izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-4-44-49izmertech-1595Research ArticleОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯOPTICOPHYSICAL MEASUREMENTSКомпенсация систематической погрешности спектральных измерений фоновой концентрации метана в атмосфере ЗемлиCompensation for the systematic error of spectral measurements of the methane background in the Earth's atmospherehttps://orcid.org/0000-0002-9079-9236ГригорьевскийВ. И.GrigorievskyV. I.

Владимир Иванович Григорьевский

г. Фрязино, Московская обл.

Vladimir I. Grigorievsky

Fryazino, Moscow region

vig248@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2807-4274ТезадовЯ. А.TezadovYa. A.

Ярослав Арсейнович Тезадов

г. Фрязино, Московская обл.

Yaroslav A. Tezadov

Fryazino, Moscow region

yaralaser@yandex.ruФрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова Российской академии наукРоссияKotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences (Fryazino Branch)Russian Federation202308052023044449Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1595

Для отработки методики измерения фоновой концентрации метана методом пассивной локации с использованием солнечного излучения в качестве источника исследованы погрешности указанного метода. Фоновая концентрация метана измерена вдоль трёх разнесённых трасс на северо-востоке Московской области. Первая трасса проходила по урбанизированной местности с развитой инфраструктурой, промышленностью и большой плотностью населения, а вторая и третья трассы охватывали местности с меньшей плотностью населения и застройки, множеством лесных массивов и водоёмов. При обработке результатов измерений установлено, что наряду со случайными погрешностями необходимо учитывать систематическую погрешность, обусловленную влиянием внешних факторов на измерения концентрации фона метана при зондировании под малыми углами к горизонту, когда длина трассы заметно увеличивается. Показано, что к таким влияющим факторам можно отнести рассеяние света на аэрозолях и других примесных частицах в атмосфере. Введены компенсационные поправки, позволившие уменьшить систематическую погрешность практически до нуля. Предложена методика мониторинга, которая позволяет получить относительную погрешность в единицы процентов при измерениях фоновой концентрации метана в течение длительного времени. Результаты выполненных измерений согласуются с результатами глобальных измерений и подтверждают тенденцию роста фоновой концентрации метана в атмосфере Земли в последние годы.

The article considers the errors of the passive location method when measuring the background concentration of methane in the atmosphere using the Sun as a radiation source in the area of the northeast of the Moscow region. In the course of processing the measurement results, it was found that, along with random errors, it is necessary to take into account the systematic error due to the infl uence of extraneous factors on the measurements of the methane background concentration when sounding at small angles to the horizon, when the path length noticeably increases. A possible infl uence on the magnitude of the systematic error is the scattering of light by aerosols and other impurity particles present in the Earth's atmosphere. After the introduction of compensation corrections, the systematic error was reduced to values close to zero. The proposed method for monitoring the background of methane makes it possible to carry out measurements over long periods of time with a relative accuracy of a few percent. The results of the measurements are consistent with the results of global measurements and confi rm the trend of increasing the background concentration of methane in the Earth's atmosphere in recent years.

атмосферафоновая концентрацияметансистематическая погрешностьрассеяниеatmosphereconcentrationmethanesystematic errorscatteringРабота выполнена в рамках государственного задания № 075-01133-22-0 ФИРЭ им. В. А. Котельникова РАН.The work was carried out within the framework of the state assignment no. 075-01133-22-0.ReferencesSiddans R., Knappett D., Waterfall A. et al. Atmos. Meas. Tech., 2016, vol. 290, no. 11, pp. 1–46. https://doi.org/10.5194/amt-10-4135-2017Siddans R., Knappett D., Waterfall A. et al. Atmos. Meas. Tech., 2016, vol. 290, no. 11, pp. 1–46. https://doi.org/10.5194/amt-10-4135-2017Weidmann D., Hoffmann A., Macleod N., et al. Remote Sens., 2017, vol. 9, no. 1073, pp.1–20. http://doi.org/10.3390/rs9101073Weidmann D., Hoffmann A., Macleod N., et al. Remote Sens., 2017, vol. 9, no. 1073, pp.1–20. http://doi.org/10.3390/rs9101073Григорьевский В. И., Тезадов Я. А. Моделирование и экспериментальное исследование разрешающей способности лидара для определения концентрации метана в атмосфере Земли // Космические исследования. 2020. T. 58. № 5. C. 369–376. https://doi.org/10.31857/S00234206200500274Grigorievsky V. I., Tezadov Y. A. Cosmic Research, 2020, vol. 58, №. 5, pp. 330–337. http://doi.org/10.1134/S0010952520050020Арефьев В. Н., Акименко Р. М., Кашин Ф. В., Упэнэк Л. Б. Фоновая составляющая концентрации метана в приземном воздухе (станция мониторинга «Обнинск») // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2016. Т. 52. № 1. С. 42–50. https://doi.org/10.7868/S0002351515060036Aref 'ev V. N., Akimenko R. M., Kashin F. V., Upenek L. B. Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, 2016, vol. 52, no. 1, pp. 37–44. https://doi.org/10.1134/S0001433815060031Xiong X., Barnet C., Maddy E., Sweeney C., Liu X., Zhou L. and Goldberg M. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 2008, vol. 113, no. G3, pp. 148–227. https://doi.org/10.1029/2007JG000500Xiong X., Barnet C., Maddy E., Sweeney C., Liu X., Zhou L. and Goldberg M. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 2008, vol. 113, no. G3, pp. 148–227. https://doi.org/10.1029/2007JG000500Григорьевский В. И., Садовников В. П., Элбакидзе А. В. Дистанционный мониторинг метана в атмосфере Земли на основе лидара с мощным оптическим усилителем // Измерительная техника. 2022. № 3. C. 40–44. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-3-40-44Grigorievsky V. I., Sadovnikov V. P., Elbakidze A. V. Measurement Techniques, 2022, no. 3, pp. 192–196. https://doi.org/10.1007/s11018-022-02068-7Родионова Н. В. Корреляция наземных и спутниковых значений концентрации метана в приземном слое атмосферы в районе Тикси // Тезисы докладов Всероссийской открытой научной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн». Муром. 28–30 июня 2022. C. 349–356.Rodionova N. V. Proceedings of the International Conference “Sovremennyye problemy distantsionnogo zondirovaniya, radiolokatsii, rasprostraneniya i difraktsii voln”, Murom, Russia, June 28–30, 2022, pp. 349–356 (In Russ.) https://doi.org/10.24412/2304-0297-2022-1-349-356Бажин Н. М. Метан в окружающей среде. Новосибирск: РАН, 2010. 56 c.Bazhin N. M. Metan v okruzhayushchei srede, Novosibirsk, RAN, 2010, 56 p. (In Russ.)Chandra N., Venkataramani S., Lal S., et al. Atmospheric Environment, 2019, vol. 202, pp. 41–52. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2019.01.007Chandra N., Venkataramani S., Lal S., et al. Atmospheric Environment, 2019, vol. 202, pp. 41–52. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2019.01.007Svirejeva-Hopkins A., Schellnhuber H. J., Pomaz V. L. Ecological Modelling, 2004, vol. 173, no. 2/3. pp. 295–312. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2003.09.022Svirejeva-Hopkins A., Schellnhuber H. J., Pomaz V. L. Ecological Modelling, 2004, vol. 173, no. 2/3. pp. 295–312. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2003.09.022Yakovlev S., Sadovnikov S., Kharchenko O., Kravtsova N. Atmosphere, 2020, vol. 11, no. 1, 70. https://doi.org/10.3390/atmos11010070Yakovlev S., Sadovnikov S., Kharchenko O., Kravtsova N. Atmosphere, 2020, vol. 11, no. 1, 70. https://doi.org/10.3390/atmos11010070Григорьевский В. И., Тезадов Я. А. Рассеяние мощного лазерного излучения в атмосфере Земли и его влияние на работу активных и пассивных лидаров // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 2. С. 36–40. https ://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-02-36-40Grigor’evskiĭ V. I. Tezadov Y. A. J. Opt. Technol., 2019, vol. 86, no. 2, pp. 92–95. https://doi.org/10.1364/JOT.86.000092

The authors declare that there are no conflicts of interest present.