Spektrofotometr ozonowy Dobsona
 Spektrofotometr Dobsona D071 w Obserwatorium Meteorologicznym Lindenberg.
| |
| Typ | Spektrofotometr ultrafioletowy |
|---|---|
| Wynaleziony | Gordona Dobsona |
| Pierwsza produkcja | 1924 |
Spektrofotometr Dobsona , znany również jako Dobsonmeter , Spektrometr Dobsona lub po prostu Dobson , jest jednym z najwcześniejszych przyrządów służących do pomiaru ozonu atmosferycznego .
Historia
Spektrometr Dobsona został wynaleziony w 1924 roku przez Gordona Dobsona . Historia rozwoju instrumentu znajduje się tutaj, a przykład jednego z własnych instrumentów Dobsona pozostaje na wystawie na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Oksfordzkiego.
Operacja
Spektrofotometry Dobsona mogą być używane do pomiaru zarówno całkowitego ozonu w kolumnie, jak i profili ozonu w atmosferze . Ozon to trójatomowy tlen, O3 ; Cząsteczki ozonu pochłaniają szkodliwe promieniowanie UV w atmosferze, zanim dotrze ono do powierzchni ziemi. Żadne promieniowanie UVC nie przenika do gruntu, ponieważ jest pochłaniane w obiegu ozonowo-tlenowym . [ potrzebne źródło ] Jednak niektóre dłuższe i mniej szkodliwe promieniowanie UVB oraz większość promieniowania UVA nie jest pochłaniana, ponieważ ozon jest mniej nieprzepuszczalny dla tych częstotliwości, więc przenikają one do poziomu gruntu Ziemi w większych ilościach. Zastosowane źródła światła mogą się różnić. Oprócz bezpośredniego światła słonecznego można wykorzystać światło z bezchmurnego nieba, księżyca lub gwiazd .
Spektrometr Dobsona mierzy całkowity ozon, mierząc względne natężenie promieniowania UVB docierającego do Ziemi i porównując je z promieniowaniem UVA na poziomie gruntu. Gdyby cały ozon został usunięty z atmosfery, ilość promieniowania UVB równałaby się ilości promieniowania UVA na ziemi. Ponieważ ozon istnieje w atmosferze, spektrometr Dobsona może wykorzystać stosunek promieniowania UVA i UVB na ziemi do określenia, ile ozonu jest obecnego w górnej atmosferze, aby pochłonąć promieniowanie UVC.
Współczynnik określa się, obracając pokrętło R, które można obracać o pełne 300° na instrumencie. Spektrometr porównuje dwie różne długości fal, UVB (305 nm) i UVA (325 nm), w celu obliczenia ilości ozonu. Po obróceniu pokrętło R filtruje i blokuje światło o długości fali UVA, dopóki intensywność dwóch długości fal światła nie będzie równa. Stosunek dwóch padających długości fal można obliczyć, gdy filtrowane intensywności są takie same. Wyniki są mierzone w jednostkach Dobsona , równych grubości 10 µm ozonu sprężonego do warunków standardowych dla temperatury i ciśnienia (STP) w kolumnie. Gdyby cały ozon w mierzonej kolumnie atmosferycznej był skompresowany do STP, grubość sprężonej atmosfery w mm byłaby równa odpowiedzi w jednostkach Dobsona podzielonej przez 100.
Pionowy rozkład ozonu wyznacza się metodą Umkehra . Ta metoda opiera się na intensywności odbitego, a nie bezpośredniego światła UV . Rozkład ozonu wywodzi się ze zmiany stosunku częstotliwości tych samych par UV w czasie wraz z zachodem słońca. Pomiar „Umkehr” trwa około trzech godzin i dostarcza danych do wysokości 48 km, przy czym najdokładniejsze informacje dotyczą wysokości powyżej 30 km.
Metoda Dobsona ma swoje wady. Silny wpływ na to mają aerozole i zanieczyszczenia w atmosferze, ponieważ one również pochłaniają część światła o tej samej długości fali. Pomiary wykonuje się na niewielkim obszarze w kierunku słońca. Dziś ta metoda jest często używana do kalibracji danych uzyskanych innymi metodami, w tym z satelitów.
Instrumenty i producenci
Niektóre zmodernizowane wersje spektrofotometru Dobsona istnieją i nadal dostarczają danych.
Wykonano około 120 Dobsonometrów, głównie przez firmę R&J Beck z Londynu, z których około 50 jest nadal w użyciu. Najbardziej znane z nich to prawdopodobnie numery 31 i 51, za pomocą których Joe Farman z British Antarctic Survey odkrył dziurę ozonową w 1984 roku. „World Standard Dobson”, nr 83, jest własnością i jest zarządzana przez Departament Handlu Stanów Zjednoczonych, NOAA , podobnie jak norma drugorzędna nr 65.
Najstarszym nadal używanym instrumentem jest instrument nr 8 znajdujący się na dachu Norweskiego Instytutu Polarnego w Ny-Ålesund na Svalbardzie . Ten instrument ma ostatnie zgłoszone dane za rok 1997.
Instrument D003, działający w Kunming w Chinach, przekazywał dane do sierpnia 2009 r. Historię stacji i instrumentów można znaleźć w World Ozone and UV Data Center.
Organizacja Environment Canada ( Alan West Brewer ) opracowała spektrofotometry z podwójnym i pojedynczym monochromatorem, znane jako spektrofotometr „Brewer”, produkowane przez firmę Kipp & Zonen.
Dalsza lektura
- New Scientist, 20 września 2008