Propiedades de los aerosoles medidas a partir de observaciones en superficie de espectros de transformada de Fourier dentro de la red “COllaborative Carbon Column Observing Network

La espectroscopia de transformada de Fourier en el infrarrojo (FTIR) es especialmente relevante para los estudios climáticos debido a su capacidad para proporcionar información sobre las estructuras de absorción fina (es decir, gases traza) y en banda ancha (es decir, aerosoles o el espectro de absorción del continuo del vapor de agua) en todo el dominio infrarrojo (IR). En este contexto, este estudio evalúa la capacidad del espectrómetro EM27/SUN portátil y compacto, utilizado dentro de la infraestructura de investigación COCCON (Red Colaborativa de Observación de Columnas de Carbono), para recuperar propiedades espectrales de aerosoles a partir de espectros de absorción solar FTIR de baja resolución (0.5 cm^-1).

El estudio se centra en la estimación del espesor óptico de aerosoles (AOD) y su dependencia espectral en el rango espectral de 873 a 2314 nm a partir de las medidas realizadas dentro del Red COCCON en el Observatorio de Izaña, ubicado en la región subtropical a gran altitud en la isla de Tenerife, España. Estas medidas se llevaron a cabo a través de medidas coincidentes de fotometría solar realizadas dentro de la Red AERONET en un período de tres años, desde diciembre de 2019 hasta septiembre de 2022 (Figura 1).

Figura 1.- Serie temporal, entre diciembre de 2019 hasta septiembre de 2022, de (a) los datos de AOD promedio diario para las ocho bandas espectrales de EM27/SUN y (b) los valores de AOD de CE318-AERONET y EM27/SUN medidos en la banda coincidente de 1020 nm. (c) Evolución del AOD en un período de 14 días en septiembre de 2021. Las imágenes en el panel (c) corresponden al volcán en La Palma (LuzLux/AEMET) y a un evento de polvo sahariano en IZO. Las flechas negras en el panel (a) marcan eventos importantes de AOD: (1) primavera/verano de 2020, (2) polvo mineral en julio y septiembre de 2020, (3) erupción volcánica en La Palma entre septiembre y diciembre de 2021, (4) polvo mineral en junio de 2022 y (5) incendio forestal en julio de 2022.

Esta base de datos coincidente AERONET-COCCON se utilizó para validar estas dos técnicas independientes en el rango espectral común (870-1640 nm), demostrando un excelente acuerdo en las bandas espectrales casi coincidentes (diferencias de AOD promedio limitadas a 0.005, desviaciones estándar de hasta 0.021 y coeficientes de regresión de Pearson de hasta 0.97) (Figura 2).

Figura 2.- Diagrama de dispersión para los valores coincidentes de AOD de EM27/SUN versus CE318-AERONET en (a) de diciembre de 2019 a diciembre de 2020 y (b) de enero de 2021 a septiembre de 2022, considerando las micro-ventanas EM27/SUN B1 (870 nm), B2 (1020 nm) y B5 (1640 nm). El número de coincidencias es de 14,575 y 2,863 en los períodos de enero de 2021 a septiembre de 2022 y diciembre de 2019 a diciembre de 2020, respectivamente.

Estos resultados indican que los instrumentos de baja resolución COCCON son adecuados para la detección de los aerosoles atmosféricos en el espectro infrarrojo, además de la medida de concentraciones precisas de gases traza, siempre y cuando se utilice un procedimiento de calibración sólido (basado en Langley o procedimientos de calibración absoluta) para compensar la degradación óptica del sistema externo (aproximadamente un 0.72% al mes). El estudio también evalúa la capacidad de EM27/SUN para inferir simultáneamente aerosoles y gases traza y relacionar sus fuentes de emisión comunes en dos eventos de estudio: una pluma volcánica de la erupción de La Palma en 2021 y un incendio forestal cercano en Tenerife en 2022. En general, nuestros resultados demuestran el potencial de los instrumentos COCCON portátiles de baja resolución para mejorar la capacidad multiparamétrica de la técnica FTIR para el monitoreo atmosférico.

Para obtener más detalles sobre este trabajo, consulte: Alvárez, Ó., Barreto, Á., García, O. E., Hase, F., García, R. D., Gröbner, J., León-Luis, S. F., Sepúlveda, E., Carreño, V., Alcántara, A., Ramos, R., Almansa, A. F., Kazadzis, S., Taquet, N., Toledano, C., and Cuevas, E.: Aerosol properties derived from ground-based Fourier transform spectra within the COllaborative Carbon Column Observing Network, Atmos. Meas. Tech., 16, 4861–4884, https://doi.org/10.5194/amt-16-4861-2023, 2023.