Variations of methane in the Antarctic atmosphere in 2009–2017 by ground-based and satellite data

• Published in: Arctic and Antarctic Research
• Main Authors: V. Ustinov P., E. Baranova L., K. Visheratin N., M. Grachev I., A. Kalsin V., В. Устинов П., Е. Баранова Л., к Вишератин Н., М. Грачев И., А. Кальсин В.
• Other Authors: The authors are grateful to V.F. Radionov for assistance in the arrangement of activities in Antarctica. The authors are grateful to the research teams that provided the access to the following databases: Giovanni online data system, Goddard Earth Sciences Data and Information Services Center, Network for the Detection of Atmospheric Composition Change, NOAA Global Monitoring Division, Earth System Research Laboratory, as well as to the anonymous reviewers whose comments allowed to improve significantly the content of this paper., Авторы выражают благодарность В.Ф. Радионову за помощь в организации работ в Антарктиде. Авторы признательны коллективам ученых, предоставивших доступ к базам данных: Giovanni online data system, Goddard Earth Sciences Data and Information Services Center, Network for the Detection of Atmospheric Composition Change, NOAA Global Monitoring Division, Earth System Research Laboratory, а также двум анонимным рецензентам, замечания которых позволили значительно улучшить рукопись статьи.
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: Russian
• Published: Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт 2020
• Subjects: Antarctica; ground and satellite data; methane; spectral analysis; total content; Антарктида; метан; наземные и спутниковые измерения; общее содержание; спектральный анализ; Amundsen Scott South Pole Station; Amundsen-Scott; Amundsen-Scott South Pole Station; Antarctic; Arrival Heights; Halley Station; South Pole; The Antarctic; Antarc*; Antarctic Science; Arctic; South pole
• Online Access: https://www.aaresearch.science/jour/article/view/236; https://doi.org/10.30758/0555-2648-2020-66-1-66-81

The article presents the results of systematic measurements (2009−2017) of the total column abundances of methane (TC_CH4 ) and the column-averaged concentration (X_CH4 ) at the Antarctic station Novolazarevskaya. Solar radiation is recorded in the range 2990 – 3006 cm–1 using a diffraction spectrometer with 0.2 cm–1 resolution. The inverse task CH4 total column determining is achieved using the SFIT4 v0.9.4.4 code. The analysis shows that during the measurement period the average TC_CH4 was (3.4±0.8).1019 molecules/cm2 during the measurement period, and the average X_CH4 is (1663±34) ppbv. TC_CH4 trend is (4.5±2.2).1015 molecules/cm2 /month, and X_CH4 trend is (0.28 ± 0.11) ppbv/month. The average TC_CH4 values and trend at Novolazarevskaya are in good agreement with the measurements by the Brucker120HR instrument at the Arrival Heights station. Seasonal variations of atmospheric methane have the maximum in October–November and the minimum in May–July. The trends of surface methane concentrations at Sywa, the Halley station and the Amundsen-Scott South Pole station are 0.59 – 0.61 ppbv/month and exceed the trend of the column-averaged concentration at Novolazarevskaya and AIRS trends for the troposphere (0.24 – 0.32) ppbv/month, due to a decrease in the maximal values of TC_CH4 in the period after 2014. The closest agreement of X_CH4 variations at Novolazarevskaya with AIRS data is observed at the levels of 150–200 hPa. Significant semiannual harmonics varied with height are characteristic of CH4 variations according to the AIRS data. The interference of annual and semiannual harmonics leads to the appearance of two maxima in the seasonal variations of methane with relative position to each other varies with height. The statistical model is developed for all the series considered. It approximates the trend, annual and semi-annual components of CH4 oscillations.The authors have no competing interests. Представлены результаты систематических измерений (2009–2017 гг.) общего содержания и средней по высоте концентрации метана на ст. Новолазаревская. Рассчитанные значения линейных трендов и параметров внутригодовых колебаний атмосферного метана сопоставлены с данными анализа вариаций приземных концентраций метана на станциях Сёва (Sywa), Халли (Halley Station) и Амундсен-Скотт (Amundsen-Scott South Pole Station), общего содержания метана на станции Арривал-Хайтс (ArrivalHeights), а также спутниковыми данными AIRS. Средние значения и тренд общего содержания метана на ст. Новолазаревская и ст. Арривал-Хайтс хорошо согласуются. Для периода измерений 2009–2014 гг. тренд средней по высоте объемной концентрации метана на ст. Новолазаревская совпадает в пределах погрешности с трендом приземных концентраций метана на станциях Сёва, Халли и Амундсен-Скотт, однако в 2015–2016 гг. согласно данным ст. Новолазаревская, Арривал-Хайтс и спутниковым данным наблюдалось замедление роста концентраций метана. Для вариаций средней по высоте объемной концентрации на ст. Новолазаревская и концентрации метана по данным AIRS, наряду с годовыми колебаниями, характерны значительные полугодовые вариации. Для всех рассмотренных рядов построена статистическая модель, которая аппроксимирует трендовую, годовую и полугодовую составляющие колебаний СН4.Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.