Спектрофотометр озона Добсона
 Спектрофотометр Добсона D071 в Линденбергской метеорологической обсерватории. | |
| Тип | Ультрафиолетовый спектрофотометр |
|---|---|
| Изобретенный | Гордон Добсон |
| Первое производство | 1924 |
Спектрофотометр Добсона , также известный как Добсонметр , спектрометр Добсона или просто Добсона , является одним из первых инструментов, используемых для измерения атмосферного озона .
История
[ редактировать ]
Спектрометр Добсона был изобретен в 1924 году британским физиком и метеорологом Гордоном Добсоном . [ 2 ] История развития инструмента здесь. [ 3 ] а образец одного из собственных инструментов Добсона до сих пор выставлен на физическом факультете Оксфордского университета. [ 4 ]
Операция
[ редактировать ]Добсона Спектрофотометры можно использовать для измерения как общего содержания озона в столбе, так и профилей озона в атмосфере . [ 5 ] [ 6 ] Озон – трехатомный кислород O 3 ; Молекулы озона поглощают вредное ультрафиолетовое излучение в атмосфере еще до того, как оно достигнет поверхности земли. УФ-излучение не проникает в землю, поскольку оно поглощается в озоно-кислородном цикле . [ нужна ссылка ] Однако некоторые более длинноволновые и менее вредные лучи UVB и большая часть UVA не поглощаются, поскольку озон менее непрозрачен для этих частот, поэтому они проникают на уровень земли в больших количествах. Используемые источники света могут различаться. Помимо прямого солнечного свет ясного неба, луны или звезд света, можно использовать .
Спектрометр Добсона измеряет общее содержание озона, измеряя относительную интенсивность излучения UVB, достигающего Земли, и сравнивая его с интенсивностью излучения UVA на уровне земли. Если бы весь озон был удален из атмосферы, количество UVB-излучения равнялось бы количеству UVA-излучения на земле. Поскольку озон действительно существует в атмосфере, спектрометр Добсона может использовать соотношение между излучением UVA и UVB на земле, чтобы определить, сколько озона присутствует в верхних слоях атмосферы для поглощения излучения UVC.
Соотношение определяется поворотом R-диска, который можно повернуть на полные 300°, на приборе. Спектрометр сравнивает две разные интенсивности длин волн: UVB (305 нм) и UVA (325 нм). [ 7 ] для расчета количества озона. При повороте R-диск фильтрует и блокирует свет с длиной волны UVA до тех пор, пока интенсивность двух длин волн света не станет одинаковой. Отношение двух длин волн при падении можно рассчитать, если отфильтрованные интенсивности одинаковы. Результаты измеряются в единицах Добсона , что соответствует толщине озона 10 мкм, сжатого до стандартных условий по температуре и давлению (STP) в колонке. Если бы весь озон в измеряемом столбе атмосферы был сжат до STP, толщина сжатой атмосферы в мм равнялась бы ответу в единицах Добсона, разделенному на 100.
Вертикальное распределение озона рассчитывается с использованием метода Умкера . Этот метод основан на интенсивности отраженного, а не прямого УФ-света . Распределение озона определяется изменением соотношения частот одних и тех же УФ-пар со временем по мере захода солнца. Измерение «Умкер» занимает около трёх часов и предоставляет данные на высоте до 48 км, причем наиболее точная информация — на высотах выше 30 км.
Метод Добсона имеет свои недостатки. На него сильно влияют аэрозоли и загрязняющие вещества в атмосфере, поскольку они также поглощают часть света той же длины волны. Измерения производятся на небольшой площади в направлении Солнца. Сегодня этот метод часто используется для калибровки данных, полученных другими методами, в том числе со спутников.
Инструменты и производители
[ редактировать ]Некоторые модернизированные версии спектрофотометра Добсона существуют и продолжают предоставлять данные.
Было изготовлено около 120 добсонметров, в основном компанией R&J Beck из Лондона, из которых около 50 используются по сей день. Самыми известными из них, вероятно, являются № 31 и 51, с помощью которых Джо Фарман из Британской антарктической службы обнаружил озоновую дыру в 1984 году. «Мировой стандарт Добсона», № 83, принадлежит и управляется Министерством торговли США, NOAA. , как и вторичный стандарт, № 65.
Самый старый прибор, который до сих пор используется, — № 8, расположенный на крыше Норвежского полярного института в Ню-Олесунне , Шпицберген . Этот инструмент содержит последние сообщаемые данные за 1997 год.
Прибор D003, работавший в Куньмине, Китай, предоставил данные за август 2009 года. Историю станций и приборов можно найти во Всемирном центре данных по озону и УФ-излучению. [ 8 ]
Министерство окружающей среды Канады ( Алан Уэст Брюэр ) разработало спектрофотометры с двойным и одинарным монохроматором, известные как спектрофотометр «Брюэр», производимые Kipp & Zonen. [ 9 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Добсон, GMB (март 1968 г.). «Сорок лет исследований атмосферного озона в Оксфорде: история». Прикладная оптика . 7 (3): 387–405. Бибкод : 1968ApOpt...7..387D . дои : 10.1364/AO.7.000387 . ПМИД 20068600 .
- ^ Оригинальный озоновый спектрометр Добсона, 1926 год. - - Музей науки.
- ^ ГМБ Добсон - март 1968 г. / Том. Т. 7, № 3 / ПРИКЛАДНАЯ ОПТИКА (с. 387 – 405). http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ozwv/dobson/papers/Applied_Optics_v7_1968.pdf
- ^ История | Физический факультет Оксфордского университета
- ^ Обсуждение прибора можно найти здесь: ftp://ftp.cmdl.noaa.gov/dobson/Papers/dobson%20ozone%20spectrophotometer%20overview2.ppsx. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Копию справочника по прибору можно получить в ВМО: http://www.wmo.int/pages/prog/arep/gaw/documents/GAW183-Dobson-WEB.pdf.
- ^ «Спектрометр Добсона» . Архивировано из оригинала 5 декабря 2008 г. Проверено 5 октября 2008 г.
- ^ Главная - Всемирный центр данных по озону и ультрафиолетовому излучению (WOUDC) - [Метеорологическая служба Канады - WOUDC]
- ^ Спектрофотометр Брюэра - Kipp & Zonen. Архивировано 9 апреля 2011 г. в Wayback Machine.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Новый учёный, 20 сентября 2008 г.