The relationship between Carbon dioxide (CO₂) /derived/ from SCIAMACHY.ENVISAT-1, meteorological parameters, and vegetation indices - case study of Poland

• Autorzy: Napiorkowska M. , Tomaszewska M.

Warianty tytułu

PL

Badanie zależności między wartościami dwutlenku węgla w atmosferze pozyskanymi z SCIAMACHY.ENVISAT-1 a parametrami meteorologicznymi oraz wskaźnikami roślinnymi - opracowanie dla obszaru Polski

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The requirement for information concerning air quality with special attention to CO₂ concentration is increasing in different fields of research. Satellite observations could provide information on gases which for special areas could be provided with high temporal resolution. One of the sources of measurements of CO₂ was the SCIAMACHY.ENVISAT-1 (the SCanning Imaging Absorption spectroMeter for Atmospheric CHartographY) sensor. The study that has been introduced as part of the National Project (1600/B/T02/2011/40) of the Institute of Geodesy and Cartography: "Application of new generation satellite data for the assessment of the impact of soil moisture and biomass on carbon balance" relates to the application of CO₂ measurements by the SCIAMACHY sensor for the environment. The main objective of the Project was to use the satellite data as an input to the model of assessing carbon balance. Unfortunately it was not possible to obtain the data from the satellite at the time of carbon in-situ measurements. The paper presents the relationships performed between CO₂ values derived from SCIAMACHY data and meteorological parameters measured at ground stations throughout Poland. Also presented is the relationship between CO₂ and the vegetation index (NDVI) calculated from NOAA satellites, and between CO₂ concentration and the percentage of forest cover in NUTS2 regions in Poland. The correlation between CO₂ and air temperature T has been found to be significant, as well as that between CO₂ and net radiation R_n. In the regional scale it was also concluded that the percentage of forest areas determines the concentration of CO₂ in the air. In addition the seasonal correlation of CO₂ and NDVI was determined. This research might be a contribution for the further analysis of air quality using the Sentinel- 4 and 5 of the COPERNICUS Programme.

PL

Przeważająca ilość metod badających jakość powietrza oraz szacowania strumienia węgla opiera się na pomiarach naziemnych. W celu poszerzenia zakresu tych metod, dane pozyskane poprzez instrument SCIAMACHY znajdujący się na pokładzie satelity ENVISAT (działającego w latach 2002-2012) zostały wykorzystane do opracowania niniejszego artykułu. Badania zostały przeprowadzone w ramach realizowanego w Instytucie Geodezji i Kartografii przez Zakład Teledetekcji grantu naukowego (1600/B/T02/2011/40) o tytule: "Zastosowanie danych satelitarnych nowej generacji do szacowania wpływu wilgotności gleby i roślinności na bilans węgla". Jednym z głównych założeń projektu jest wykorzystanie danych satelitarnych do szacowania bilansu węgla. Artykuł przedstawia uzyskane relacje między wartością dwutlenku węgla (pozyskaną za pomocą SCIAMACHY) oraz danymi meteorologicznymi zebranymi ze stacji pomiarowych zlokalizowanych na obszarze całej Polski. Dodatkowo przeprowadzono badanie dotyczące relacji pomiędzy poziomem zawartego w powietrzu CO₂ a wartością Znormalizowanego Wskaźnika Roślinnego (NDVI) obliczonego na podstawie danych rejestrowanych przez satelitę NOAA, oraz wskaźnikiem lesistości dla obszarów województw. Najbardziej znaczące wyniki uzyskano dla relacji pomiędzy dwutlenkiem węgla a temperaturą powietrza T, jak również pomiędzy CO₂ a gęstością strumienia różnicowego radiacji R_n. Stwierdzono, że poziom lesistości jest związany z ilością CO₂ w powietrzu, a korelacja między CO₂ a NDVI związana jest z sezonowością i rozwojem roślinności. Autorzy uważają, że badanie będzie kontynuowane wraz z umieszczeniem na orbicie satelity z misji Sentinel, przeznaczonego między innymi do badania atmosfery ziemskiej. Ponieważ konstelacja satelitów Sentinel została zaprojektowana w ramach Europejskiego Programu Obserwacji Ziemi: COPERNICUS, dane przeznaczone do badań naukowych będą bezpłatne.

Słowa kluczowe

EN

SCIAMACHY; CO2; meteorological parameters; air temperature; NDVI; radiation; correlation

PL

SCIAMACHY; CO2; parametry meteorologiczne; temperatura powietrza; NDVI; radiacja; korelacja

• Wydawca: Instytut Geodezji i Kartografii
• Czasopismo: Geoinformation Issues
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 5, no. 1(5)
• Strony: 43--56
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Napiorkowska M.

• Institute of Geodesy and Cartography, 27 Modzelewskiego St., PL 02-679 Warsaw, Poland, Tel.: [phone], Fax: [phone]

autor

Tomaszewska M.

• Institute of Geodesy and Cartography, 27 Modzelewskiego St., PL 02-679 Warsaw, Poland Tel.: [phone], Fax: [phone]

Bibliografia

• [1] Allen R.G., Pereira L.S., Raes D., Smith M., (1998): Crop evapotranspiration - Guidelines for computing crop water requirements, Natural Resources Management and Environment Department. FAO - Irrigation and drainage, Paper 56, Rome, http://www.fao.org/docrep/X0490E/x0490e00.htm#Contents.
• [2] Barkley M.P., Monks P.S., Frieß U., Mittermeier R.L., Fast H., Korner S., Heimann M., (2006): Comparisons between SCIAMACHY atmospheric CO2 retrieved using (FSI) WFM-DOAS to ground based FTIR data and the TM3 chemistry transport model, Atmospheric Chemistry and Physics Discussions, No 6, pp. 5387-5425.
• [3] Barkley M.P., Monks P.S., Hewitt A.J., Machida T, Desai A., Vinnichenko N., Nakazawa T, Arshinov M.Yu., Fedoseev N., Watai T, (2007): Assessing the near surface sensitivity of SCIAMACHY atmospheric CO2 retrieved using (FSI) WFM-DOAS, Atmospheric Chemistry and Physics, Vol. 7, Published by Copemicus Publications on behalf of the European Geosciences Union, pp. 3597-3619.
• [4] Bazzaz F., Sombroek w., (1996): Global climate change and agricultural production. Direct and indirect effects of changing hydrological, pedological and plant physiological processes, FAO, John Wiley & Sons Ltd, Chichester http://www. fao.org/docrep/w5183e/w5l83e00.htm#Contents.
• [5] Buchwitz M., Schneising O., Burrows J.P., Bovensmann H., Reuter M., Notholt J, (2007): First direct observation of the atmospheric CO2 year-to-year increase from space, Atmospheric Chemistry and Physics, Vol. 7, Published by Copernicus Publications on behalf of the European Geosciences Union, pp. 4249-4256.
• [6] Dils B., de Maziere M., Müller J.F., Blumenstock T., Buchwitz M., De Beek R., Demoulin P., Duchatelet P., Fast H., Frankenberg C., Gloudemans A., Griffith D., Jones N., Kerzenmacher T., Kramer I, Mahieu E., Mellgvist J., Mittermeier R.L., Notholt J., Rinsland C.P., Schrijver H., Smale D., Strandberg A., Straume A.G., Stremme W., Strong K., Sussmann R., Taylor J, van den Broek M., Velazco V, Wagner T., Warneke T., Wiacek A., Wood S., (2006): Comparisons between SCIAMACHY and ground-based FTIR data for total columns of CO, CH4, CO2 and N2O, Atmospheric Chemistry and Physics, No 6, pp. 1953-1976.
• [7] ESA, (2010): Envisat-1 Product Specifications: SCIAMACHY Products Specifications, Vol. 15, https://earth.esa.int/support-docs/productspecs/index.htm.
• [8] Guo M., Wang X., Li J., Yi K., Zhong G., Tani H., (2012): Assessment of Global Carbon Dioxide Concentration Using MODIS and GOSAT Data, Sensors, Vol. 12, pp. 16368-16389.
• [9] Lim C., Kafatos M., Megonigal P., (2004): Correlation between atmospheric CO₂ concentration and vegetation greenness in North America: CO2 fertilization effect, Climate Research, Vol. 28, pp. 11-22.
• [10] Lyalko V.I., Artemenko I.G., Zholobak G.M., Kostyuchenko Y.V, Levchlik O.I., Sakhatsky O.I., (2009): Evaluating vegetation cover change contribution into greenhouse effect by remotely sensed data: case study for Ukraine, In: Regional aspects of climate-terrestrial-hydrologic interactions in non-boreal Eastern Europe, (eds) P. Groismann and S. Ivanov, Springer, pp. 157-164.
• [11] Reuter M., Bovensmann H., Buchwitz M., Burrows J.P., Connor B.J., Deutscher N.M., Griffith D.W.T., Heymann J., Keppel-Aleks G., Messerschmidt J., Notholt J., Petri C., Robinson J., Schneising O., Sherlock V., Velazco V., Warneke T., Wennberg P.O., Wunch D., (2011): Retrieval of atmospheric CO2 with enhanced accuracy and precision from SCIAMACHY: Validation with FTS measurements and comparison with model results, Journal of Geophysical Research, Vol. 116, pp. 1-13.
• [12] Reuter M., Bovensmann H., Buchwitz M., Burrows J.P., Heymann J., Hilker M., Schneising O., (2013): Algorithm Theoretical Basis Document Version 2 (ATBDv2) - The Bremen Optimal Estimation DOAS (BESD) algorithmjor the retrieval of XCO2 (in preparation;.http://www.iup.uni-bremen.de/-mreuter-atbd_besd_v2.pdf).
• [13] Rouse K.W., Haas R.H., Schell J.A., Deering D.W., (1974): Monitoring vegetation systems in the great Plains with ERTS, 3rd ERTS Symposium, NASA SP-351 I, pp. 309-317.
• [14] Statistical Yearbook, (2011); The Concise Statistical Yearbook of Poland, the Polish Central Statistical Office, as on 31/12/2010.
• [15] Wang K., Jiang H., Zhang X., Zhou C., (2011): Analysis of spatial and temporal variations of carbon dioxide over China using SCIAMACHY satellite observations during 2003-2005, International Journal of Remote Sensing, Vol. 32, No 3, pp. 815-832.