Solar absorption infrared spectroscopic measurements over Mexico City: Methane enhancements

ResumenEn este trabajo se describe el experimento para realizar mediciones espectroscópicas de absorción solar en el infrarrojo desde el observatorio atmosférico de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), ubicado en el campus de Ciudad Universitaria en la ciudad de México. El espectrofotómetro por transformada de Fourier en el infrarrojo (FTIR por sus siglas en inglés) opera con el rastreador solar desde junio de 2010, y a partir de los espectros medidos se calculan las densidades totales de columna de varios gases atmosféricos. Se presentan los resultados para el metano (CH4), un contaminante que participa en la formación de ozono y que es importante como gas de efecto invernadero. Las columnas totales obtenidas con alta resolución temporal muestran gran dispersión y variabilidad diaria. Para los análisis que comprenden el periodo junio de 2010 a diciembre de 2011 se obtuvo un valor promedio de 2.88 × 1019 moléculas/cm2 (1.829 ppm) con un intervalo de confianza del 95% entre las 2.62 y 3.14 × 1019 moléculas/cm2. No se puede identificar un ciclo anual claro de los promedios mensuales, lo cual sugiere una afectación significativa de la concentración natural de fondo como resultado de las emisiones locales. Se presentan algunos días con aumentos extraordinarios, y un análisis sencillo de las trayectorias apunta a una dirección predominante desde el noreste del sitio de mediciones. Sin embargo, es probable que las masas contaminadas con metano que pasan sobre el observatorio atmosférico de la UNAM se originen no en una sino en varias fuentes distribuidas por la ciudad de México. Se requiere análisis más detallado de la dinámica de estas masas de aire mediante modelación.

In this work, the experiment for performing solar-absorption infrared measurements from the atmospheric observatory of the Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) located at the university campus in Mexico City is described. The Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer and solar-tracking system have been operating since June 2010, and from the recorded spectra the total column amounts of several atmospheric gases can be derived. The current study presents the results obtained for methane (CH4), an important pollutant involved in ozone production and a rapidly increasing greenhouse gas. The total column amounts, retrieved with high temporal resolution, present a large dispersion and day-to-day variability. A mean value of 2.88 × 1019 molecules/cm2 (1.829 ppm), with a 95% confidence interval between 2.62 and 3.14 × 1019 molecules/cm2, has been obtained for the period from June 2010 to December 2011. No clear annual cycle can be determined from the monthly means due to the large variability in the measurements, suggesting a significant effect of local emissions on the natural background concentrations. Some days with extraordinary enhancements are presented and a simple back trajectory analysis points to a predominant source direction from the northeast of the measurement site. The methane-contaminated air masses passing over the UNAM atmospheric observatory, however, originate presumably not from one but several dispersed sources. A more detailed analysis with modeling of the dynamics of these air masses is required.