Seasonal and interannual variability of atmospheric methane over Arctic Ocean from satellite data
Сезонная и межгодовая изменчивость атмосферного метана над морями Северного Ледовитого океана по спутниковым данным
L.N. Yurganov, I. Leifer, C. Lund Myhre
2016
Current problems in remote sensing of the Earth from space
Глобальное увеличение концентрации метана, начиная с 2007-2008 гг. после десятилетия ее стабильности, требует изучения и объяснения. Расположение и характер источников растущих выбросов метана по-прежнему дискуссионны. Потепление Арктики, ускорившееся также с 2007 г., стимулировало предположения относительно ускорения диссоциации гидратов метана в Арктике и появления новой климатической положительной обратной связи. К сожалению, систематические натурные измерения метана в атмосфере над
more »
... тью морей Северного Ледовитого океана (СЛО) отсутствуют. В этих условиях спутниковые измерения в среднем ИК диапазоне, где уходящее излучение Земли и атмосферы превалирует над отраженным солнечным, могут быть полезны для круглогодичного исследования метана в Арктике. Представлен анализ измерений метана в нижней тропосфере над СЛО по данным орбитальных спектрометров, работающих по полосе ν 4 около 1300 см -1 . В данной работе были определены районы и периоды в Арктике как благоприятные, так и неблагоприятные для спутниковых измерений. Чувствительность ИК приборов к нижней тропосфере зависит от вертикального температурного градиента. Нами был выбран параметр, который характеризует степень зависимости чувствительности спутникового прибора от температурного контраста (ТК) в атмосфере: разность между температурой поверхности и температурой на высоте 4 км. Измерения метана при величинах ТК<10°С были отброшены как не отражающие концентрации в нижней тропосфере. Обширные районы СЛО показали достаточно большие значения ТК также и в холодный период года. Максимальные положительные аномалии концентрации метана наблюдаются в ноябре -декабре. В среднем за год максимальные аномалии метана наблюдаются вдоль побережий Норвегии, Новой Земли и Шпицбергена. По предварительной оценке моря Западной Арктики ответственны за ~ 68%, а моря Восточной Арктики за ~12% метана, выбрасываемого СЛО. В целом эмиссия метана от СЛО составляет ~ 68% выбросов континентальной Арктики к северу от 60° с.ш. Однако спутниковые измерения с 2002 г. не дают пока достаточных оснований говорить о решающем вкладе Арктики в наблюдаемый рост глобального метана. Введение Метан (СН 4 ) играет важную роль в парниковом эффекте атмосферы, его радиационный эффект (radiative forcing) составляет 0,48 Вт/м 2 , что можно сравнить с суммарным радиационным эффектом атмосферных газов: 2,83 Вт/м 2 (IPCC, 2013). Принято считать, что подавляющая часть всех источников метана сосредоточена на суше (AMAP Assessment, 2015). В целом это правильно, однако в случае Северного Ледовитого океана (СЛО) существует большая неопределенность, связанная с экспериментальными трудностями измерений, особенно в холодный период года. Так, согласно (AMAP Assessment, 2015), диапазон оценок эмиссии метана от СЛО составляет от 1 до 17 Тг СН 4 в год (1 Тг = 10 12 г). Постоянные измерения концентраций метана на 3-4 прибрежных станциях недостаточны для надежных оценок вклада огромных площадей океана. Самолетные (Kort et al., 2012) и корабельные (Shakhova et al., 2010, 2014) измерения над океаном носят эпизодический характер. Между тем, большой интерес вызывает гипотеза о возможности выброса значительных объемов метана со дна СЛО, вызванного потеплением морской воды . По современным оценкам подо дном СЛО находится от 455 до 2500 Пг С (1 Пг = 10 15 г) в виде гидратов Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Global increasing of atmospheric methane since 2007-2008 after a decade of its stability requires its investigation and explanation. Locations and nature of growing methane sources are still under discussion. Recent warming of the Arctic stimulated speculations about dissociation of methane hydrates in the Arctic seabed and a new climatic positive feedback. Unfortunately, regular measurements of methane concentrations over the surface of the Arctic Ocean are lacking. Satellite methane retrievals obtained at the Thermal IR (TIR) spectral region are possible year round, day and night. In this paper methane low tropospheric satellite retrievals over the Arctic Ocean from spectrometers using the band near 1300 cm -1 were analyzed. There have been found favorable and unfavorable areas and periods for satellite TIR measurements. Temperature contrast, defined here as the temperature difference between the surface and the altitude of 4 km, was used as a parameter characterizing sensitivity to the lower troposphere: data with the temperature contrast less than 10°C were discarded as unrepresentative for the lower troposphere. Maximal positive methane anomalies were observed along coasts of Norway, Novaya Zemlya, and Spitsbergen in November -December. According to preliminary estimates, the seas of the Western Arctic are responsible for ~68% of total emission from the Arctic Ocean. East Siberian Arctic Shelf (ESAS) contributes ~12% of marine emission in the Arctic. Arctic Ocean methane emission comprise ~68% of the Arctic land emission to the North from 60° N. Satellite data since 2002 do not confirm conclusively a decisive role of the Arctic Ocean sources for the global CH4 acceleration after 2007.
doi:10.21046/2070-7401-2016-13-2-107-119
fatcat:mixea53lyzaddo4kd7rjxivisq