Метод автоматизированных измерений ультрафиолетовой радиации и общего содержания озона спектрометром УФОС на сети росгидромета тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.30, кандидат технических наук Соломатникова, Анна Александровна

• Соломатникова, Анна Александровна
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Соломатникова, Анна Александровна

Список применяемых сокращений и терминов.

Введение.

Глава 1 Основные методы и приборы применяемые в озонометрии.

1.1. Прохождение УФ радиации через атмосферу.

1.2. Озонометрическая аппаратура и основные принципы расчёта ОСО.

1.2.1. Спектрофотометр Добсона.

1.2.2. спектрофотометр Брюера.

1.2.3. Фильтровый озонометр М-124.

1.2.4. Другие приборы.

1.3. Современное состояние российской озонометрической сети.

1.4. Оценка возможности применения существующих приборов на сети Росгидромета.

Краткие выводы по главе 1.

Глава 2 Ультрафиолетовый озонный спектрометр УФОС.

2.1. Устройство УФОС.

2.2. Программное обеспечение УФОС и подготовка к испытаниям.

2.3. Эксплуатационные испытания УФОС.

Глава 3. Измерения спектрального состава УФ радиации.

3.1. Ультрафиолетовая радиация, основные свойства.

3.1.1. Разделение по диапазонам.

3.1.2. Воздействие на человека.

3.1.3. Эритемная радиация.

3.2. Современное состояние мониторинга УФ радиации.

3.3. Калибровка приборов для измерения УФ радиации.

3.4. Калибровка экспериментальных образцов УФОС.

3.4.1. Калибровка по длинам волн.

3.4.2. Калибровка в абсолютной шкале по лампам.

3.4.3. Калибровка долгим методом Бугера.

3.5. Результаты измерений спектрального состава УФ радиации экспериментальными образцами УФОС.

Заключение диссертации по теме «Метеорология, климатология, агрометеорология», Соломатникова, Анна Александровна

Основные результаты и выводы по главе 4

-Разработан метод оперативного расчёта ОСО при автоматизированных измерениях спектрального состава зенитной радиации спектрометрами УФОС. Предложенный метод отличается от существующих применением расчётного способа, который опирается на выявленные в ходе работы соотношения между прямой и рассеянной радиацией и исключает необходимость многолетнего набора данных для калибровки прибора.

-Впервые предложен способ оперативного введения поправки на облачность при автоматизированных измерениях ОСО. Изменение спектрального состава УФ радиации из-за влияния облачности и атмосферного аэрозоля оценивается в длинноволновой области (330 - 400 нм), где влияние озона фактически отсутствует, и эта оценка экстраполируется на область поглощения озона.

-Применение предложенного метода расчёта ОСО при измерениях экспериментальными образцами УФОС на станциях Мурманск, Воейково, Цимлянск продемонстрировало его работоспособность. Вместе с тем в процессе отработки и проверки метода были обнаружены существенные недостатки экспериментальных УФОС, увеличивающие погрешность расчёта ОСО и затрудняющие процесс калибровки. Рекомендованы конкретные усовершенствования при разработке опытных образцов УФОС.

-Погрешность расчёта ОСО по предложенной методике без введения коррекции на облачность при измерениях УФОС по ясному небу редко превышает 5 % для отдельного измерения и 2 % для среднедневного значения. Однако, при наличии облачности максимальная ошибка в результате единичного расчета достигала 28 % , а в среднедневном значении - 20%.

-Сравнения результатов расчёта ОСО по методике с введением коррекции на облачность при измерениях экспериментальными образцами УФОС с результатами измерений ОСО спектрофотометом Добсона №108 и станционным озонометром М-124 в Воейково за период апрель-сентябрь 2009 г показал, что относительная погрешность отдельного измерения ОСО спектрометром УФОС-2 при высоте Солнца более 10° составляет не более 7%. Погрешность среднедневных значений редко превышает 3%.

- Значительные погрешности в результатах измерений ОСО обусловлены прежде всего техническим несовершенством и нестабильностью работы экспериментальных инструментов, но очевидно, что предложенная методика расчета ОСО уже при использовании экспериментальных образцов, обеспечивает автоматизированные измерения ОСО, сравнимые по точности с точностью измерений фильтровыми озонометрами М-124. При производстве усовершенствованных опытных образцов УФОС точность измерений должна существенно повыситься.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Соломатникова, Анна Александровна, 2010 год

1. Александров Э.Л., Ю.А. Израэль, И.Л. Кароль, А.Х. Хргиан Озонный щит земли и его изменения. СПб. Гидрометеоиздат 1992 288 с

2. Боэюков Р.Д. Изменяющийся озоновый слой. // 1995, ВМО, 32 с.

3. Гараджа М.П., Незвалъ Е.И. Влияние аэрозольной составляющей атмосферы на спектральное распределение солнечной радиации. Метеорология и гидрология, 1984, No4. с. 62-69.

4. Гущин Г.П., Виноградова Н.Н. Суммарный озон в атмосфере. 1983 // Л.: Гидрометеоиздат, 241 с.

5. Гущин Г.П., Соколенко С.А. Новый малогабаритный озонометр М-124, предназначенный для измерения суммарного озона. 1987 // Атмосферный озон. Тр. VI Всесоюз. Симпоз. Ленинград, 15-17 мая 1985 г. Л., -С. 49-56.

6. Гущин Г.П. Исследование атмосферного озона. 1963 // Л.: Гидрометеоиздат, 269 с.

7. Гущин Г.П. Методы, приборы и результаты измерения спектральной прозрачности атмосферы. 1988 // Л.: Гидрометеоиздат, 200 с.

8. Еланский Н.Ф. В.В. Савиных, А.Я. Арабов, А.Ф. Нерушев, В.В. Васильев, Т.В. Козина, И. В. Галкина, К. Лэмб. Результаты калибровки российских спектрофотометров Брюера, проведенной в июле 2001 г. 2002. Изв. РАН, ФАО, т.38, № 14, с. 574-576

9. Кузнецов Г.И. Многоволновая методика и аппаратура для исследования атмосферного озона и аэрозоля Изв. АН СССР. ФАО, 1975, т.11, № 6 с.647-651

10. Озонометр М-124. Методика поверки. МИ-1244-99. // СПб, ВНИИМ им. Д.И.Менделеева, 1999, 10 с.

11. Перов С.П., А.Х. Хргиан Современные проблемы атмосферного озона. Л. Гидрометеоиздат 1980, 288 с.

12. Пивоварова З.И., Краюшкина Т.А. К вопросу о понижении прозрачности атмосферы // Труды ГГО. 1970. Вып.263. С.19-38

13. Ромашкина К.И. Усовершенствованная методика градуировки озонометра М-83 по свету от зенита неба. 1984 // Труды ГГО, вып. 472, с.74-82

14. Ромашкина КМ. А,М. Шаламянский Некоторые вопросы методики измерения содержания озона на сети озонометрических станций Труды ГГО 1980 вып.445

15. Тимофеев Ю.М., А.В. Васильев, 2003: Теоретические основы атмосферной оптики. СПб, "Наука", 475с.

16. Хргиан А.Х. Физика атмосферного озона.// JI. Гидрометеоиздат, 1973, 201с.

17. Чубарова Н. Е. Влияние аэрозоля и атмосферных газов на ультрафиолетовую радиацию в различных оптических условиях, включая условия дымной мглы 2002 г. Доклады Академии Наук РАН, т.394, №1, 2004, стр. 105-111

18. Чубарова Н.Е. Оценка влияния облачности на приход ультрафиолетовой радиации. Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук, Москва, 1992, 196 стр.

19. Чубарова Н.Е. Ультрафиолетовая радиация у земной поверхности. Диссертация на соискание ученой степени доктора географических наук, Москва, 2007, 348 стр.

20. Шаламянский A.M. К методике определения содержания озона по свету от зенита неба Труды ГГО, 1976, вып. 357

21. Шаламянский A.M. Озонометрическая сеть СНГ. // Метеорология и гидрология, 1993, №9

22. Шаламянский A.M., А.Л. Второе, В.И. Привалов, А.А. Елисеев, А.И. Сербии. Аппаратура для комплексных измерений общего содержания озона и ультрафиолетовой радиации на озонометрических станциях. // Оптический журнал, 1998, т. 65, № 5, с.52 -57.

23. Шаламянский A.M., Ромашкина К.И., Игнатенко В.М. Усовершенствование методики измерений ОСО по свету от зенита неба. // Труды ГГО, 2002, вып. 582, с. 102-109.

24. Шаламянский A.M. Озонометрическая сеть СНГ. 1993// Метеорология и гидрология, № 9

25. Шаламянский A.M., К.И. Ромашкина, В.И. Привалов. Сравнительный анализ методов и приборов для наземных измерений общего содержания озона. 2004 // Прикладная метеорология, Труды НИЦ ДЗА (филиала ГГО), вып. 5 (553), С. 187-206.

26. Atmospheric Ozone 1985, WMO Global Ozone Res. and Monil. Proj., 1986, Rep. No 16, Geneva.

27. Bates D.R. Rayleigh scattering by air. 1984 Planet. Space Sci., 32, pp.785-790

28. Basher R.E. Review of the Dobson Spectrophotometer and its accuracy. WMO, Global ozone res. and Monit. Proj., 1982, Rep.Nol3, 94 pp. Geneva, Switzerland

29. Basher R.E. and R.W.L. Thomas Atmospheric aerosol effect on Dobson total ozone measurements: A simple approach. 1979, Appl. Opt., 18, ррЗЗб 1-3362

30. Bemporad A., Sagio di una nuova formula empirica per rappresentare il modo di variave dells rdiazione solare col variare dello spressore atmosferico attraversato daii raggi. 1907, Alti R. Accad. Lincei, ser.5, 16, pp. 66-71

31. G. Bernhard, C. R. Booth, and R. McPeters, "Calculation of total column ozone from global UV spectra at high latitudes," 2003, J. Geophys. Res. 108-D17 4532.

32. Bernhard, G., C.R. Booth, and J.C. Ehramjian (2004), Version 2 data of the National Science Foundation's Ultraviolet Radiation Monitoring Network: South Pole, J. Geophys. Res., 109, D21207, doi: 10.1029/2004JD004937.

33. Brewer A.W. A replacement for the Dobson spectrophotometer // Pure and Applied Geophysics. 1973, v. 106 p.108.

34. Brewer A.W. A replacement for the Dobson spectrophotometer 1973 // Pure and Applied Geophysics. ,vol. 106 p.108.

35. Callies, J., E. Corpaccioli, M. Eisinger, A. Hahne and A. Lefebvre GOME-2 MetOp's Second Generation Sensor for Operational Ozone Monitoring -ESA Bulletin, No. 102, May 2000

36. Dahlback A., "Measurements of biologically effective UV doses, total ozone abundances, and cloud effects with multichannel, moderate bandwidth filter instruments", Appl. Opt., 35(33), 6514-6521, 1996

37. Dobson G.M.B. Adjustment and calibration of the ozone spectrophotometer. 1957a, Ann. IGY, part 1, pp. 90-113.

38. Dobson G.M.B. Observers' handbook for the ozone spectrophotometer. 1957b, Ann. IGY, part 1, pp. 46-89.i

39. Dubovik ()., King M. D. A flexible inversion algorithm for retrieval of aerosol optical properties from Sun and sky radiance measurements. J. of Geophys. Res., vol. 105, № D16, 2000, pp. 20673-20696.

40. Evans W.F.J., A.J. Forester, G.S.Henderson, J.B.Kerr, R.K.Vuppturi, D.I. War die, Stratospheric ozone science in Canada: A.N. agenda for research and monitoring. Atmospheric Environment report 1987,ARD-87-3, 127 pp.

41. Feister,U, Gericke K. Cloud flagging of UV spektral irradiance measurements. 1998 //Atmos.Res. -vol 49 № 2,-ppl 15-138.

42. F. Goutail, A. Pazmino, E. D'Almeida Equipe SAOZ Version 1.7e- 2009

43. R.B.A. Koelemeijer, P. Stammes, J. W. Hovenier and J. F. de Haan A fast method for retrieval of cloud parameters using oxygen A-Band measurements from GOME-./ Geophys. Res., Vol 106,3475-3490, 2001

44. Komhyr W.D., Grass R.D Dobson ozone spectrophotometer, J.Appl. Meteorol., 1972, 22 (5) p. 858-863

45. Komhyr W.D., Operation handbook Ozone observation with a Dobson sSpectrophotometer, WMO, 1980, Rep .No 6, 125 pp

46. Komhyr W.D., Grass R.D. Leonard R.K., Dobson Spectrophotometer 83: A Standard for Total Ozone Measurements, 1962-1987. JGR, 1989, vol. 94, No D7, p.9847-9861

47. Liudchik A.M. Concept of selfcalibration for the network total ozone ozone meters. GAW Workshop for WMO RA VI, May 27-30, 2002 Riga

48. Loyola D., Erbertseder Т., Balis D., Lambert J.-C. et.al Transition from GOME and SCIAMANCHY to GOME-2 //2009, proceeding of the symposium "Twenty Years of Ozone Decline" p.p. 213-237

49. B. Mayer and A. Kylling. Technical Note: The libRadtran software package for radiative transfer calculations: Description and examples of use. Atmos. Chem. Phys., 5:1855-1877, 2005.

50. Molina L.T., M.J. Molina Absolute absorption cross-sections of ozone in the 185 to 350 nm wavelength range. 1986, JGR., 91, p. 14.501-14.508

51. Pommereau J.F, F.Goulail, A.Sarkissian, P.Eriksen, E.Kyro Ground-based total ozone measurements by visible spectrometry in polar regions Quadrennial Ozone Symposium Abstracts June 4-13, 1992, p.360

52. Smirnov A., Holben B. N., Eck T. F., Dubovik O. and Slutsker I. Cloud-screening and quality control algorithms for the AERONET database. Rem. Sens. Environ., №73, 2000, pp. 337-349.

53. Schwander, К, P. Koepke, A. Kaifel, and G. Seckmeyer (2002), Modification of spectral UV irradiance by clouds, J. Geophys. Res., 107(D16), 4296, doi: 10.1029/2001JD001297.

54. WMO-UMAP Workshop on broad band UV-radiometers (Garmish-Partenkirchen, Germany, 22-23 April 1996) //WMO Report No 120, 45 pp.

55. WMO/UNEP Global Ozone Research and Monitoring Project No.3 Report ofWMO's first

56. UV meeting Geneva May 1977 i

57. Guidelines for Site Quality Control of UV Monitoring (lead author A.R. Webb) (WMO TD No. 884) 126

58. Instruments to Measure Solar Ultraviolet Radiation, Part 1: Spectral Instruments (lead author G. Seckmeyer) (WMO TD No. 1066) 125

59. Ultraviolet Ground- and Space-based Measurements, Models, and Effects, Proceedings of SPIE — Volume 4482, January 2002James R. Slusser, Jay R. Herman, Wei Gao, Editors,, pp. 15-22