Efekt Umkehra

Umkehr to zmienność w czasie stosunku intensywności rozproszenia przy dwóch różnych długościach fal. Słowo to oznacza „odwrócenie” w języku niemieckim. Efekt Umkehra obserwuje się, gdy wykonuje się pomiary za pomocą spektrofotometru ultrafioletowego stosunku natężeń zenitu nieba o dwóch długościach fal w ultrafiolecie słonecznym, gdy słońce znajduje się blisko horyzontu. Krótsza z dwóch długości fal (intensywność I ) jest silnie absorbowana, a druga (intensywność I' ) jest słabo absorbowana. Jeśli wartość log( I / ⁰ I' ) jest wykreślony względem kąta zenitu Słońca , obserwuje się, że ten stosunek logarytmu intensywności maleje wraz ze wzrostem kąta zenitu, aż do osiągnięcia minimum dla kąta zenitu wynoszącego około 8 (gdy długości fal wynoszą 3114 i 3324 A ⁰ ). Efekt ten został po raz pierwszy zauważony przez Götza w 1930 r. Pomiar Umkehra jest zwykle znany jako wartość N i jest podawany przez logarytm o podstawie 10 stosunku intensywności bezchmurnego nieba zenitu przy dwóch różnych długościach fal skalowanych przez mnożnik 100 plus stała, która zależy od instrumentów i promieniowania pozaziemskiego. Metody wyprowadzania rozkładu pionowego z pomiarów umkehr zostały opracowane przez Götza, Dobsona i Meethama w 1934 r. Przy użyciu spektrofotometru ozonu Dobsona opracowanego przez Gordona Dobsona . W 1964 roku Carlton Mateer przedstawił analizę zawartości informacji w pomiarach umkehr.

${\ Displaystyle N (\ teta) = 100 \ log _ {10} {\ Frac {ja (\ lambda ', \theta )}{I(\lambda ,\theta )}}+K}$

Biorąc pod uwagę światło, które w atmosferze jest rozproszone tylko raz, światło odbierane przez instrument na powierzchni pochodzi ze światła rozproszonego w dół ze wszystkich poziomów atmosfery. Ilość światła wnoszonego przez rozpraszanie na danym poziomie zależy od (a) liczby cząsteczek powietrza na tym poziomie oraz (b) absorpcji przez ozon i rozpraszania przez cząsteczki powietrza zarówno przed, jak i po rozproszeniu. Wraz ze wzrostem wysokości udział efektu (a) maleje, a udział efektu (b) wzrasta. Dla danego kąta zenitu wkład światła rozproszonego pochodzi z dobrze określonej warstwy atmosfery, którą można określić jako efektywną wysokość rozpraszania. Efektywna wysokość rozpraszania zależy od współczynnika absorpcji ozonu i kąta zenitu Słońca, zwiększając się jak z każdym z nich. Efektywna wysokość rozpraszania będzie zawsze wyższa dla krótszej długości fali, która jest silniej absorbowana. Gdy słońce zbliża się do horyzontu, dwie intensywności zmniejszają się, ale intensywność zmniejszam się szybciej niż ja” . Jednakże, gdy efektywna wysokość rozpraszania dla krótkiej długości fali jest powyżej maksimum ozonu, I spada wolniej niż I' , ponieważ absorpcja ozonu występuje głównie na krótszej ścieżce pionowej po zdarzeniu rozpraszania, a stosunek I/I' wzrasta do efektywna wysokość rozpraszania dla I' jest również powyżej maksimum ozonu. To odwrócenie (Umkehr) lub inwersja implikuje istnienie maksymalnego stężenia ozonu na pewnym poziomie w atmosferze.

Otrzymany profil ozonu uzyskany z redukcji tych pomiarów jest dość zależny od zastosowanego algorytmu. Najbardziej aktualnym algorytmem jest I. Petropavlovskikh i PK Bhartia (2004). Aktualny opis można znaleźć tutaj: http://www.esrl.noaa.gov/gmd/grad/research/umkehr/

Przykład krzywej Umkehra ze spektrofotometru ozonu Dobsona