Это может влиять на форму профиля, если растёт и относительное смещение.

Обсуждаются возможные причины расхождений: различие полей зрения приборов, их поляризационная чувствительность. Показано, что рассогласование спектрального разрешения, сдвиг времени и экспозиция нового прибора не объясняют асимметрию; паразитная засветка в спектрографе нового прибора объясняет её межсуточный разброс, но не среднее значение (≈4 п.п.). На данном этапе работы объединение данных двух приборов в единые однородные ряды утренних и вечерних данных требует раздельных поправок, учитывающих зависимость смещения от зенитного угла Солнца; устойчивость поправок во времени по имеющемуся 16-месячному перекрытию не установлена и определяет погрешность сшивки.

Работа выполнена за счет средств государственных заданий ИФА им. А.М. Обухова РАН, регистрационный номер темы 1022041800069-7-1.5.9 (РК 125020501413-6).