Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды
Научно-производственное объединение «Тайфун»
logo_obn_65.jpg

Организация спектроскопических наблюдений

Начиная с 70-х годов прошлого века в Институте экспериментальной метеорологии ФГБУ "НПО "Тайфун" развиваются аппаратура и методика измерений общего содержания во всей толще атмосферы парниковых и радиационно-активных газов. Измерения содержания атмосферных компонент и параметров во всей толще атмосферы проводятся на единой методологической основе - спектроскопическим методом, основанным на регистрации солнечного излучения в полосах поглощения атмосферных газов. Зависимость пропускания атмосферой солнечного излучения в выбранных спектральных интервалах от количества поглощающего газа на пути луча используется для решения обратной задачи - определения искомого количества поглощающего газа в толще атмосферы [1].

Для проведения систематических долговременных натурных измерений как в стационарных, так и экспедиционных условиях был разработан Полевой Спектрометрический Комплекс (ПСК). Этот комплекс был использован для измерения концентраций различных газовых компонент атмосферы в экспедиционных и стационарных условиях внутри страны и за рубежом [1-4].

Fig1_1.jpg 
Рис. 1.  Вблизи берегов Антарктиды. ПСК на борту НИС "Федоров"

Fig1_2.jpg
Рис. 2. Вид из окна ПСК на Гавану

В 1978 году сотрудниками кафедры экспериментальной физики Киргизского университета под руководством Спекторова Л.А. и Семенова В.К. были развернуты работы по мониторингу газового состава атмосферы на станции "Иссык-Куль" и начались первые измерения общего содержания озона.

В 1980 г. на ст. "Иссык-Куль" был установлен стационарный ПСК и в содружестве с Киргизским национальным государственным университетом были начаты регулярные спектроскопические измерения общего содержания Н2О и средней во всей толще атмосферы концентрации СО2, а с 2004 г. - измерения средней во всей толще атмосферы концентрации СН4. Измерения Н2О, СО2, СНпроводятся на станции "Иссык-Куль" по настоящее время при методическом руководстве ФГБУ "НПО "Тайфун".

Информация о сотрудничестве с Киргизией представлена в разделе Деятельность—>Международная деятельность—>Сотрудничество с Киргизией.

Fig1_3.jpg
Рис. 3. Здание станции "Иссык-Куль" и помещение с ПСК

Станция "Иссык-Куль" (42o37' N, 76o58' E) находится на берегу озера Иссык-Куль, расположенного в центральной части Евразии. Иссык-Кульская котловина расположена в умеренном климатическом поясе, в центре большого Евроазиатского материка. На западе и севере эта территория граничит с континентальной пустынной среднеазиатской областью, от которой она защищена цепью высоких горных хребтов. Основными факторами, формирующими местные особенности климата котловины, является ее высотное положение на отметке более 1607 м, а также огромная масса незамерзающей воды, аккумулирующей значительные теплозапасы в летний период и оказывающая отепляющее влияние зимой.

Fig1_4.jpg
Рис. 4. Смерч над озером. Вид из здания станции "Иссык-Куль"

В холодный период года над Иссык-Кульской котловиной господствуют юго-западная и южная периферия антициклона, прерываемая холодными вторжениями с запада, северо-запада и севера, а также выходами южных циклонов. В теплый период в Иссык-Кульской котловине хорошо развиты процессы испарения с водной поверхности и выноса влаги озерными бризами и долинными ветрами в области высокогорий, где происходит ее конденсация и образование кучевой облачности. Эти процессы усиливаются конвективными токами над хорошо прогретыми влажными склонами. формируя иногда причудливые формы облаков.

Fig1_5.jpg
Рис. 5. Облака над горами. Вид из здания станции

Станция "Обнинск" (55,10º с.ш., 36,90º в.д., высота 186 м над уровнем моря) находится в континентальной области умеренного пояса, с холодными и снежными зимами и тёплым, влажным летом. Средняя температура января составляет около −10°C, а июля— около +19°C. Центрально-Европейский район, в котором находится Обнинск, является районом, в котором погодно-климатические условия определяются влиянием Атлантики и изменениям атмосферной циркуляции, регулирующей перенос тепла с океана на континент.

В 1998 году в Обнинске были начаты измерения концентрации СО2 и СН4 в пробах приземного воздуха. В состав аппаратурного комплекса входили Фурье-спектрометры Perkin-Elmer 1720 и Bruker IFS-113V, оптическая многоходовая кювета и технологическая система для напуска и откачки воздуха и контроля температуры и давления.

Fig1_6.jpg
Рис. 6. Аппаратурный комплекс на основе Фурье-спектрометра Bruker IFS-113V

В 2002 г. на территории ВММ в здании оптического павильона была установлена стационарная аппаратура ПСК и были начаты измерения средней по высоте концентрации метана и общего содержания водяного пара.

Fig1_7.jpg
Рис. 7. Оптический павильон. На крыше первого этажа зеркало следящей системы ПСК

В 2014 г. был введен в эксплуатацию новый измерительный комплекс МР-32, включающий Фурье-спектрометр ФСМ-2203 и многоходовую кювету производства компании "Инфраспек". Этот комплекс позволяет определять концентрацию малых газовых составляющих в пробах воздуха, а также проводить измерения общего содержания ряда атмосферных газов.

Литература

1. Акименко Р. М., Арефьев В.Н., Каменоградский Н.Е., Сизов Н.И., Устинов В.П. О спектроскопическом методе определения содержания СО2 в атмосфере. //Метеорология и гидрология -1979.-№6. -С.102-105.

2. Арефьев В.Н., Кашин Ф.В., Каменоградский Н.Е. Систематические измерения концентраций углекислого газа в атмосфере. //Известия АН СССР. ФАО. -1990. -Т.26. № 6. -С. 584-593

3. Кашин Ф.В., Арефьев В.Н., Вишератин К.Н., Каменоградский Н.Е., Семенов В.К., Синяков В.П. Результаты экспериментальных исследований радиационно-активных составляющих атмосферы в центре Евразии. // Известия АН ФАО. –2000. -Т. 36, №4. -С. 463-492.

4. Арефьев В.Н., Кашин Ф.В., Акименко Р.М., Баранов Ю.И., Баранова Е.Л., Бугрим Г.И., Вишератин К.Н., Кальсин А.В., Каменоградский Н.Е., Сизов Н.И., Устинов В.П., Упэнек Л.Б. Исследования в области атмосферной спектроскопии. //Сборник «Проблемы гидрологии и мониторинга окружающей среды». Обнинск: ГУ НПО "Тайфун". 2010, с. 85-104.