Особенности вариаций концентрации метана в летне-осенний период на арктической станции Барроу (Аляска) по наземным и спутниковым данным

За последние два с половиной столетия общее содержание метана в атмосфере Земли увеличилось более чем в два раза [1]. Учитывая, что потенциал глобального потепления метана в 20 раз больше, чем углекислого газа, мониторинг и исследование свойств метана являются одной из насущных задач современной экологии. В работе представлены результаты исследования вариаций концентрации метана на арктическом побережье Аляски по данным станции Барроу (1986-2018 гг.), а также по данным дистанционного зондирования (радиометр AIRS, ИСЗ Aqua). Анализ особенностей сезонного хода метана показал, что в межсезонье (лето-осень) на ст. Барроу нередко наблюдаются резкие скачки (повышение) концентрации метана с амплитудами, превышающими фоновые на ~ > 5%, и длительностью от нескольких десятков часов до нескольких суток. Подобные события наблюдались преимущественно с июня по ноябрь. Логично предположить, что подобное поведение метана в летне-осеннее время, когда содержание метана в атмосфере над акваторией северных морей в среднем ниже, чем над сушей, обусловлено динамикой северных и южных ветров в точке наблюдения (ст. Барроу). Были проведены исследования зависимости концентрации метана от направления ветра, показавшие, что значительные скачки концентрации метана на станции регистрировались при ветре, дующем со стороны суши. В случае ветра с севера значения метана в целом соответствовали невозмущенному (фоновому) уровню. Анализ усредненных среднемесячных карт распределения концентрации метана, построенных по спутниковым данным, показал, что в зимний период на высоких широтах значения метана над поверхностью суши и северными морями существенно не отличаются. Однако в летне-осенний период концентрация метана над сушей заметно выше, чем над морями. Дополнительные расчеты траекторий перемещения воздушных масс в зоне исследования также подтвердили предположение, что быстрые повышения концентрации метана в летне-осенний период на ст. Барроу, расположенной на арктическом побережье, обусловлены переносом со стороны суши воздушных масс с повышенным содержанием метана.

вариации метана, Арктика, станция Барроу, вечная мерзлота, дистанционное зондирование, динамика ветра

1. Анисимов О. А., Анохин Ю. А и др. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории российской Федерации. Общее резюме. - ГУ НИЦ «Планета» // ГУ НИЦ «Планета», 2008. - 28 с.

2. Пачаури Р. К., Райзингер А. и основная группа авторов (ред.) МГЭИК: Изменение климата: Обобщающий доклад. Вклад рабочих групп I, II, III в Четвертый доклад об оценке Межправительствен-ной группы экспертов по изменению климата // МГЭИК, Женева, Швейцария, 2007 - 104 с.

3. J. T. Kiehl, Kevin E. Trenberth. Earth’s Annual Global Mean Energy Budget // Bulletin of the American Meteorological Society. - Vol. 78, № 2, 1997 - P. 197-208.

4. Бажин Н. М. Метан в атмосфере // Соросовский образовательный журнал, Т.6 №3, 2000. - С. 52-57.

5. Saunois M., Bousquet P., Dlugokencky et al. The global methane budget 2000-2012 // Earth System Science Data 8, 2016. - P. 697-751.

6. IPCC, Climate Change: Radiative Forcing of Climate Change and An Evaluation of the IPCC IS92 Emission Scenarios - J.T. Houghton, L.G. Meira Filho, J. Bruce, Hoesung Lee, B.A. Callander, E. Haites, N. Harris and K. Maskell (Eds.) // Cambridge University Press, UK, 1994. - P. 1-339.

7. Обжиров А. И., Телегин Ю. А., Болобан А. В. Потоки метана и газогидраты в Охотском море // Подводные исследования и робототехника, №1 (19), 2015. - С. 56-62.

8. Юрганов Л. Н., Лейфер А., Вадаккепулиямбатта С. Признаки ускорения возрастания концентра-ции метана в атмосфере после 2014 года: спутниковые данные для Арктики // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - Т.14 №5, 2017. - С. 248-258.

9. Yurganov L., Muller-Kager F., Leifer I. Methane increase over the Barents and Kara seas after the autumn pycnocline breakdown: satellite observations // Advances in Polar Science. - Vol. 30 №4, 2019 - P. 382-390.

10. IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change, Second Assessment Report: Climate Change // Cambridge University Press, 1995. - P. 1-572.

11. Shakhova N., Semiletov I., Salyuk A., Kosmach D. Anomalies of methane in the atmosphere over the East Siberian shelf: Is there any sign of methane leakage from shallow shelf hydrates? // Geophysical Research Abstracts, EGU General Assembly 2008, 10, EGU2008-A-01526.

12. Антонов К. Л., Поддубный В. А. и др. Некоторые итоги мониторинга парниковых газов в арктическом регионе России // Арктика: экология и экономика, № 1 (29), 2018. - С. 56-67.

13. Platt S. M., Eckhardt S., Ferre B., et al. Methane at Svalbard and over the European Arctic ocean // Atmospheric Chemistry and Physics. - Vol. 18(23), 2018 - P. 17207-17224.

14. James, R. H., Bousquet, P., Leifer, I. et al. Effects of climate change on methane emissions from seafloor sediments in the Arctic Ocean: A review // Limnology and Oceanography. - Vol. 61, 2016. - P. 283-299.

15. Miller S., Miller C., Commane R., et al. A multi-year estimate of methane fluxes in Alaska from CARVE atmospheric observations // Global Biogeochemical Cycles. - Vol. 30, 2016. - P. 1441-1453.

16. Thompson, R. L., Sasakawa, M., Machida, T. et al. Methane fluxes in the high northern latitudes for 2005-2013 estimated using a Bayesian atmospheric inversion // Atmospheric Chemistry and Physics. - Vol. 17, 2017. - P. 3553-3572.

17. Clearbaux C. et al. Monitoring of atmospheric composition using the thermal infrared IASI/MetOp sounder // Atmospheric Chemistry and Physics. - Vol. 9, 2009 - P. 6041-6054.

18. Schepers D., Guerlet S., Butz A. et al. Methane retrievals from Greenhouse Gases Observing Satellite (GOSAT) shortwave infrared measurements: Performance comparison of proxy and physics retrieval algorithms // Journal of Geophysical Research D: Atmospheres. - Vol.117, 2012. - P. 1-14.

19. Daniel D. Jacob, Xiong Liu et al. Satellite observations of atmospheric methane and their value for quantifying methane emissions // Atmospheric Chemistry and Physics. - Vol. 16, 2016 - P. 14371-14396.

20. Khalil, M.A.K. and R.A. Rasmussen. Sources, sinks, and seasonal cycles of atmospheric methane // Journal of Geophysical Research. - Vol. 88(C9), 1983. - P. 5131-5144.

21. R. E. Fisher, et al. Arctic methane sources: Isotopic evidence for atmospheric inputs // Geophysical Research Letters. - Vol. 38, 2011. - P. 1-6.

22. Thiband Thonat, Marielle Saunois, Phillipe Bousquet, et al. Detectability of Arctic methane sources at six sites performing continuous atmospheric measurements // Atmospheric Chemistry and Physics, Vol. 17, 2017. - P. 8371-8394.

23. Donatella Zona, Beniamino Giolicet al. Cold season emissions dominate the Arctic tundra methane budget // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - Vol.113 (1), 2016. - P. 40-45.

24. Репина И. А., Аниферов А. А., Артамонов А. Ю. Метан в атмосфере Арктики по данным дистанционного зондирования, приземных измерений и моделирования // Материалы III Международной научно-практической конференции «Прикладные аспекты геологии, геофизики и геоэкологии с использованием современных информационных технологий», 2015. - С. 191-199.

25. Starodubtsev V. S., Solovyev V. S. Methane measurements at Polar Geocosmophysical Observatory “Tixie” // Proceedings of 2nd International conference «Global warming and the human-nature dimension in Siberia: social adaptation to the changes of the terrestrial ecosystem, with an emphasis on water environments» and 7th Annual International Workshop “C/H2O/Energy balance and climate over boreal and arctic regions with special emphasis on eastern Eurassia”, 2013. - P. 112-114.

26. Стародубцев В. C., Соловьев В. С. Исследование вариаций метана в приземном слое воздуха по наблюдениям на ст. Тикси // Природопользование в Арктике: современное состояние и перспективы развития. сборник научных трудов I международной научно-практической конференции. ̶ Якутск: Издательство: Северо-Восточный Федеральный университет, 2015. - С. 533-541.

27. Xiaozhen Xiong, Chris Barnet, Eric Maddy, Colm Sweeney, Xingpin Liu, Lihang Zhou and Mitch Goldberg. Characterization and validation of methane products from the Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) // Journal of Geophysical Research. - Vol. 113, 2008. - P. 1-14.

28. Юрганов Л. Н., Лейфер А., Лунд Майр К. Сезонная и межгодовая изменчивость атмосферного метана над морями Северного Ледовитого океана по спутниковым данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, Т. 13. № 2, 2016. - С. 107-119.