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ग्लोब हैंडहेल्ड सन फोटोमीटर का उपयोग करके वायुमण्डल की ऑप्टिकल मोटाई का मापन

Published: May 29, 2019 doi: 10.3791/59257
Automatic Translation
1, 1
1Department of Physics, Xavier University of Louisiana

Summary

यहां प्रस्तुत तरीकों का लक्ष्य वातावरण के एयरोसोल ऑप्टिकल मोटाई को मापने के लिए है । सूर्य प्रकाशमापी सूर्य पर बताया गया है और एक अंतर्निहित डिजिटल वोल्टमापी पर प्राप्त सबसे बड़ा वोल्टेज पठन दर्ज किया गया है । वायुमण्डलीय दाब तथा आपेक्षिक आर्द्रता जैसे वायुमंडलीय मापन भी निष्पादित किए जाते हैं ।

Abstract

यहाँ, हम ग्लोब हैंडहेल्ड सन फोटोमीटर का उपयोग करके एयरोसोल ऑप्टिकल मोटाई के मापन का वर्णन करते हैं । एयरोसोल ऑप्टिकल मोटाई (AOT) लुइसियाना के जेवियर विश्वविद्यालय में मापा गया था (XULA, २९.९६ ° एन, ९०.११ ° डब्ल्यू और समुद्र स्तर से ऊपर 3 मीटर) । यह मापन दो विभिन्न तरंगदैर्ध्य, ५०५ एनएम और ६२५ एनएम पर किया गया था । AOT मापन एक दिन में 6 बार किया गया (सुबह 7, 9 बजे, 11 बजे, सौर दोपहर, 3 बजे और 5 बजे) । इस कागज में दिखाया गया डेटा मासिक औसत AOT मूल्यों सौर दोपहर में लिया जाता है । प्रत्येक मापन समय के दौरान; सूरज की रोशनी वोल्टेज वी और अंधेरे वोल्टेज वीअंधेरे के कम से पांच मूल्यों प्रत्येक चैनल के लिए लिया जाता है । इन पांच मापन के लिए माध्य उस मापन समय के लिए औसत के रूप में लिया जाता है । तापमान, सतही दबाव, वर्षा और सापेक्ष आर्द्रता जैसे अन्य मौसम संबंधी आंकड़ों को भी उसी समय मापा जाता है । पूरा प्रोटोकॉल 10 से 15 मिनट की समयावधि में पूरा हो जाता है । मापा aot मान पर ५०५ एनएम और ६२५ एनएम तो तरंग दैर्ध्य ६६७ एनएम, ५५१ एनएम, ५३२ एनएम और ४९० एनएम के लिए aot मूल्यों एक्सट्रपलेशन करने के लिए उपयोग किया जाता है । मापा और extrapolated AOT मूल्यों तो पास AERONET स्टेशन से मूल्यों के साथ तुलना में वेव सीआईएस साइट 6 (AERONET, २८.८७ ° एन, ९०.४८ ° डब्ल्यू और ३३ मीटर समुद्र तल से ऊपर), जो के बारे में है ९६ दक्षिण XULA से किमी । इस अध्ययन में हम सितंबर २०१७ से अगस्त २०१८ के लिए एक 12 महीने की अवधि के लिए AOT के वार्षिक और दैनिक रूपांतरों ट्रैक । हम भी एक XULA साइट पर दो स्वतंत्र रूप से कैलिब्रेटेड ग्लोब handheld सूर्य photometers से AOT डेटा की तुलना में । आंकड़ों से पता चलता है कि दोनों उपकरण उत्कृष्ट समझौते में हैं ।

Introduction

वायुमंडलीय एयरोसोल मिनट ठोस और तरल कणों (submicron से मिलीमीटर आकार को लेकर) हवा में निलंबित कर रहे हैं । कुछ एयरोसोल्स मानव गतिविधि के माध्यम से उत्पादित कर रहे हैं और अन्य प्राकृतिक प्रक्रियाओं1,2,3,4द्वारा उत्पादित कर रहे हैं । वायुमंडल में एयरोसोल सूर्य से प्रकाश और तापीय विकिरण को बिखेरते या अवशोषित करके पृथ्वी की सतह पर पहुंचने वाली सौर ऊर्जा की मात्रा को कम करते हैं । वातावरण में एयरोसोल की मात्रा स्थान और समय के साथ महत्वपूर्ण रूप से बदलती रहती है । वहां मौसमी और वार्षिक परिवर्तन के रूप में के रूप में अच्छी तरह से बड़े धूल तूफान, जंगली आग या ज्वालामुखी विस्फोट5,6,7,8के रूप में घटनाओं के कारण प्रासंगिक परिवर्तन कर रहे हैं ।

जलवायु पर और सार्वजनिक स्वास्थ्य पर एयरोसोल के प्रभाव वर्तमान पर्यावरण अनुसंधान में प्रमुख विषयों में से एक हैं । एयरोसोल सूर्य से प्रकाश और तापीय विकिरण को प्रकीर्णन या अवशोषित करके और बादलों के निर्माण में संघनन नाभिक के रूप में कार्य करके मौसम को प्रभावित करता है । एयरोसोल हवा में रोगजनकों के फैलाव में भी भूमिका निभाता है और वे श्वसन और हृदय रोगों का कारण या वृद्धि कर सकते हैं । एयरोसोल ऑप्टिकल मोटाई (AOT) सूर्य के प्रकाश की मात्रा है कि अवशोषित या इन एयरोसोल्स द्वारा बिखरे हुए है की एक उपाय है । वहां कई जमीन आधारित aot9,10,11की निगरानी के लिए तरीके हैं । ग्राउंड बेस्ड एओटी मॉनिटरिंग सिस्टम का सबसे बड़ा एयरोसोल रोबोटिक नेटवर्क (एयरोनेट) प्रोजेक्ट है । Aeronet पर ४०० निगरानी स्टेशनों दुनिया भर में फैले12,13का एक नेटवर्क है । निगरानी स्टेशनों की इस बड़ी संख्या के बावजूद, अभी भी दुनिया भर में बड़े अंतराल है कि AOT के लिए निगरानी नहीं कर रहे हैं । एक उदाहरण के रूप में, हमारे अध्ययन स्थल से निकटतम AERONET स्टेशन के बारे में ९० किमी दूर है । यह पेपर एक पोर्टेबल हैंडहेल्ड सन फोटोमीटर के इस्तेमाल का वर्णन करता है जिसे AERONET मॉनिटरिंग स्टेशनों के बीच के अंतराल को पाटने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । पोर्टेबल handheld सूर्य प्रकाशमापी एक वैश्विक एयरोसोल निगरानी नेटवर्क14,15में दुनिया भर के छात्रों द्वारा उपयोग के लिए एक आदर्श साधन है । वैश्विक शिक्षा और अवलोकन पर्यावरण (ग्लोब) कार्यक्रम के लाभ के लिए इस तरह के एक नेटवर्क के लिए एक मंच प्रदान करता है, संयुक्त राज्य अमेरिका के सभी ५० राज्यों में स्कूलों के हजारों के माध्यम से और लगभग १२० अंय देशों में16,17 . ग्लोब कार्यक्रम के प्राथमिक विचार के लिए सभी दुनिया भर में छात्रों का उपयोग करने के लिए पर्यावरणीय मानकों के वैज्ञानिक मूल्यवान मापन उपलब्ध कराने के सस्ते उपकरणों का उपयोग कर रहा है । उचित मार्गदर्शन के साथ, छात्रों और अंय गैर विशेषज्ञ हाथ में सूर्य photometers के नेटवर्क के लिए AERONET निगरानी स्टेशनों के बीच अंतराल को भरने के लिए फार्म कर सकते हैं । हैंडहेल्ड सन फोटोमीटर का सबसे बड़ा फायदा यह है कि इसे दुनिया के दूरदराज के हिस्सों तक भी पहुंचाया जा सकता है । अन्य छोटे और परिtransportable उपकरणों के साथ aot माप सफलतापूर्वक अतीत में अनुसंधान अध्ययन करने के लिए उपयोग किया गया है दूरदराज के क्षेत्रों का उपयोग करने के लिए कठिन और17,18

इस अध्ययन के मुख्य लक्ष्य के लिए ग्लोब हाथ में सूर्य photometers का उपयोग करने के लिए हमारे XULA अध्ययन स्थल पर वार्षिक, दैनिक और AOT के प्रति घंटा भिंनता ट्रैक और एक पास AERONET स्टेशन से माप के साथ तुलना है । यह पेपर २०१७ सितंबर से अगस्त २०१८ के बीच 12 महीने की अवधि का डाटा पेश करता है । यह XULA साइट के लिए पहली बार AOT दर्ज की गई है । ग्लोब सूर्य प्रकाशमापी दो तरंग दैर्ध्य, ५०५ एनएम और ६२५ एनएम पर AOT उपाय । वेव सीआईएस साइट पर AERONET साइट 6 उपाय 15 विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर AOT । हमारी तुलना के लिए हम इन 4 तरंग दैर्ध्य, ६६७ एनएम, ५५१ एनएम, ५३२ एनएम और ४९० एनएम पर ध्यान केंद्रित किया । हमने इन्हें चुना क्योंकि ये ग्लोब सन फोटोमीटर तरंगदैर्ध्य के सबसे पास 4 एरोनेट तरंगदैर्ध्य हैं । तुलना करने के लिए, हम XULA साइट के लिए इन तरंग दैर्ध्य पर AOT मूल्यों extrapolated ।

AOT के माप हर दिन किया जाता है जब मौसम की स्थिति की अनुमति । माप है कि जब वहां सूरज के आसपास के भीतर सिरस बादलों रहे है विश्लेषण में शामिल नहीं किए गए हैं । सारणी 1 में प्रत्येक माह में उन दिनों की संख्या को दर्शाया गया है, जो हमें पूरी तरह से स्पष्ट आकाश था । कुल मिलाकर, लिए गए आंकड़ों के लगभग ४७% को बाहर रखा गया ।

महीना सितम्बर अक्टूबर नवम्बर दिसम्बर जनवरी फ़रवरी मार्च अप्रैल हो सकता है जून जुलाई अगस्त
दिनों की संख्या 18 20 16 15 15 15 16 15 18 15 15 16

सारणी 1: AOT मापन किया गया था 6 बार एक दिन (7:00 am, सुबह 9, 11, सौर दोपहर, 3 am, और 5 am) । भूखंडों पर दिखाए गए आंकड़े मासिक औसत AOT मान सौर दोपहर में लिया जाता है । प्रत्येक मापन समय के दौरान; सूरज की रोशनी वोल्टेज वी और अंधेरे वोल्टेज वीअंधेरे के कम से पांच मूल्यों प्रत्येक चैनल के लिए लिया जाता है । इन पांच मापन के लिए माध्य उस मापन समय के लिए औसत के रूप में लिया जाता है । इन माप में त्रुटि इन पाँच मापन के मानक विचलन के रूप में परिकलित की जाती है । AOT मूल्यों16नीचे दिखाए गए समीकरण का उपयोग कर प्राप्त कर रहे हैं:

Equation 1

द सूर्य प्रकाशमापी का अंशांकन स्थिरांक है, आर खगोलीय इकाइयों में पृथ्वी-सूर्य की दूरी है, वीडार्क है डार्क वोल्टेज रिकॉर्ड किया जाता है जब प्रकाश के शीर्ष कोष्ठक पर छेद के माध्यम से पारित करने से अवरुद्ध है सूर्य प्रकाशमापी, ट सूर्य प्रकाशमापी से अभिलेखित प्रकाश वोल्टता है, जब ऊपरी कोष्ठक पर होल के माध्यम से रोशनी गुजरती है , तो रेले प्रकीर्णन, च् तथा च0 के कारण प्रकाश के क्षीणन का प्रतिनिधित्व करता है । मापा और मानक वायुमंडलीय दबाव क्रमशः रहे हैं, और एम रिश्तेदार हवा द्रव्यमान है । सापेक्ष वायु द्रव्यमान की गणना राष्ट्रीय ओशियानिक एवं वायुमंडलीय प्रशासन (एनओएए) द्वारा उपलब्ध कराए गए आंकड़ों से की जाती है । तापमान, वर्षा और सापेक्ष आर्द्रता जैसे अन्य मौसम संबंधी आंकड़ों को भी उसी समय मापा जाता है । ऊपर दिए गए समीकरण के अनुसार ओजोन से ऑप्टिकल मोटाई का योगदान भी शामिल है । एओटी मूल्यों पर ओजोन के प्रभाव की गणना ओजोन अवशोषण गुणांक के सारणीबद्ध मूल्यों और वायुमंडल में ओजोन राशि के बारे में अनुमान के आधार परकी जाती है । Bucholtz20,21 मानक वायुमंडल पर आधारित एकआर के सारणीबद्ध मूल्यों का उत्पादन किया गया है. ५०५ एनएम चैनल एआर ≈ ०.१३८१३ के लिए और ६२५ एनएम चैनल के लिए यह ~ ०.०५७९३ है ।

यहां प्रस्तुत डेटा कैसे छात्रों की टीमों को लंबे और निरंतर AOT माप लेने के लिए आयोजित किया जा सकता का एक उदाहरण का प्रतिनिधित्व करता है । इस अध्ययन में, दो छात्र टीमों के दो स्वतंत्र रूप से calibrated ग्लोब हाथ में सूरज photometers का इस्तेमाल हमारे XULA अध्ययन स्थल पर वातावरण के एयरोसोल ऑप्टिकल मोटाई के वार्षिक, दैनिक और प्रति घंटा परिवर्तन ट्रैक । इस जांच में इस्तेमाल होने वाले दो ग्लोब सन फोटोमीटर ईईएसआरई (इंस्टीट्यूट फॉर अर्थ साइंस रिसर्च एंड एजुकेशन) से खरीदे गए थे, इनमें एक का सीरियल नंबर RG8-989 और दूसरे का सीरियल नंबर RG8-990 था) था । इससे पहले कि दोनों उपकरणों से डेटा संयुक्त किया जा सकता है, एक प्रतिगमन विश्लेषण किया गया था करने के लिए समझौते का पता लगाने

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Protocol

1. प्रकाशमापी संक्रिया

नोट: ये प्रोटोकॉल एक साथ काम कर रहे दो लोगों द्वारा सबसे अच्छा किया जाता है । एक व्यक्ति सूर्य प्रकाशमापी को धारण और संरेखित करता है जबकि दूसरा व्यक्ति मापन का रिकॉर्ड रखता है ।

  1. जीपीएस का उपयोग कर साइट के लिए देशांतर और अक्षांश उपाय. साइट पर, पहला कदम संवेदक मेनू से सेंसर सेट-अप का चयन करके जीपीएस को सक्रिय करने और जीपीएस का चयन करने के लिए है । एक बार जीपीएस पर्याप्त उपग्रहों का अधिग्रहण कर लिया है, अक्षांश और देशांतर मूल्यों को प्रदर्शित किया जाएगा । एक बार मान प्रदर्शित होते है तो डेटा एकत्रित करें और तब सहेजें दबाएं ।
  2. सुनिश्चित करें कि सूर्य प्रकाशमापी अच्छी तरह से काम कर रहा है । एक ठीक से calibrated सूर्य प्रकाशमापी के एक स्थिर वोल्टेज का उत्पादन करना चाहिए ~ ०.०३ V घर के अंदर और अप करने के लिए 5 वी जब प्रकाश डिटेक्टर पर निर्देशित है । ग्लोब सूर्य प्रकाशमापी पर वोल्टमापी सूर्य प्रकाशमापी पर निर्मित है ।
  3. हवा के तापमान रिकॉर्ड । यदि कांच तापमापी में अल्कोहल का उपयोग करते हैं, तो स्थिर पठन को रिकॉर्ड करने से पहले थर्मामीटर को बाहर के तापमान पर समायोजित करने के लिए 3-5 मिनट दें । यदि सूर्य प्रकाशमापी के इन-बिल्ट थर्मामीटर का उपयोग कर रहे हैं, तो रोटरी स्विच को टी में बदलें और वोल्टमापी पर वोल्टेज रीडिंग रिकॉर्ड करें । १०० से गुणा होने से वोल्टेज रीडिंग उस समय डिग्री सेल्सियस में हवा का तापमान दे देगी ।
  4. रोटरी स्विच को सन फोटोमीटर के ग्रीन चैनल पर सेट करें ।
  5. क्या एक व्यक्ति सूर्य प्रकाशमापी संरेखित करें ताकि प्रकाश शीर्ष ब्रैकेट पर छेद के माध्यम से गुजर एक सूरज की रोशनी स्थान पर केंद्रित है नीचे कोष्ठक पर रंग का डॉट । सर्वोत्तम परिणामों के लिए, एक मेज और एक कुर्सी का उपयोग करें । सूर्य प्रकाशमापी को संरेखित करने वाले व्यक्ति को कुर्सी पर बैठना चाहिए और स्थिर पठन प्राप्त करने के लिए मेज पर अपने हथियार रखने चाहिए ।
  6. दूसरा व्यक्ति वोल्टमापी पर पढ़ने का रिकॉर्ड हो । यह सुनिश्चित करें कि एक रीडिंग लेने से पहले डॉट पर सूर्य स्थान स्थिर है । वोल्टेज पढ़ने उतार चढ़ाव है, तो बस दिखाया अधिकतम मूल्य रिकॉर्ड.
  7. जिस समय रीडिंग ली गई थी, उसे रिकॉर्ड कर लिया । समय निकटतम 30 s करने के लिए रिकॉर्ड किया जाना चाहिए । एक डिजिटल वॉच इस उद्देश्य को एक एनालॉग से बेहतर कार्य करता है ।
  8. डार्क वोल्टेज प्राप्त करें । क्या नीचे बैठे व्यक्ति को सूर्य प्रकाशमापी को एक हाथ से सूर्य की ओर संरेखित रखें और फिर दूसरे हाथ से एक अंगुली से शीर्ष कोष्ठक पर बने छिद्र को ढक दें । दूसरा व्यक्ति वोल्टेज रीडिंग को रिकॉर्ड करेगा ।
  9. लाल चैनल के लिए रोटरी स्विच सेट और दोहराएँ कदम 1.4 – 1.7.
  10. दोहराएँ चरण 1.4 – 1.8 चार अधिक बार ग्रीन चैनल और पांच वोल्टेज रीडिंग के लिए लाल चैनल के लिए पाँच voltages रीडिंग प्राप्त करने के लिए
  11. कदम १.२ में के रूप में फिर से हवा के तापमान को मापने ।

2. मेटाडेटा का संग्रह

  1. सूर्य के पास बादलों का निरीक्षण करने और रिकॉर्ड करने के लिए ग्लोब क्लाउड चार्ट का उपयोग करें । यह आकाश में देख रहा है और बंद ग्लोब बादल चार्ट (https://www.globe.gov/documents/348614/24331082/GLOBE+Cloud+Chart.) से देखा सुविधाओं की जांच के द्वारा किया जाता है । दिखाई सिरस बादलों की वजह से उनकी विशेषता पतली wispy किस्में का पालन करने के लिए आसान कर रहे हैं । अदृश्य सिरस बादलों अनुमानित अगर एक जाहिरा तौर पर स्पष्ट दिन पर सूर्य के प्रकाश वोल्टेज पढ़ने से कम है ०.५ V ।
    1. एक आर्द्रतामापी का उपयोग करने के लिए उपाय और सापेक्ष आर्द्रता रिकॉर्ड: शरीर से दूर एक विस्तारित हाथ के साथ आर्द्रतामापी पकड़ो, यह के बारे में 3 मिनट के लिए हवा में छोड़ दो, और फिर गीला बल्ब पढ़ने के बाद पहले सूखी बल्ब पढ़ने ले । दो रीडिंग में अंतर का पता लगाएं और सापेक्ष आर्द्रता चार्ट का उपयोग सापेक्ष आर्द्रता स्थापित करने के लिए
    2. वायुमंडलीय दबाव को मापने और रिकॉर्ड करने के लिए एक बैरोमीटर का उपयोग करें ।
  2. ऊपर दिए गए समीकरण 1 में मापा गया मान और स्थिरांक को प्लगित करके AOT परिकलित करें ।

3. तापमान नियमन

नोट: सूर्य प्रकाशमापी का इलेक्ट्रॉनिक्स तापमान के प्रति संवेदनशील होता है । इष्टतम प्रदर्शन के लिए, निम्न चरणों का पालन अनुशंसित हैं ।

  1. अगर बाहर का तापमान कमरे के तापमान के नीचे 5 डिग्री से ज्यादा है तो इस्तेमाल में न आने पर थर्मल फोम में लिपटे सन फोटोमीटर को रखें ।
  2. गर्म गर्मी के महीनों में मापन करते समय, उपयोग में न आने पर, छाया में सूर्य प्रकाशमापी रखें ।

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Representative Results

ग्लोब सूर्य प्रकाशमापी, λ = ५०५ दउ तथा λ = ६२५ दउ पर AOT का मापन करती है । वेव सीआईएस साइट पर AERONET साइट 6 उपाय 15 विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर AOT । हमारी तुलना के लिए हम AERONET साइट के इन 4 तरंग दैर्ध्य पर ध्यान केंद्रित: ६६७ एनएम, ५५१ एनएम, ५३२ एनएम और ४९० एनएम । दोनों स्टेशनों के बीच तुलना करने के लिए, हम XULA साइट के लिए ६६७ एनएम, ५५१ एनएम, ५३२ एनएम और ४९० एनएम पर AOT extrapolated । यह XULA साइट के एंग्स्ट्रॉम coefficients का उपयोग कर किया जाता है । किसी भी दिए गए स्थल और यंत्र के लिए, प्रकाशीय मोटाई τ, तरंगदैर्घ्य λ तथा वायुमंडलीय आविलता गुणांक β को ऐंग्स्ट्रम के आविलता सूत्र के माध्यम से संयोजित किया जाता है ।

Equation 22

जहाँ α ऐंगस्ट्रॉम का प्रतिपादक होता है । α तथा β उस तरंगदैर्घ्य से स्वतंत्र होते हैं, जिस पर प्रकाशीय मोटाई मापा जाता है । वे पैरामीटर है कि वातावरण मापा जा रहा है वर्णन कर रहे हैं । दो भिन्न तरंगदैर्ध्य (λ1 = ५०५ दउ तथा λ2 = ६२५ दउ पर, हमारे सूर्य प्रकाशमापी के लिए) तथा मापा गया एओटी (τ1 तथा τ2), xula स्थल के लिए ऐंगस्ट्रॉम एक्सपोनेंट α से परिकलित किया जाता है । समीकरण,

Equation 33

एक तीसरी तरंगदैर्घ्य पर एओटी (τ3), λ3 को समीकरण का उपयोग करते हुए उसी xula वायुमंडलीय दशाओं के लिए बहिर्वेशन किया जा सकता है:

Equation 44

τ 3के लिए समान मान प्राप्त करने के लिए समीकरण 4 में τ1तथा λ1 को τ2 तथा λ2 से प्रतिस्थापित किया जा सकता है । इस परिकलन का प्रयोग दो उपकरणों द्वारा प्राप्त τ मानों की तुलना करने के लिए किया जाता है जो विभिन्न तरंगदैर्ध्य का उपयोग करते हैं । आदर्श रूप में दो उपकरणों एक ही इलाके में इस्तेमाल किया जाना चाहिए । हमारे मामले में यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि दो उपकरणों ~ ९६ किमी के अलावा थे ।

Figure 1
चित्रा 1: लाल और हरे XULA पर मापा चैनलों के लिए दैनिक औसत AOT मूल्यों का एक नमूना, समीकरण 1 का उपयोग कर की गणना. यह आंकड़ा केवल अक्टूबर माह के आंकड़ों को दिखाता है । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

चित्रा 1 समीकरण 1 का उपयोग कर की गणना ठेठ दैनिक औसत aot मूल्यों का एक नमूना से पता चलता है. यह आंकड़ा अक्टूबर महीने के लिए ग्लोब सन फोटोमीटर के ग्रीन और रेड चैनल्स दोनों के लिए एओटी डेटा दिखाता है ।

Figure 2
चित्रा 2: AOT के मौसमी परिवर्तन । (क) 12 महीने की अवधि में xula में मापित मासिक औसत aot मूल्यों में भिन्नता । AOT मान तरंग दैर्ध्य ६२५ एनएम और ५०५ एनएम पर मापा गया । इस डेटा पर ओजोन सुधार लागू किया गया । त्रुटि पट्टियां प्रत्येक मापन समय के लिए लिए गए पांच मापों का मानक विचलन दिखाती हैं । तीर फरवरी में और मई में एईओटी चोटियों को दर्शाता है । (ख) xula स्थल पर एईओटी का मौसमी परिवर्तन । मौसम thusly वर्गीकृत किया गया: शीतकालीन (दिसंबर, जनवरी, और फ़रवरी), स्प्रिंग (मार्च, अप्रैल, मई), ग्रीष्मकालीन (जून, जुलाई, अगस्त) और पतन (सितंबर, अक्टूबर, नवंबर) । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

चित्र 2ण् 12 महीनों की अवधि में xula में मापित औसत मासिक aot का रूपांतर दर्शाता है । औसत ओजोन ऑप्टिकल मोटाई सुधार की-०.०१ और-०.०३ ५०५ एनएम और ६२५ एनएम ऑप्टिकल मोटाई मूल्यों के लिए लागू किया गया था, क्रमशः । आंकड़ों से पता चलता है कि ५०५ एनएम (ग्रीन लाइट) की तरंगदैर्घ्य पर मापा गया AOT सितंबर से जनवरी तक लगातार गिरा और फिर फरवरी में नुकीला हो गया । AOT ६२५ एनएम (लाल बत्ती) की तरंग दैर्ध्य पर मापा इसी तरह की प्रवृत्ति का पीछा किया, लेकिन दिसंबर में एक ंयूनतम पर पहुंच गया और जनवरी और फरवरी के लिए ऊपर जाना शुरू कर दिया । AOT ५०५ एनएम पर मापा औसत AOT से अधिक ६२५ एनएम पर मापा जाता है । चित्र 2b औसत aot मान प्रति मौसम दिखाता है । मौसम इस प्रकार के रूप में वर्गीकृत किया गया: सर्दी (दिसंबर, जनवरी और फरवरी), स्प्रिंग (मार्च, अप्रैल और मई), गर्मी (जून, जुलाई और अगस्त), और गिरावट (सितंबर, अक्टूबर और नवंबर) । गर्मियों में सबसे अधिक औसत AOT था और सर्दियों में सबसे कम औसत AOT था । गर्मी के महीनों के दौरान AOT के उच्च मूल्यों हवा के उच्च तापमान के कारण पृथ्वी की सतह के वार्मिंग के कारण हो सकता है । उष्ण पृथ्वी वाष्पीकरण की दर को बढ़ाती है । बूंदें और बर्फ क्रिस्टल कि फार्म का जब यह पानी वाष्प जमा देता है या संघन वातावरण में एयरोसोल बढ़ जाती है । शीत ऋतु के महीनों में एओटी के निम्न मान बादलों की सफाई और वर्षा से बाहर निकलने की प्रक्रिया के कारण हो सकते हैं क्योंकि सर्दी के महीने भी अधिक वर्षा के साथ जुड़े होते हैं ।

Figure 3
चित्रा 3: XULA और AERONET के बीच तुलना । (क) xula में एओटी का बहिर्वेशन । समीकरण 3 का उपयोग करके इन AOT मानों को 4 तरंगदैर्ध्य (६६७ एनएम, ५५१ एनएम, ५३२ एनएम और ४९० एनएम) के लिए एक्सट्रपोरेटेड किया गया था । (ख) एक ही तरंग दैर्ध्य पर एरोनेट एओटी । यहां इस्तेमाल किए गए एरोनेट डेटा को लेवल २.० के रूप में वर्गीकृत किया गया है । बादल स्क्रीनिंग और ओजोन सुधार एल्गोरिदम और स्वचालित रूप से डेटा के लिए लागू किया गया. पैनल b में त्रुटि पट्टियां स्तर २.० AERONET डेटा25के लिए ०.०२ aot इकाइयों की ंयूनतम अनिश्चितता पर आधारित हैं । तीर फरवरी में और मई में दोनों (क) और (ख) के लिए AOT चोटियों दिखा । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

XULA साइट और AERONET साइट के बीच एक तुलना करने के लिए, हम तरंग दैर्ध्य ६६७ एनएम, ५५१ एनएम, ५३२ एनएम और ४९० समुद्री मील दूर XULA साइट के लिए AOT मूल्यों extrapolated । यह ऊपर समीकरण 3 का उपयोग किया गया था । चित्र 3A xula पर तरंग दैर्ध्य ६६७ एनएम, ५५१ एनएम, ५३२ एनएम और ४९० एनएम के लिए extrapolated aot दिखाता है । चित्रा 3बी एक ही तरंग दैर्ध्य पर मापा AERONET aot दिखाता है । ये आंकड़े अच्छे गुणात्मक करार दर्शाते हैं लेकिन दोनों स्थलों के बीच की दूरी को ध्यान में रखते हुए अधिक मात्रात्मक तुलनाएं करने का कोई औचित्य नहीं है । हालांकि हम फरवरी और मई में चोटियों मनाया, सर्दियों और वसंत महीने के लिए औसत AOT सबसे कम थे । इससे पता चलता है कि ये चोटियां कुछ बेतरतीब घटनाओं की वजह से हैं । इन घटनाओं जंगल की आग और पड़ोसी राज्यों में कृषि गतिविधियों से धुआं मेक्सिको की खाड़ी भर से आ रहे एयरोसोल के लिए कुछ भी हो सकता है । यह कई मौसमों के लिए माप की आवश्यकता है मई और फरवरी में AOT चोटियों के कारण के बारे में निश्चित हो ।

Figure 4
चित्रा 4: दो अलग हाथ xula साइट पर सूर्य photometers से aot मूल्यों के लिए रैखिक हीनताओं घटता । सीरियल नंबर आरजी-९८९ और आरजी-९९९० । (क) ६२५ एनएम और (ख) ५०५ एनएम । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

हम एक दूसरे के खिलाफ दो स्वतंत्र रूप से calibrated उपकरणों की तुलना करके ग्लोब सूर्य photometers की विश्वसनीयता की जांच की । चित्रा 4 सीरियल नंबर RG8-989 और सीरियल नंबर RG8-990 के साथ एक और के साथ ग्लोब सूर्य प्रकाशमापी से aot डेटा से पता चलता है । आंकड़े से पता चलता है कि दो सूर्य photometers के बीच समझौता ६२५ एनएम चैनल की तुलना में ५०५ एनएम चैनल के लिए मजबूत है । ५०५ एनएम (ग्रीन) चैनल के लिए R-squared मूल्य ९५.३% था और दो सूर्य photometers के बीच रैखिक प्रतीपगमन लाइन की ढलान ०.८९ था । ६२५ एनएम (लाल) चैनल के लिए, R-squared ९१.६% था और ढलान रेखीय प्रतीपगमन रेखा ०.८२ था । लाल रंग के एलईडी पर हीटिंग के इफेक्ट के कारण रेड चैनल पर एग्रीमेंट कम है । रेड लेड ग्रीन लेड की तुलना में तापमान के प्रति ज्यादा संवेदनशील होता है । दोनों चैनलों के लिए समझौते में सुधार होता है जब डेटा कलेक्टरों माप के बीच सूरज की रोशनी को प्रत्यक्ष करने के लिए साधन के जोखिम को नियंत्रित करते हैं ।

Figure 5
चित्रा 5 12 महीने की अवधि में AOT के प्रति घंटा मतलब मूल्यों की Diurnal परिवर्तनशीलता । ग्राफ पर दिखाया गया समय स्थानीय समय है । इस आंकड़े का बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

चित्रा 5 aot के प्रति घंटा भिंनता 12 महीने की अवधि में औसत से पता चलता है । प्रत्येक डेटा बिंदु १९४ मापन का एक औसत था । दैनिक परिवर्तन ०.२६५ के बीच सुबह और ०.०६ शाम में ५०५ एनएम चैनल के लिए किया गया था, जो के बारे में ७७% परिवर्तन से मेल खाती है । आंकड़ों में ०.२६५ की सुबह 9:00 बजे की चोटी और ५०५ एनएम चैनल के लिए ०.१८२ की 3:00 बजे एक और चोटी का पता चलता है । ६२५ एनएम चैनल ने इसी तरह की चोटियों को दिखाया । हालांकि इन बार ंयू ऑरलियंस में यातायात पीक घंटे के साथ संयोग, और अधिक जांच के लिए स्थापित करने की जरूरत है अगर चोटियों पूरी तरह से वाहन उत्सर्जन के कारण हैं ।

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Discussion

इस प्रोटोकॉल में पहला कदम अध्ययन स्थल को परिभाषित करने के लिए है । यह एक जीपीएस का उपयोग करने देशांतर और अध्ययन स्थल के अक्षांश खोजने के द्वारा किया जाता है । देशांतर और अक्षांश मूल्यों AOT की गणना में महत्वपूर्ण है समीकरण 1 का उपयोग कर । मापन के दौरान, यह महत्वपूर्ण है कि सूर्य प्रकाशमापी सीधे और दृढ़ता से सूर्य पर बताया गया है । हैंडहेल्ड सन फोटोमीटर के शीर्ष कोष्ठक में छोटे छिद्र से सूर्य प्रकाशमापी में एलईडी डिटेक्टरों तक पहुंचने वाले बिखरे प्रकाश की मात्रा कम हो जाती है । समीकरण 1 एक सन्निकटन है जो यह मान लेता है कि कोई बिखरे हुए प्रकाश शीर्ष कोष्ठक के छिद्र से होकर नहीं गुजरता । यदि सूर्य प्रकाशमापी ठीक से संरेखित है, तो इस धारणा द्वारा शुरू की गई त्रुटि मापन22,23,24में त्रुटि के अन्य स्रोतों की तुलना में नगण्य है । सूर्य प्रकाशमापी में एल ई डी अत्यधिक तापमान के प्रति संवेदनशील होते हैं । गर्म गर्मी के महीनों के दौरान, सूर्य प्रकाशमापी उपयोग में नहीं है जब छाया में रखा जाना चाहिए । सर्दी के महीनों के दौरान, सूर्य प्रकाशमापी को मापन के बीच सुरक्षात्मक थर्मल कपड़े में लपेटा जाना चाहिए । अत्यंत ठंडे वातावरण में, थर्मल संरक्षण माप भर में इस्तेमाल किया जाना चाहिए । जब सामान्य रूप से काम कर रहे हैं, सूर्य प्रकाशमापी कुछ millivolts अंधेरे में और १.० V और ३.० V के बीच पढ़ने चाहिए जब सीधे सूर्य की ओर इशारा किया । सूर्य प्रकाशमापी के साथ मापन किसी भी बादलों के स्पष्ट होने पर विश्वसनीय होते हैं । एक auburn टिंट के साथ धूप का चश्मा पहने हुए बेहोश बादलों जो अंयथा गले आंख25,26के लिए अदृश्य हो पता लगाने में मदद मिलेगी ।

Aot समीकरण 1 से गणना AOT करने के लिए ओजोन योगदान के लिए सही किया जाना चाहिए । यह क्रमशः22हरे और लाल चैनलों के लिए गणना aot मूल्यों से ~ ०.०१ और ~ ०.०३ घटाकर द्वारा किया जाता है । जब इन प्रोटोकॉल ध्यान से पालन कर रहे हैं, सटीकता ~ ०.०२ AOT इकाइयों होना चाहिए । सटीकता के इस स्तर की अनुमति देता है हमें किसी भी योगदान के लिए AOT पानी वाष्प अवशोषण के कारण की अनदेखी करने के लिए । ऊपर दिए गए प्रोटोकॉल सरल हैं और इसके बाद मिडिल स्कूल से लेकर कॉलेज स्तर तक के स्टूडेंट्स को फॉलो किया जा सकता है । हैंड हेल्ड सन फोटोमीटर में एलईडी का इस्तेमाल किया जाता है जो सस्ती होती हैं और आसानी से इलेक्ट्रॉनिक शॉप से प्राप्त की जाती हैं । यंत्र अपने आप में मजबूत है और विशेष देखभाल की जरूरत नहीं है ।

वर्तमान में दुनिया भर में ४०० AERONET निगरानी स्टेशनों पर हैं, लेकिन ये भी पूरे ग्रह को कवर करने के लिए पर्याप्त नहीं हैं । हाथ में सूर्य photometers, प्रोटोकॉल का उपयोग कर यहां वर्णित करने के लिए बाहर AERONET द्वारा छोड़ दिया अंतराल पाटने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । दुनिया भर के हजारों स्कूलों को ग्राउंड बेस्ड मॉनिटरिंग स्टेशनों का नेटवर्क बनाने के लिए आयोजित किया जा सकता है जो एरोनेट स्टेशनों27,28की तुलना में एक दूसरे के काफी करीब हैं । दिए गए प्रोटोकॉल के साथ हैंडहेल्ड सूर्य प्रकाशमापी का उपयोग वर्तमान और भावी अंतरिक्ष आधारित एयरोसोल निगरानी प्लेटफार्मों को मान्य करने के लिए भी किया जा सकता है ।

यहां दिए गए प्रोटोकॉलों की एक सीमा यह है कि सूर्य के साथ संरेखण मैंयुअल रूप से किया जाता है, जो मानवीय त्रुटियों के लिए अतिसंवेदनशील होता है । वहां भी कर रहे है के बारे में एलईडी आधारित handheld सूर्य प्रकाशमापी के डिजाइन द्वारा लाया सीमाएं । एलईडी डिटेक्टरों के लिए बैंडविड्थ (FWHM) ~ ७५ एनएम जो माप में त्रुटियों के कारण सकता है । दिए गए प्रोटोकॉल के साथ अन्य चुनौती छात्र टीमों को संगठित करने के लिए है, ताकि डेटा लगातार और नियमित आधार पर एकत्र किया जा सके । छात्रों को अपने अंतिम ग्रेड के प्रति कुछ क्रेडिट देकर डेटा एकत्र करने के लिए प्रेरित किया जा सकता है ।

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Disclosures

लेखकों ने हितों का टकराव नहीं होने की घोषणा की ।

Acknowledgments

इस कार्य के लिए DOD ARO ग्रांट #W911NF-15-1-0510 और राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन अनुसंधान दीक्षा पुरस्कार १४११२०९ के तहत वित्तीय सहायता प्रदान की गई थी । हम भौतिकी और कंप्यूटर विज्ञान विभाग और लुइसियाना के जेवियर विश्वविद्यालय में शिक्षा के विभाजन के लिए हमारी ईमानदारी से आभार व्यक्त करते हैं ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
A Calibrated GLOBE handheld sun photometer IESRE, USA (GLOBE sun photometer) and TERNUM, UK (Calitoo sun photometer The GLOBE sun photometer measures AOT at 505 nm and 625nm.
Barometer Forestry suppliers, USA, Cat# 43316 43316 The aneroid barometer must have a clear scale with a pressure range between 940 and 1,060 millibars.
GLOBE cloud chart Forestry Suppliers, USA Cat#33485 33485 A free cloud identification chart is obtained from www.globe.gov.
Hygrometer Forestry suppliers, USA, Cat# 76254 76245 Any digital hygrometer which measures relative humidity in the range of 20-95% with an accuracy of 5% is acceptable.
Labquest2 GPS Vernier, USA, Cat LABQ2 LABQ2 Vernier LabQuest 2 is a standalone interface used to collect sensor data with its built-in graphing and analysis application. GPS is one of its built-in sensors
Taylor Orchid Thermometer Forestry Suppliers, USA Cat# 89129 89129
Watch Forestry suppliers, USA, Cat# 39137 39137 The watch must be digital and capable of measuring time up to seconds.

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Bradley, M., Gasseller, M. Measurement of Aerosols Optical Thickness of the Atmosphere using the GLOBE Handheld Sun Photometer. J. Vis. Exp. (147), e59257, doi:10.3791/59257 (2019).

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