Сопоставление данных реанализа CAMS с измерениями приземного метана в высокоширотной Арктике

В настоящем исследовании рассматривается успешность воспроизведения приземного метана глобальным реанализом парниковых газов CAMS (Copernicus Atmosphere Monitoring Service) EGG4 в Арктическом регионе посредством сравнения с данными непрерывных измерений на научно-исследовательском стационаре «Ледовая База Мыс Баранова» (79˚16′ с.ш., 101˚45′ в.д.) в 2015 – 2020 гг. Верификация базы данных CAMS таким образом будет полезна перед последующим её применением в численном моделировании.

Стационар расположен на острове Большевик архипелага Северная Земля в центральном секторе Российской Арктики между морями Карским и Лаптевых. Непрерывные измерения метана проводились с помощью газоанализатора Picarro G2401 методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии (CRDS, cavity ring-down spectroscopy) в рамках совместного сотрудничества Финского Метеорологического Института (ФМИ) и НИИ Арктики и Антарктики. Данные реанализа предоставлены на сетке с разрешением 0.75° × 0.75° (~ 80 км) с трехчасовым временным интервалом. Данные реанализа для координат рассматриваемой станции были извлечены методом билинейной интерполяции. Для анализа было рассмотрено 14 872 пары значений данных реанализа и инструментальных наблюдений.

В 60.4% случаев значения реанализа CAMS оказываются меньше, чем результаты измерений на станции, при этом среднее отклонение измерений от данных реанализа и его СКО составляют 16.7±14.5 млрд^-1 (0.85%). Превышение измеренных значений над результатами реанализа характерно и для других высокоширотных станций, Алерта и Барроу, что отмечено докладах о верификации базы данных CAMS. Максимальное отклонение наблюдаемых значений от данных реанализа составляет 161.1 млрд^-1 (7.5%), и зафиксировано в феврале 2017 г. Количество случаев, когда модуль разности измеренных и смоделированных значений составляет более 100 млрд^-1, не превышает 0.2 %. Такие расхождения наблюдаются преимущественно в зимние месяцы, а также в августе и сентябре. Основная часть разностей между наблюдаемыми значениями и результатами реанализа CAMS (43.1%) находится в диапазоне от -10 до 10 млрд^-1.

Смоделированный и измеренный ряды наблюдений хорошо коррелируют друг с другом: коэффициент корреляции R за весь период наблюдений равен 0.82±0.01. При этом в отдельные месяцы наблюдается более худшая сопоставимость. Наименьшие значения коэффициента корреляции отмечены в марте 2016 г. (R = 0.55), июле 2016 г. (R = 0.52), апреле 2019 г. (R = 0.41), марте 2020 г. (R = 0.47) и июне 2020 г. (R =0.46).

В 2019 и 2020 гг. результаты реанализа значительно ниже измеренных значений по сравнению с другими годами – так, значения среднегодовой разности между данными измерений и реанализом за эти годы составляют 14.0 и 11.7 млрд^-1 соответственно (против -4.6 в 2016 г., 1.8 в 2017 г.  и 1.0 млрд^-1 в 2018 гг.). Оценка межгодового прироста метана по данным реанализа за рассматриваемый период в целом плохо сопоставима с оценкой по данным наблюдений, и не позволяет сделать однозначных выводов об изменчивости метана от года к году.

Сезонная изменчивость метана хорошо воспроизводится данными реанализа, при этом с декабря по апрель включительно данные CAMS выше наблюдаемых значений, а с мая по ноябрь ниже. Максимальные отклонения наблюдаются с августа по октябрь, что может указывать на недооценку данными реанализа вклада источников регионального или локального масштаба в теплый период года.