Vol. 27, issue 08, article # 10

Abstract:

The paper presents results of the water vapor total column measurements in the frame of combined experiment on May 22–23 at V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics (IAO SB RAS). The comparison is carried out for H₂O total columns derived from simultaneously performed ground-based Fourier-spectrometer (FTIR) and sun photometer measurements, satellite and aircraft measurements, and also lidar and radiosondes measurements. Lidar and radiosondes experiments were carried out at night and the others in the afternoon.
FTIR measurements of the highly-resolved solar absorption spectra were made by the Fourier spectrometer IFS-125M (Bruker) in the range 400–1250 nm. The SFIT2 v3.92 software is used to retrieve water vapor total column from the fit to experimental spectra. Vertical profiles of atmospheric pressure and temperature required for retrieval of H₂O total columns were taken from the site of upper air soundings Kolpashevo (WMO N 29231) and Tomsk. Apriory gas profiles were created using WACCM (Whole Atmosphere Community Climate Model).
The measurements of the water vapor total column and the aerosol optical thickness in the atmosphere were carried out at IAO SB RAS by automated sun photometers (SP series). A comparison with the experimental results reveals that the difference between FTIR and sun photometer H₂O total column measurements is about 0.8%. The water vapor total column in a layer of 0.4–7 km, obtained by ground based FTIR technique (1.30 g/cm²) up to 2% is consistent with results of aircraft measurements (1.32 g/cm²) for the same atmospheric layer. A good agreement was found between the lidar and radiosondes measurements and a correlation between the mixing ratio of water vapor and aerosol over layers are revealed.

Keywords:

lidar, complex experiment, Fourier spectrometer, vertical distribution of water vapor

References:

1. Schneider M., Barthlott S., Hase F., González Y., Yoshimura K., Garcia O.E., Sep’ulveda E., Gomez-Pelaez A., Gisi M., Kohlhepp R., Dohe S., Blumenstock T., Strong K., Weaver D., Palm M., Deutscher N.M., Warneke T., Notholt J., Lejeune B., Demoulin P., Jones N., Griffith D., W.T., Smale D., Robinson J. Ground-based remote sensing of tropospheric water vapour isotopologues // Atmos. Measur. Technol. 2012. V. 5. P. 3007–3027. DOI: 10.5194/amt-5-3007-2012.
2. Miloshevich L.M., Vomel H., Whiteman D.W., Leblanc T. Accuracy assessment and correction of Vaisala RS92 radiosonde water vapor measurements // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. D11305. DOI: 10.1029/ 2008JD011565.
3. Schneider M., Hase F. Ground-based FTIR water vapour profile analyses // Atmos. Measur. Technol. 2009. V. 2. P. 609–619. DOI: 10.5194/amt-2-609-2009.
4. Анохин Г.Г., Антохин П.Н., Аршинов М.Ю., Барсук В.Е., Белан Б.Д., Белан С.Б., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Козлов В.С., Морозов М.В., Панченко М.В., Пеннер И.Э., Пестунов Д.А., Сиков Г.П., Симоненков Д.В., Синицын Д.С., Толмачев Г.Н., Филиппов Д.В., Фофонов А.В., Чернов Д.Г., Шаманаев В.С., Шмаргунов В.П. Самолет-лаборатория Ту-134 «Оптик» // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 9. С. 805–816.
5. Васильченко С.С., Сердюков В.И., Синица Л.Н. Спектральная система измерений газовых атмосферных компонентов с оптоволоконной следящей системой и некоторые результаты анализа атмосферных спектров // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 10. С. 920–925.
6. URL: http://www.ndsc.ncep.noaa.gov/
7. URL: http://www.tccon.caltech.edu/
8. 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. Measur. Technol. 2011. V. 4. P. 1943–1964.
9. Rinsland C.P., Jones N.B., Connor B.J., Logan J.A., Pougatchev N.S., Goldman A., Murcray F.J., Stephen Th.M., Pine A.S., Zander R., Mahieu E., Demoulin P. Northern and southern hemisphere ground-based infrared spectroscopic measurements of tropospheric carbon monoxide and ethane // J. Geophys. Res. D. 1998. V. 103, N 21. P. 28197–28218. DOI: 10.1029 / 98JD02515.
10. Hase F., Hannigan J.W., Coffey M.T., Goldman A., Hopfner M., Jones N.B., Rinsland C.P., Wood S.W. Intercomparison of retrieval codes used for the analysis of high-resolution groundbased FTIR measurements // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2004. V. 87. P. 25–52.
11. URL: http://smsc.cnes.fr/IASI/index.htm
12. Garcia R.R., Marsh D.R., Kinnison D.E., Boville B.A., Sassi F. Simulation of secular trends in the middle atmosphere, 1950–2003 // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. D09301. DOI: 10.1029/2006JD007485.
13. Rothman L.S., Barbe A., Benner D.C., Brown L.R., Camy-Peyret C., Carleer M.R., Chance K., Clerbaux C., Dana V., Devi V.M., Fayt A., Flaud J.-M., Gamache R.R., Goldman A., Jacquemart D., Jucks K.W., Laferty W.J., Mandin J.-Y., Massie S.T., Nemtchinov V., Newnham D.A., Perrin A., Rinsland C.P., Schroeder J., Smith K.M., Smith M.A.H., Tang K., Toth R.A., Auwera J.V., Varanasi P., Yoshino K. The HITRAN molecular spectroscopic database: edition of 2000 including updates through 2001 // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2003. V. 82, N 1. P. 5–44.
14. Сакерин С.М., Кабанов Д.М., Ростов А.П., Турчинович С.А., Турчинович Ю.С. Система сетевого мониторинга радиационно-активных компонентов атмосферы. Часть I. Солнечные фотометры // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 4. C. 354–360.
15. Сакерин С.М., Кабанов Д.М., Ростов А.П., Турчинович С.А., Князев В.В. Солнечные фотометры для измерений спектральной прозрачности атмосферы в стационарных и мобильных условиях // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 12. C. 1112–1117.
16. Чеснокова Т.Ю., Фирсов К.М., Кабанов Д.М., Сакерин С.М. Спектроскопическое обеспечение для функционирования солнечного фотометра SP-6 // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 11. С. 912–915.
17. Кабанов Д.М., Сакерин С.М. О методике определения аэрозольной оптической толщи атмосферы в ближнем ИК-диапазоне спектра // Оптика атмосф. и океана. 1997. Т. 10, № 8. С. 866–874.
18. Кабанов Д.М., Веретенников В.В., Воронина Ю.В., Сакерин С.М., Турчинович Ю.С. Информационная система для сетевых солнечных фотометров // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 1. С. 61–67.
19. Rodgers C. Inverse Methods for Atmospheric Sounding: Theory and Practice. World Scientific, 2000.
20. URL: http://www.picarro.com/gas_analyzers/flight_co2_ch4_h2o
21. Rodgers C., Connor B.J. Intercomparison of remote sounding instruments // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. DOI: 10.1029/2002JD002299.
22. URL: http: // www.vaisala.ru / ru / products / sounding systemsandradiosondes / soundingsystems / Pages / Digi CORA-MW31.aspx
23. URL: http://www.vaisala.com/Vaisala%20Documents/Brochures%20and%20Datasheets/Ozone%20Sounding%20with%20 RS92-SGP%20Radiosonde%20Datasheet%20in%20English.pdf
24. Балин Ю.С., Коханенко Г.П., Пеннер И.Э., Самойлова С.В. Исследование вертикального распределения тропосферных аэрозольных слоев по данным многочастотного лазерного зондирования. Часть 1. Методы восстановления оптических параметров // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 4. С. 344–357.
25. Панченко М.В., Терпугова С.А., Докукина Т.А., Полькин В.В., Яушева Е.П. Многолетняя изменчивость конденсационной активности аэрозоля в г. Томске // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 4. С. 314–318.
26. Балин Ю.С., Креков Г.М., Самохвалов И.В., Рахимов Р.Ф. Влияние влажности на локационное рассеяние в атмосфере // Метеорол. и гидрол. 1978. № 8. С. 114–119.
27. Матвиенко Г.Г., Белан Б.Д., Панченко М.В., Сакерин С.М., Кабанов Д.М., Турчинович С.А., Турчинович Ю.С., Ерёмина Т.А., Козлов В.С., Терпугова С.А., Полькин В.В., Яушева Е.П., Чернов Д.Г., Одинцов С.Л., Бурлаков Б.Д., Синица Л.Н., Аршинов М.Ю., Ивлев Г.А., Савкин Д.Е., Фофонов А.В., Гладких В.А., Камардин А.П., Белан Д.Б., Гришаев М.В., Белов В.В., Афонин С.В., Балин Ю.С., Коханенко Г.П., Пеннер И.Э., Самойлова С.В., Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Давыдов Д.К., Козлов А.В., Пестунов Д.А., Рассказчикова Т.М., Симоненко Д.В., Скляднева Т.К., Толмачёв Г.Н., Белан С.Б., Шмаргунов В.П., Воронин Б.А., Сердюков В.И., Половцева Е.Р., Васильченко С.С., Смирнов С.В., Макарова М.В., Сафатов А.С., Козлов А.С., Малышкин С.Б., Максимова Т.А. Комплексный эксперимент по измерению параметров атмосферы 22 мая 2012 г. в г. Томске // Десятое Сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу: Материалы докладов / Под ред. М.В. Кабанова. Томск, 2013. С. 156–171.
28. Антонович В.В., Антохин П.Н., Аршинов М.Ю., Балин Ю.С., Ивлев Г.А., Кабанов Д.М., Козлов А.В., Козлов В.С., Коханенко Г.П., Пеннер И.Э., Полькин В.В., Пхалагов Ю.А., Рассказчикова Т.М., Самойлова С.В., Тумаков А.Г., Ужегов В.Н., Фофонов А.В., Шмаргунов В.П., Яушева Е.П. Комплексный аэрозольный эксперимент на измерительном сайте ИОА СО РАН (Академгородок, г. Томск) в весенне-летний период 2011 г. // XVIII Междунар. симпоз. «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы». 2–6 июля 2012 г. Иркутск (электронный сборник). Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2011. С. 1–5. URL: http://symp.iao.ru/ru/popup/blob/?table=report&fld=abstr_ru&pk=rep_id%3D%273940%27