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Misura dello spessore ottico aerosols dell'atmosfera utilizzando il fotometro solare palmare GLOBE

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

Summary

L'obiettivo dei metodi presentati qui è quello di misurare lo spessore ottico dell'aerosol dell'atmosfera. Il fotometro solare è puntato al sole e viene registrata la più grande lettura di tensione ottenuta su un voltmetro digitale integrato. Vengono inoltre eseguite misurazioni atmosferiche come la pressione atmosferica e l'umidità relativa.

Abstract

Qui descriviamo la misura dello spessore ottico dell'aerosol utilizzando il fotometro palmare GLOBE. Lo spessore ottico dell'aerosol (AOT) è stato misurato presso la Xavier University of Louisiana (XULA, 29,96 ° N, 90,11 ° W e 3 m sul livello del mare). Le misurazioni sono state effettuate a due lunghezze d'onda diverse, 505 nm e 625 Nm. Le misurazioni AOT sono state effettuate 6 volte al giorno (7 AM, 9 AM, 11 AM, mezzogiorno solare, 3 PM e 5 PM). I dati mostrati in questo documento sono i valori medi mensili AOT presi al mezzogiorno solare. Durante ogni tempo di misurazione; per ogni canale vengono presi almeno cinque valori della tensione della luce solare v e della tensione scura vDark . La media per queste cinque misurazioni viene considerata come il valore medio per quel tempo di misura. Altri dati meteorologici come temperatura, pressione superficiale, precipitazioni e umidità relativa sono misurati allo stesso tempo. L'intero protocollo è completato entro un lasso di tempo di 10-15 min. I valori AOT misurati a 505 nm e 625 nm vengono quindi utilizzati per estrapolare i valori AOT per lunghezze d'onda 667 Nm, 551 nm, 532 nm e 490 nm. I valori AOT misurati ed estrapolati sono stati poi confrontati con i valori della stazione AERONET più vicina al sito Wave CIS 6 (AERONET, 28,87 ° N, 90,48 ° W e 33 m sul livello del mare), che si trova a circa 96 km a sud di XULA. In questo studio abbiamo monitorato le variazioni annuali e giornaliere di AOT per un periodo di 12 mesi dal 2017 settembre al 2018 agosto. Abbiamo anche confrontato i dati AOT di due fotometri solari portatili GLOBE calibrati in modo indipendente sul sito XULA. I dati dimostrano che i due strumenti sono in ottimo accordo.

Introduction

Gli aerosol atmosferici sono particelle solide e liquide minute (che vanno da submicron a millimetro di dimensione) sospese nell'aria. Alcuni aerosol sono prodotti attraverso l'attività umana e altri sono prodotti dai processi naturali1,2,3,4. Gli aerosol nell'atmosfera riducono la quantità di energia solare che raggiunge la superficie terrestre spargendo o assorbendo radiazioni luminose e termiche dal sole. La quantità di aerosol nell'atmosfera varia significativamente con la posizione e il tempo. Ci sono cambiamenti stagionali e annuali, nonché cambiamenti episodici a causa di eventi come grandi tempeste di polvere, incendi selvatici o eruzioni vulcaniche5,6,7,8.

L'impatto degli aerosol sul clima e sulla salute pubblica è tra i temi dominanti nell'attuale ricerca ambientale. Gli aerosol influenzano il tempo spargendo o assorbendo la luce e la radiazione termica dal sole e agendo come nuclei di condensazione nella formazione delle nuvole. Anche gli aerosol giocano un ruolo nella dispersione degli agenti patogeni nell'aria e possono causare o migliorare le malattie respiratorie e cardiovascolari. Lo spessore ottico dell'aerosol (AOT) è una misura della quantità di luce solare assorbita o dispersa da questi aerosol. Ci sono diversi metodi basati sul terreno per il monitoraggio AOT9,10,11. Il più grande sistema di monitoraggio AOT basato sul suolo è il progetto AERONET (aerosol Robotic Network). Aeronet è una rete di oltre 400 stazioni di monitoraggio distribuite in tutto il mondo12,13. Nonostante questo gran numero di stazioni di monitoraggio, ci sono ancora grandi lacune in tutto il mondo che non sono monitorati per AOT. Ad esempio, la stazione AERONET più vicina dal nostro sito di studio si trova a circa 90 km di distanza. Questo documento descrive l'uso di un fotometro palmare portatile che può essere utilizzato per colmare le lacune tra le stazioni di monitoraggio AERONET. Il fotometro portatile palmare Sun è uno strumento ideale per gli studenti di tutto il mondo in una rete globale di monitoraggio degli aerosol14,15. L'apprendimento globale e le osservazioni a beneficio del programma ambiente (Globe) fornisce una piattaforma per tale rete, attraverso migliaia di scuole in tutti gli stati 50 degli Stati Uniti e in quasi 120 altri paesi16,17 . L'idea principale del programma GLOBE è quella di utilizzare gli studenti di tutto il mondo per fornire misurazioni scientificamente preziose dei parametri ambientali utilizzando attrezzature poco costose. Con una guida adeguata, gli studenti e altri non specialisti possono formare reti di fotometri solari portatili per colmare le lacune tra le stazioni di monitoraggio AERONET. Il più grande vantaggio del fotometro solare palmare è che può essere portato anche alle parti più remote del mondo. Le misurazioni AOT con altri strumenti piccoli e trasportabili sono state utilizzate con successo in passato per effettuare studi di ricerca in aree remote e difficili da accedere17,18

L'obiettivo principale di questo studio è quello di utilizzare i fotometri solari portatili GLOBE per tracciare la variazione annuale, giornaliera e oraria di AOT nel nostro sito di studio XULA e confrontarlo con le misurazioni da una stazione AERONET vicina. Questo documento presenta i dati per un periodo di 12 mesi dal 2017 settembre al 2018 agosto. Questo è il primo AOT mai registrato per il sito XULA. Il fotometro solare GLOBE misura AOT a due lunghezze d'onda, 505 nm e 625 Nm. Il sito AERONET a Wave CIS Site 6 misura AOT a 15 diverse lunghezze d'onda. Per il nostro confronto ci siamo concentrati su queste 4 lunghezze d'onda, 667 Nm, 551 nm, 532 nm e 490 nm. Abbiamo scelto questi perché sono le 4 lunghezze d'onda di AERONET più vicine alle lunghezze d'onda dei fotometri solari GLOBE. Per effettuare il confronto, abbiamo estrapolato i valori AOT a queste lunghezze d'onda per il sito XULA.

Le misurazioni di AOT vengono effettuate ogni giorno quando le condizioni meteorologiche lo consentono. Le misurazioni effettuate quando ci sono nubi di Cirrus nelle vicinanze del sole sono escluse nell'analisi. La tabella 1 Mostra il numero di giorni in ogni mese che avevamo cieli completamente chiari. Complessivamente, circa il 47% dei dati presi è stato escluso.

mese Settembre Ottobre Novembre Dicembre Gennaio Febbraio sciupare Apr maggio Giu Lug Agosto
Numero di giorni 18 20 16 15 15 15 16 15 18 15 15 16

Tabella 1: le misurazioni AOT sono state effettuate 6 volte al giorno (7:00 AM, 9 am, 11 am, mezzogiorno solare, 3 AM e 5 AM). I dati mostrati sui grafici sono i valori medi mensili AOT presi al mezzogiorno solare. Durante ogni tempo di misurazione; per ogni canale vengono presi almeno cinque valori della tensione della luce solare v e della tensione scura vDark . La media per queste cinque misurazioni viene considerata come il valore medio per quel tempo di misura. L'errore in queste misurazioni è calcolato come le deviazioni standard di queste cinque misurazioni. I valori AOT sono ottenuti utilizzando l'equazione mostrata sotto16:

Equation 1

V0 è la costante di calibrazione del fotometro solare, R è la distanza terra-sole in unità astronomiche, vscuro è la tensione oscura registrata quando la luce è bloccata dal passaggio attraverso il foro sulla staffa superiore del Sun fotometro, V è la tensione di luce solare registrata dal fotometro sole quando la luce passa attraverso il foro sulla staffa superiore, unR rappresenta l'attenuazione della luce a causa di Rayleigh scattering, p e p0 sono la pressione atmosferica misurata e standard, rispettivamente, e m è la massa d'aria relativa. La massa d'aria relativa è calcolata dai dati forniti dall'amministrazione nazionale oceanica e atmosferica (NOAA). Anche altri dati meteorologici come temperatura, precipitazioni e umidità relativa sono misurati allo stesso tempo. L'equazione 1 come indicato sopra include i contributi dello spessore ottico dall'ozono. L'effetto dell'ozono sui valori di AOT è calcolato sulla base dei valori tabulari del coefficiente di assorbimento dell'ozono e delle ipotesi sulla quantità di ozono nell'atmosfera19. Bucholtz20,21 ha prodotto valori tabulari di unaR sulla base di atmosfere standard. Per il canale 505 nm aR ≈ 0,13813 e per il canale 625 nm è ~ 0,05793.

I dati qui presentati rappresentano un esempio di come le squadre di studenti possono essere organizzate per prendere misure AOT lunghe e sostenute. In questo studio, due team di studenti hanno utilizzato due fotometri solari portatili GLOBE calibrati in modo indipendente per tracciare la variazione annuale, giornaliera e oraria dello spessore ottico dell'aerosol dell'atmosfera nel nostro sito di studio XULA. I due fotometri solari Globe utilizzati in questa indagine sono stati acquistati presso l'IESRE (Istituto per la ricerca e l'educazione della scienza della terra; uno aveva il numero di serie RG8-989 e l'altro aveva il numero di serie RG8-990). Prima di combinare i dati dei due strumenti, è stata effettuata un'analisi di regressione per accertare l'accordo

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Protocol

1. funzionamento del fotometro

Nota: Questi protocolli sono meglio realizzati da due persone che lavorano insieme. Una persona tiene e allinea il fotometro solare mentre la seconda persona registra le misurazioni.

  1. Misurare la longitudine e la latitudine del sito utilizzando il GPS. Nel sito, il primo passo è quello di attivare il GPS scegliendo il set-up del sensore dal menu del sensore e selezionare GPS. Una volta che il GPS ha acquisito abbastanza satelliti, verranno visualizzati i valori di latitudine e longitudine. Una volta visualizzati i valori, premere Raccogli dati e quindi premere Salva.
  2. Accertarsi che il fotometro solare funzioni bene. Un fotometro solare adeguatamente calibrato dovrebbe produrre una tensione stabile di ~ 0,03 V in interni e fino a 5 V quando la luce è diretta sul rivelatore. Il voltmetro sul fotometro a globo è costruito sul fotometro solare
  3. Registrare la temperatura dell'aria. Se si utilizza un alcool in vetro termometro, dare il termometro 3 – 5 min per regolare alla temperatura esterna prima di registrare la lettura stabile. Se si utilizza il termometro incorporato del fotometro solare, ruotare il selettore a T e registrare la lettura della tensione sul voltmetro. La lettura della tensione moltiplicata per il 100 darà la temperatura dell'aria in gradi Celsius in quel momento.
  4. Impostare il selettore sul canale verde del fotometro solare.
  5. Avere una persona allineare il fotometro solare in modo che la luce che passa attraverso il foro sulla staffa superiore produce un punto luce del sole centrato sul punto colorato sul movimento inferiore. Per risultati ottimali, utilizzare un tavolo e una sedia. La persona che allinea il fotometro solare dovrebbe sedersi sulla sedia e riposare le braccia sul tavolo al fine di ottenere una lettura costante.
  6. Avere la seconda persona registrare la lettura sul voltmetro. Assicurarsi che il punto di sole è stabile sul punto prima di prendere una lettura. Se la lettura della tensione è fluttuante, basta registrare il valore massimo mostrato.
  7. Registrare l'ora in cui è stata scattata la lettura. Il tempo deve essere registrato al 30 s più vicino. Un orologio digitale serve A questo scopo meglio di quello analogico.
  8. Ottenere la tensione scura. Avere la persona seduto tenere il fotometro sole allineato al sole con una mano e poi coprire il foro sulla staffa superiore con un dito dall'altra mano. La seconda persona registrerà la lettura della tensione.
  9. Impostare il selettore sul canale rosso e ripetere i passaggi 1.4 – 1.7.
  10. Ripetere i passaggi 1.4 – 1.8 altre quattro volte per ottenere cinque letture di tensioni per il canale verde e cinque letture di tensione per il canale rosso
  11. Misurare nuovamente la temperatura dell'aria come nel passaggio 1,2.

2. raccolta dei metadati

  1. Usa il grafico nuvola Globe per osservare e registrare le nuvole vicino al sole. Questo viene fatto guardando nel cielo e controllando le caratteristiche osservate dal grafico nuvola GLOBE (https://www.globe.gov/documents/348614/24331082/GLOBE+Cloud+Chart.). Le nuvole di Cirrus visibili sono facili da osservare a causa dei loro caratteristici filamenti sottili di Wispy. Le nuvole di Cirrus invisibili sono dedotte se la lettura della tensione della luce solare in un giorno apparentemente chiaro è inferiore a 0,5 V.
    1. Utilizzare un igrometro per misurare e registrare l'umidità relativa: tenere l'igrometro con un braccio esteso lontano dal corpo, lasciarlo in aria per circa 3 minuti, e poi prendere la lettura bulbo secco prima seguita dalla lettura bulbo umido. Trovare la differenza nelle due letture e utilizzare il diagramma di umidità relativa per stabilire l'umidità relativa
    2. Utilizzare un barometro per misurare e registrare la pressione atmosferica.
  2. Calcola AOT collegando i valori misurati e le costanti nell'equazione 1 sopra riportata.

3. regolazione della temperatura

Nota: L'elettronica del fotometro solare è sensibile alla temperatura. Per ottenere prestazioni ottimali, si consigliano i seguenti passaggi.

  1. Se la temperatura esterna è superiore a 5 gradi sotto la temperatura ambiente, tenere il fotometro solare avvolto in schiuma termica quando non in uso.
  2. Quando si scattando misurazioni durante i mesi estivi caldi, tenere il fotometro solare all'ombra quando non in uso.

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Representative Results

Il fotometro solare GLOBE misura AOT a λ = 505 nm e λ = 625 Nm. Il sito AERONET a Wave CIS Site 6 misura AOT a 15 diverse lunghezze d'onda. Per il nostro confronto ci siamo concentrati su queste 4 lunghezze d'onda del sito AERONET: 667 Nm, 551 nm, 532 nm e 490 nm. Per fare un confronto tra le due stazioni, abbiamo estrapolato AOT a 667 Nm, 551 nm, 532 nm e 490 nm per il sito XULA. Questo viene fatto utilizzando i coefficienti Angstrom del sito XULA. Per ogni sito e strumento, lo spessore ottico τ, la lunghezza d'onda λ e il coefficiente di torbidità atmosferica β sono collegati attraverso la formula di torbidità di Angstrom

Equation 22

Dove α è l'esponente dell'Angstrom. α e β sono indipendenti dalla lunghezza d'onda alla quale viene misurato lo spessore ottico. Sono parametri che descrivono l'atmosfera misurata. Dato AOT a due diverse lunghezze d'onda (λ1 = 505 nm e λ2 = 625 nm, per il nostro fotometro solare), e l'AOT misurato (τ1 e τ2), l'esponente Angstrom α per il sito xula è calcolato l'equazione,

Equation 33

L'AOT (τ3) a una terza lunghezza d'onda, λ3 può essere estrapolato per le stesse condizioni atmosferiche xula utilizzando l'equazione:

Equation 44

τ1e λ1 possono essere sostituiti con τ2 e λ2 nell'equazione 4 per ottenere lo stesso valore per τ3. Questo calcolo viene utilizzato per confrontare i valori τ ottenuti da due strumenti che utilizzano lunghezze d'onda diverse. Idealmente i due strumenti devono essere utilizzati nella stessa località. Nel nostro caso va notato che i due strumenti erano ~ 96 km di distanza.

Figure 1
Figura 1: un campione dei valori medi giornalieri di AOT per i canali rosso e verde misurati in XULA, calcolati utilizzando l'equazione 1. La figura mostra i dati solo per il mese di ottobre. Si prega di cliccare qui per visualizzare una versione più grande di questa cifra.

La Figura 1 Mostra un campione dei valori medi giornalieri tipici di AOT calcolati utilizzando l'equazione 1. Questa figura mostra i dati AOT sia per i canali verdi che per quelli rossi del fotometro globo solare per il mese di ottobre.

Figure 2
Figura 2: variazione stagionale di AOT. (a) variazione dei valori medi mensili di AOT misurati a xula nel corso del periodo di 12 mesi. I valori AOT sono stati misurati a lunghezze d'onda 625 nm e 505 nm. A questi dati è stata applicata la correzione dell'ozono. Le barre di errore mostrano la deviazione standard delle cinque misurazioni effettuate per ogni tempo di misura. Le frecce mostrano i picchi AOT a febbraio e a maggio. b) variazione stagionale dell'AOT nel sito xula. Le stagioni sono state categorizzate thusly: inverno (Dec, Jan e feb), primavera (marzo, aprile, maggio), estate (giugno, luglio, agosto) e autunno (settembre, ottobre, nov). Si prega di cliccare qui per visualizzare una versione più grande di questa cifra.

La Figura 2a Mostra la variazione della media mensile AOT misurata a xula nel periodo di 12 mesi. Le correzioni medie dello spessore ottico dell'ozono di-0,01 e-0,03 sono state applicate rispettivamente ai valori di spessore ottico 505 nm e 625 Nm. I dati mostrano che l'AOT misurato a lunghezza d'onda 505 nm (luce verde) è sceso ininterrottamente da settembre a gennaio e poi ha raggiunto il picco nel mese di febbraio. L'AOT misurato a lunghezza d'onda 625 Nm (luce rossa) ha seguito una tendenza simile ma ha raggiunto un minimo a dicembre e ha iniziato a salire per gennaio e febbraio. L'AOT misurato a 505 nm è mediamente superiore a AOT misurato a 625 Nm. La Figura 2B Mostra i valori medi AOT per stagione. Le stagioni sono state classificate come segue: inverno (dicembre, gennaio e febbraio), primavera (marzo, aprile e maggio), estate (giugno, luglio e agosto), e autunno (settembre, ottobre e novembre). L'estate aveva la più alta media AOT e l'inverno aveva la più bassa AOT media. Valori elevati di AOT durante i mesi estivi possono essere dovuti al riscaldamento della superficie terrestre a causa delle alte temperature dell'aria. La terra calda aumenta il tasso di evaporazione. Le gocce e cristalli di ghiaccio che si formano quando questo vapore acqueo si congela o condensa aumenta aerosol nell'atmosfera. Valori bassi di AOT nei mesi invernali possono essere dovuti a spazzare il cloud e lavare i processi di pioggia come i mesi invernali sono anche associati con precipitazioni elevate.

Figure 3
Figura 3: confronto tra XULA e AERONET. a) AOT estrapolato a xula. Questi valori AOT sono stati estrapolati per 4 lunghezze d'onda (667 Nm, 551 nm, 532 nm e 490 nm) usando l'equazione 3. (b) AERONET AOT alle stesse lunghezze d'onda. I dati AERONET utilizzati qui sono classificati come livello 2,0. Algoritmi di screening del cloud e di correzione dell'ozono e sono stati applicati automaticamente ai dati. Le barre di errore nel pannello b si basano sull'incertezza minima di 0,02 unità AOT per il livello 2,0 dati AERONET25. Le frecce mostrano i picchi AOT a febbraio e a maggio per entrambi (a) e (b). Si prega di cliccare qui per visualizzare una versione più grande di questa cifra.

Per effettuare un confronto tra il sito XULA e il sito AERONET, abbiamo estrapolato i valori AOT a lunghezze d'onda 667 Nm, 551 nm, 532 nm e 490 nm per il sito XULA. Questo è stato fatto usando l'equazione 3 sopra. La Figura 3A Mostra l'AOT estrapolato a xula per le lunghezze d'onda 667 nm, 551 nm, 532 nm e 490 nm. La Figura 3B Mostra l'AERONET AOT misurato alle stesse lunghezze d'onda. Questi dati mostrano un buon accordo qualitativo ma, considerando la distanza tra i due siti, non vi è alcuna giustificazione per confronti più quantitativi. Anche se abbiamo osservato picchi in febbraio e maggio, l'AOT medio per i mesi invernali e primaverili erano i più bassi. Questo suggerisce che questi picchi sono dovuti ad alcuni eventi casuali. Questi eventi potrebbero essere qualsiasi cosa, dal fumo degli incendi boschivi e delle attività agricole negli Stati limitrofi agli aerosol provenienti da tutto il Golfo del Messico. Richiede misurazioni per molte stagioni per essere definitivo sulla causa dei picchi AOT in maggio e febbraio.

Figure 4
Figura 4: curve di regressioni lineari per valori AOT da due diversi fotometri solari portatili nel sito XULA. Numeri di serie RG-989 e RG-9990. a) 625 nm e (b) 505 nm. Si prega di cliccare qui per visualizzare una versione più grande di questa cifra.

Abbiamo controllato l'affidabilità dei fotometri solari GLOBE confrontando due strumenti calibrati in modo indipendente l'uno contro l'altro. La Figura 4 Mostra i dati AOT del fotometro solare Globe con il numero di serie RG8-989 e un altro con il numero di serie RG8-990. La figura mostra che l'accordo tra i due fotometri solari è più forte per il canale 505 nm rispetto al canale 625 Nm. Il valore R-Squared per il canale 505 nm (verde) era 95,3% e la pendenza della linea di regressione lineare tra i due fotometri solari era 0,89. Per il canale 625 Nm (rosso), R-Squared era 91,6% e la linea di regressione lineare pendenza era 0,82. L'accordo sul canale rosso è inferiore a causa degli effetti del riscaldamento sul LED rosso. Il LED rosso è più sensibile alla temperatura rispetto al LED verde. L'accordo per entrambi i canali è migliorato quando i raccoglitori di dati controllano l'esposizione dello strumento alla luce diretta del sole tra le misurazioni.

Figure 5
Figura 5: variabilità diurna dei valori medi orari di AOT calcolati nel periodo di 12 mesi. L'ora indicata sul grafico è l'ora locale. Si prega di cliccare qui per visualizzare una versione più grande di questa cifra.

Figura 5 Mostra la variazione oraria di AOT media nel periodo di 12 mesi. Ogni punto dati era una media di 194 misurazioni. La variazione giornaliera era tra 0,265 e la mattina e 0,06 la sera per il canale 505 nm, che corrisponde a circa 77% variazione. I dati mostrano un picco a 9:00 AM di 0,265 e un altro picco a 3:00 PM di 0,182 per il canale 505 nm. Il canale 625 Nm ha mostrato picchi simili. Anche se questi tempi coincise con le ore di picco del traffico a New Orleans, sono necessarie ulteriori indagini per stabilire se i picchi sono esclusivamente dovuti alle emissioni dei veicoli.

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Discussion

Il primo passo in questo protocollo è quello di definire il sito di studio. Questo viene fatto utilizzando un GPS per trovare la longitudine e la latitudine del sito di studio. I valori di longitudine e latitudine sono critici nel calcolo dell'AOT utilizzando l'equazione 1. Durante la misurazione, è fondamentale che il fotometro solare sia puntato direttamente e saldamente al sole. Il piccolo foro nella staffa superiore del fotometro solare palmare riduce la quantità di luce diffusa che raggiunge i rilevatori LED nel fotometro solare. L'equazione 1 è un'approssimazione che presuppone che nessuna luce diffusa passi attraverso il foro nella staffa superiore. Se il fotometro solare è allineato correttamente, l'errore introdotto da questo presupposto è trascurabile rispetto ad altre fonti di errore nella misura22,23,24. I LED del fotometro solare sono sensibili alle temperature estreme. Durante i mesi estivi caldi, il fotometro solare deve essere mantenuto all'ombra quando non in uso. Durante i mesi invernali freddi, il fotometro solare deve essere avvolto in un panno termico protettivo tra le misurazioni. In ambienti estremamente freddi, la protezione termica deve essere utilizzata in tutte le misurazioni. Quando si opera normalmente, il fotometro solare dovrebbe leggere qualche millivolt al buio e tra 1,0 V e 3,0 V quando puntato direttamente al sole. Le misurazioni con il fotometro solare sono affidabili quando il sole è libero da nuvole. Indossare occhiali da sole con una tinta ramata contribuirà a rilevare nuvole deboli che sono altrimenti invisibili all'occhio al collo25,26.

L'AOT calcolato dall'equazione 1 deve essere corretto per il contributo di ozono all'AOT. Questo viene fatto sottraendo ~ 0,01 e ~ 0,03 dai valori AOT calcolati per i canali verde e rosso rispettivamente22. Quando questi protocolli sono seguiti attentamente, la precisione dovrebbe essere ~ 0,02 unità AOT. Questo livello di accuratezza ci permette di ignorare qualsiasi contributo a AOT a causa dell'assorbimento di vapore acqueo. I protocolli sopra indicati sono semplici e possono essere seguiti da studenti di scuola media a livello universitario. Il fotometro solare palmare utilizza LED che sono poco costosi e sono facilmente ottenibili da negozi elettronici. Lo strumento è robusto e non necessita di cure particolari.

Attualmente ci sono oltre 400 stazioni di monitoraggio AERONET in tutto il mondo, ma anche queste non sono sufficienti per coprire l'intero pianeta. I fotometri solari portatili, utilizzando i protocolli qui descritti, possono essere utilizzati per colmare le lacune lasciate fuori da AERONET. Le migliaia di scuole in tutto il mondo possono essere organizzate per formare una rete di stazioni di monitoraggio terrestri che sono molto più vicine tra loro rispetto alle stazioni Aeronet27,28. Il fotometro solare palmare con i protocolli indicati può essere utilizzato anche per convalidare le piattaforme di monitoraggio degli aerosol spaziali attuali e future.

Uno dei limiti dei protocolli qui indicati è che l'allineamento con il sole è fatto manualmente, che è suscettibile di errori umani. Ci sono anche limitazioni introdotte dalla progettazione del fotometro solare palmare basato su LED. La larghezza di banda (FWHM) per i rilevatori di LED è ~ 75 Nm che potrebbe causare errori nella misurazione. L'altra sfida con i protocolli indicati è quella di organizzare squadre studentesche in modo che i dati vengano raccolti continuamente e su base regolare. Gli studenti possono essere motivati a raccogliere dati dando loro un po' di credito verso il loro voto finale.

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Disclosures

Gli autori non dichiarano conflitti di interesse.

Acknowledgments

Questo lavoro è stato sostenuto finanziariamente dal DOD ARO Grant #W911NF-15-1-0510 e dal National Science Foundation Research Initiation Awards con il Grant n. 1411209. Esprimiamo la nostra sincera gratitudine al dipartimento di fisica e informatica e alla divisione dell'istruzione presso la Xavier University of Louisiana.

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.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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Misura dello spessore ottico aerosols dell'atmosfera utilizzando il fotometro solare palmare GLOBE
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Bradley, M., Gasseller, M.… More

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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