Extensive airborne in-situ measurements of atmospheric trace gas species and aerosols over the Siberian Arctic
were carried out in July 2008 in the framework of the YAK-AEROSIB and POLARCAT projects under the In-
ternational Polar Year (IPY). During the campaign, the Optik-Й AN-30 aircraft laboratory was used as a research
platform (Antokhin et al., 2012). The measurement campaign consisted of two longitudinal and two latitudinal tran-
sects in the troposphere from the ground level to a height of about 7 kilometers. The arctic longitudinal transect
extended from 66˚37’23”E to 170˚44’18”E, and the remote continental one – from 129˚46’47”E to 82˚47’25”E.
Along the Arctic coast, the sea was ice covered.
Geophysical Research Abstracts
Vol. 16, EGU2014-2691-1, 2014
Jean-Daniel Paris, Boris D. Belan, Gerard Ancellet, Philippe Nedelec,
Mikhail Yu. Arshinov, Arnaud Pruvost, Antoine Berchet, Emmanuel
Arzoumanian, Isabelle Pison, Philippe Ciais, Kathy Law
Observe short lived pollutants (CO, O3, BC,
fine particles) and discriminate local vs
remote emissions to characterize long range
transport across Eurasia.
• Validate atmospheric models, land flux
models and space-borne instruments over
Siberia, a vast under-documented region
• Characterize local sources, esp. forest fires,
and their impact on regional air quality and
in the Arctic.
• Better constrain the sources and sinks of
GHG (CO2, CH4) in Siberia under a changing
climate.
• Quantify the atmospheric impact of CH4
emissions over the major natural (wetlands,
permafrost) and anthropogenic sources
М. Ю. Аршинов, , Б. Д. Белан,
В. В. Белов, Ю. В. Гриднев, Д. К. Давыдов, Ф. Нэдэлек,
Ж..Д. Париж, А. В. Фофонов
Проведено сравнение вертикальных профилей концентрации О3, СО, СО2 и СН4, измеренных с поо
мощью самолетаалаборатории Туꋸ134 “Оптик” (СМЛ) и восстановленных по данным Фурьееспекк
трометрометра IASI, работающего на спутнике MetOp Европейского космического агентства. Проо
веденное сопоставление показывает, что абсолютные различия концентрации озона между измерее
ниями СМЛ–IASI могут изменяться от +55 до +15 млрд–1 у поверхности Земли и в нижней части
пограничного слоя и от +30 млрд–1 до –15 млрд–1 на 7 км. Относительные разницы находятся в диаа
пазоне +60%…+30% на уровне 0.5 км и +30%…–35% на уровне 7 км. Абсолютные различия конценн
трации оксида углерода между измерениями СМЛ–IASI могут изменяться от +80 до +2300 млрд–1.
Относительные разницы находятся в диапазоне –140%…+98%. Для метана средние разницы измее
рений максимальны в пограничном слое, где наблюдается величина +90 млрд–1. Максимальная
разница по данным всех профилей достигает в пограничном слое +220 млрд–1, а минимальная
+8 млрд–1. Минимальные различия лежат в диапазоне от нуля у поверхности земли до ⎯100 млрд–1
в верхней тропосфере. Средняя разница между измерениями СМЛ–IASI для диоксида углерода лее
жит в коридоре от –2 до –9 млн–1. В свободной тропосфере, выше 3 км разница почти постоянна и
равна –6 млн–1. Максимальные разности измерений СО2 по всем полетам дают большую величину,
а именно в пограничном слое атмосферы +14 и –4 млн–1. Минимальные разности лежат в диапазоо
не –7…–16 млн–1. При этом максимальные и минимальные относительные отклонения по всем поо
летам составляют +3.4 и –4.2% в пограничном слое. Полученные различия значительно больше,
чем найденные ранее для фоновых условий. Возникает необходимость в улучшении моделей вертии
кального распределения газов используемых в алгоритмах обработки спутниковых данных.
Ключевые слова: атмосфера, газ, самолетное и космическое зондирование, сравнение
Приведена новая технология самолетного зондирования атмосферы. В сочетании с современным программ-
ным обеспечением она позволяет исследовать крупномасштабные особенности пространственного распреде-
ления состава воздуха. С помощью этой технологии исследованы крупномасштабные пространственные рас-
пределения аэрозоля, СО, СО2 и О3 над Арктическим побережьем и континентальными районами Сибири.
Выявлены кардинальные различия в распределении аэрозоля, СО и СО2 над континентом и побережьем.
Это обусловлено различием в мощности источников и стоков примесей в рассмотренных районах.
Рассмотрены методические вопросы: отбор проб аэрозоля с борта самолета-лаборатории, экстракция ор-
ганической составляющей и идентификация входящих в нее соединений. Проведена проверка возможности
влияния авиационных материалов (керосин, масло, гидравлическая жидкость) на данные измерений. Про-
анализирован состав органических компонентов атмосферного аэрозоля, отобранного в зимне-весенний пери-
од 2013 г. на высотах 500–7000 м над южной частью Новосибирского водохранилища. В пробах идентифи-
цированы алканы нормального строения, цикланы и алкиларены. Впервые в составе атмосферных аэрозолей
Западной Сибири обнаружены циклические насыщенные и алкилароматические углеводороды.
We considered the methodological questions: aerosol sampling on board research aircraft, extracc
tion of an organic component, and identification of its constituent compounds. It is verified how aviation
materials (kerosene, oil, hydraulic fluid) can influence the measurement data. We analyzed the composition
of organic components of atmospheric aerosol, sampled in the winter–spring period of 2013 at altitudes of
500–7000 m over the southern part of the Novosibirsk reservoir. In the samples, we identified the normall
structure alkanes, cyclanes, and alkyl arenes. Cyclic saturated and alkyl aromatic hydrocarbons were detected
in the composition of atmospheric aerosols of Western Siberia for the first time.
Представлены результаты измерения общего содержания водяного пара, полученные в Томске весной
2012 г. во время комплексного эксперимента, проведенного Институтом оптики атмосферы СО РАН (ИОА
СО РАН) с использованием различных методов и средств. Сравниваются данные, полученные Фурье-
спектрометром, солнечным фотометром, а также данные спутниковых, самолетных, лидарных и радиозон-
довых измерений.
Регистрация спектров поглощения солнечного излучения, прошедшего через всю толщу атмосферы Земли,
проводилась на Фурье-спектрометре IFS-125M (Bruker) в диапазоне 400–1250 нм. Результаты, полученные
в ходе измерений, обрабатывались программой SFIT v3.92, в которой использовались данные метеозондиро-
вания на станциях ВМО и радиозондовые ИОА СО РАН. В качестве априорных профилей концентраций
газов в атмосфере были использованы профили, рассчитанные при помощи климатической модели WACCM.
Измерения общего влагосодержания и аэрозольной оптической толщи атмосферы в ИОА СО РАН осущест-
вляются с помощью автоматизированных солнечных фотометров серии SP.
Сравнение измерений солнечного фотометра с Фурье-измерениями показало, что разница между ними
составляет 0,8%. Содержание водяного пара в слое 0,4–7 км, полученное нами по результатам Фурье-спек-
трометрических измерений (1,30 г/см2), с точностью до 2% согласуется с результатами самолетных измере-
ний для того же атмосферного слоя (1,32 г/см2).
Результаты ночных лидарных измерений аэрозольных слоев и водяного пара методом СКР позволяют
судить о хорошем соответствии данным измерений радиозондов и о высокой степени корреляции содержания
водяного пара и аэрозоля по слоям.
Ключевые слова: лидар, комплексный эксперимент, Фурье-спектрометр, профили водяного пара; lidar,
complex experiment, Fourier spectrometer, vertical distribution of water vapor.
Приведены классификация и статистика повторяемости всплесков образования наночастиц в атмосфере
бореальной зоны Западной Сибири, основанные на данных непрерывных измерений распределения аэрозоль-
ных частиц в широком диапазоне размеров на двух станциях мониторинга атмосферного состава, принадлежа-
щих ИОА СО РАН. Анализ данных, полученных за период 2010–2013 гг., показал, что доля нуклеационных
всплесков составляет 20–30% в год. Максимальное количество всплесков наблюдается в весенний период
с марта по май, вторичный максимум приходится на сентябрь. Сезонный ход и среднегодовая величина повто-
ряемости всплесков в Западной Сибири идентичны наблюдаемым в бореальных лесах на фоновых станциях
Скандинавии, при этом полученные нами данные практически полностью совпадают с многолетними данными
финской станции SMEAR II (Hyytiаla).
Ключевые слова: нуклеационные всплески, образование новых частиц, классификация, повторяемость,
атмосферный аэрозоль, наночастицы; nucleation bursts, new particle formation, classification, frequency, atmospheric aerosols, nanoparticles.
The vertical profiles of the O3, CO, CO2 and CH4 concentrations measured onboard the Optik
Tuᖐ134 aircraft laboratory and retrieved from data obtained with an IASI Fourier transform spectrometer
operating aboard a MetOp satellite (European Space Agency) have been compared. This comparison shows
that absolute differences between aircraft satellite ozone concentrations may vary from 55 to 15 ppb at the
land surface and within the lower boundary layer and from 30 to –15 ppb at a height of 7000 m. Their relative
differences range within 60 to 30% at a height of 500 m and 30 to –35% at a height of 7000 m. Absolute diff
ferences between aircraft and satellite carbonnmonoxide concentrations may vary from 80 to 2300 ppb, while
their relative differences range within –140 to 98%. For methane, the mean difference is maximal within the
atmospheric boundary layer (90 ppb). According to the data on all profiles, the maximum and minimum diff
ferences reach 220 and 8 ppb, respectively, within the atmospheric boundary layer. Minimum differences
range from zero at the land surface to –100 ppb in the upper troposphere. For carbon dioxide, the mean diff
ference between the results of aircraft and satellite measurements ranges from –2 to –9 ppm. In the free troo
posphere, at a height of more than 3000 m, this difference is almost constant and amounts to –6 ppm. Over
all flights, the maximum and minimum differences between aircraft and satellite CO2 concentrations range
from 14 to –4 ppm and from –7 to –16 ppm, respectively, within the atmospheric boundary layer. In this case,
the maximum and minimum relative deviations over all flights amount to 3.4 and –4.2%, respectively, within
the atmospheric boundary layer. These differences are significantly larger than those found earlier for the
background conditions. It is necessary to improve the vertical gas distribution models used in the algorithms
of satelliteedata processing.
Keywords: atmosphere, gas, aircraft and satellite soundings, comparison
IZVESTIYA, ATMOSPHERIC AND OCEANIC PHYSICS 2014 №9
M.Yu. Arshinov, S.V. Afonin, B.D. Belan, V.V. Belov, Yu.V. Gridnev, D.K. Davydov,
P. Nedelec, J-D. Parisc, A. V. Fofonov
The vertical profiles of the O3, CO, CO2 and CH4 concentrations measured onboard the Optik
Tuu134 aircraft laboratory and retrieved from data obtained with an IASI Fourier transform spectrometer
operating aboard a MetOp satellite (European Space Agency) have been compared. This comparison shows
that absolute differences between aircraft satellite ozone concentrations may vary from 55 to 15 ppb at the
land surface and within the lower boundary layer and from 30 to –15 ppb at a height of 7000 m. Their relative
differences range within 60 to 30% at a height of 500 m and 30 to –35% at a height of 7000 m. Absolute diff
ferences between aircraft and satellite carbonnmonoxide concentrations may vary from 80 to 2300 ppb, while
their relative differences range within –140 to 98%. For methane, the mean difference is maximal within the
atmospheric boundary layer (90 ppb). According to the data on all profiles, the maximum and minimum diff
ferences reach 220 and 8 ppb, respectively, within the atmospheric boundary layer. Minimum differences
range from zero at the land surface to –100 ppb in the upper troposphere. For carbon dioxide, the mean diff
ference between the results of aircraft and satellite measurements ranges from –2 to –9 ppm. In the free troo
posphere, at a height of more than 3000 m, this difference is almost constant and amounts to –6 ppm. Over
all flights, the maximum and minimum differences between aircraft and satellite CO2 concentrations range
from 14 to –4 ppm and from –7 to –16 ppm, respectively, within the atmospheric boundary layer. In this case,
the maximum and minimum relative deviations over all flights amount to 3.4 and –4.2%, respectively, within
the atmospheric boundary layer. These differences are significantly larger than those found earlier for the
background conditions. It is necessary to improve the vertical gas distribution models used in the algorithms
of satelliteedata processing.
Keywords: atmosphere, gas, aircraft and satellite soundings, comparison
DOI: 10.1134/S0001433814090047
Представлены результаты совместных измерений высотных профилей скорости и направления ветра
импульсным когерентным доплеровским лидаром «Stream Line» и радиозондом RS92-SGP в Томске с 23 по
27 сентября 2013 г. Установлено, что из лидарных данных, измеренных при угле места 45, профили ветра
можно восстановить до высот от 400 до 1100 м, в зависимости от концентрации аэрозоля в пограничном
слое атмосферы. Показано, что коэффициент корреляции лидарных и радиозондовых измерений скорости
и направления ветра равен 0,97. Математическое ожидание и стандартное отклонение разности оценок ско-
рости и направления ветра из данных радиозонда и лидара составляют соответственно 0,1 и 0,7 м/с для
скорости и 0,8 и 4 для направления ветра.
Предложена методика определения суммарной суточной энергетической освещенности растений люми-
несцентным излучением флуоресцентных пленок в условиях защищенного грунта. Показано, что суммарная
энергетическая экспозиция в мае 2003–2005 гг. под флуоресцентными пленками с типичным содержанием
люминофоров составляет от 0,05 (с неорганическим люминофором) до 0,134 Дж/см2 (с органическим
люминофором). Результаты исследования позволили впервые получить данные о величине энергетической
освещенности растений люминесцентным излучением, необходимой для эффективного влияния на их рост
и развитие.
Приводится анализ квазисинхронного исследования химического, минерального и дисперсного состава
твердых частиц аэрозолей, накопленных в снежном покрове, и измеренных за весь период снегонакопления
счетных концентраций аэрозоля размером > 0,25 мкм в приземном воздухе фоновой и городской наблюда-
тельных станций Института оптики атмосферы СО РАН в зимний сезон 2012/13 г. Сопоставление данных
состава аэрозоля с синоптической информацией показывает значимую связь между ними и с наиболее веро-
ятными антропогенными ближними и дальними источниками в обоих пунктах измерений. Данные элек-
тронно-микроскопических исследований позволили выявить минеральные формы макро- и микроэлементов
в составе субмикронной и грубодисперсной фракций аэрозоля в приземном слое воздуха и аккумулирован-
ных в снеговом покрове.
Ключевые слова: атмосферный аэрозоль, снег, тяжелые металлы, редкоземельные элементы, скани-
рующий электронный микроскоп, формы нахождения, дисперсный состав; atmospheric aerosols, snow, heavy metals, rare-earth elements, scanning electron microscopy, modes of occurrence, dispersion.
A unique instrumentation complex of the Institute of Atmospheric Optics SB RAS is
presented. The complex has no analogues anywhere in the world, and makes possible
simultaneous measurements of a great number of optical, meteorological, and radiative
parameters of the atmosphere, as well as characteristics of aerosol and gas composi-
tion. The instrumentation complex is based on permanent stations recording numerous
parameters of the atmosphere, namely, TOR (Tropospheric Ozone Research) station,
Aerosol Monitoring Station, BEC (Basic Experimental Complex), Fonovaya
(Background) Station, and stations for receiving satellite images (NOAA, MODIS/
TERRA, MODIS/AQUA). An important part of the complex is the Tu-134 aircraft
laboratory enabling measurement of atmospheric parameters in the altitude range up to
7 km. In addition, the following instruments are used in experiments: weather balloons,
lidars, sodars, sun photometers, Fourier spectrometers, and others. Satellite data are
also used for interpretation of data. The article presents an example of complex
operation on one measurement day – 22 May 2012.
International Journal of Remote Sensing, 2014
Vol. 35, No. 15, 5651–5676, http://dx.doi.org/10.1080/01431161.2014.945015
The first results of the water vapour total column (WVTC) Fourier Transform Infrared
(FTIR) measurements carried out over West Siberia (near Tomsk) in the framework of
the combined experiment (22 May 2012) are presented. Direct solar radiation spectra
with high spectral resolution were recorded by ground-based FTIR spectrometer
Bruker IFS-125M. New spectral intervals (the advantage of this spectral band is that
observations could be performed without cooling the interferometer’s detector) were
tested and then used to retrieve the H2O total columns in the atmosphere by SFIT2
v3.92. Ground-based measurements of the WVTC and aerosol optical thickness in the
atmosphere were carried out by means of the automated sun photometers (SP series).
Sun photometer and FTIR observations were performed under clear-sky conditions.
During this study, we compared data obtained from ground-based remote sensing
systems to the results of infrared atmospheric sounding interferometer (IASI)
MetOP-A satellite measurements and airborne measurements with the use of the Tu-
134 aircraft laboratory. Comparison shows that FTIR observations could give reason-
able agreements with sun photometer data within 1%. This value is less than the
combined error (1.2%) of both techniques. The average values of total H2O obtained
for three measurement systems were as follows: 1.50 and 1.49 g cm–2 for the Fourier
spectrometer and sun photometer, respectively, and 1.84 g cm–2 for IASI.
International Journal of Remote Sensing, 2014
Vol. 35, No. 15, 5637–5650, http://dx.doi.org/10.1080/01431161.2014.945016
V. Dorokhov, N. Tsvetkova, V. Yushkov, H. Nakajima, G.A. Ivlev, A. Makshtas
The atmospheric ozone plays an important role in understanding of the processes occurring in the
atmosphere and changes in the climate. This paper relates to the experimental results from balloon-
borne research in the stratosphere for study of chemical and dynamical processes influencing the
climate change and for validation of satellite observations. Total ozone observations in western Siberia
were performed by Brewer MKIV S/N 049 spectrophotometer in Tomsk, and SAOZ UV-Vis
spectrometer in Salekhard. We also use 2Z-ECC ozonesondes for ozone profile observations in
winter/spring period at the Salekhard aerological station. During the winter/spring season of 2011,
Arctic ozone in the 19-21 km altitude region was observed to be more than 70% less than typical
values. In the winter/spring season of 2012, on the other hand, Arctic conditions were overall much
warmer than in 2011, and no evidence of significant ozone loss was seen above the Asiatic regions of
Russian Federation. The aim of the paper is to describe which and where these measurements were
carried out and illustrate their performances by some examples of ozone data measured in western
Siberia, Russia such as that which occurred in the winter/spring season of 2011.
International Journal of Remote Sensing, Volume 35, 2014 - Issue 15
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/01431161.2014.945012
In this paper we present a comparison of the data on aerosol number size distribution measured with GRIMM 1.109
aerosol spectrometer in the lower troposphere over Novosibirsk and background area 150 km south-west of it during
research flights of Optik TU-134 aircraft laboratory carried out along the route Novosibirsk - Ordynskoye - Novosibirsk
in 2011-2013. Aerosol number size distributions averaged over 3 years as together so for warm and cold seasons
separately are considered here. It is shown that the accumulation of anthropogenic aerosol within the BL over the city is
typical for the cold period, which is most likely caused by inversions those are rapidly destroyed by vertical mixing
during warm season and anthropogenic aerosols from the city are transported into the free troposphere.
Keywords: atmospheric aerosol, number size distribution, boundary layer (BL).
Открыть (0 Mb)