Summary
Burada sunulan yöntemlerin amacı, atmosferin aerosol optik kalınlığını ölçmek. Güneş fotometre güneşte işaret edilir ve dahili bir Dijital Voltmetre üzerinde elde edilen en büyük voltaj okuma kaydedilir. Barometrik basınç ve bağıl nem gibi atmosferik ölçümler de gerçekleştirilir.
Abstract
Burada, GLOBE Handheld güneş fotometresini kullanarak aerosol optik kalınlığının ölçümünü tarif ediyoruz. Aerosol optik kalınlığı (AOT) Louisiana Xavier Üniversitesi 'nde ölçülmüştür (XULA, 29,96 ° N, 90,11 ° W ve deniz seviyesinden 3 m). Ölçümler, 505 nm ve 625 nm gibi iki farklı dalga boyunda yapıldı. AOT ölçümleri günde 6 kez yapıldı (7, 9, 11, Güneş öğlen, 3 PM ve 5 PM). Bu yazıda gösterilen veriler, öğleden sonra alınan aylık ortalama AOT değerleridir. Her ölçüm süresi boyunca; Her kanal için güneş ışığı voltajı v ve karanlık voltaj vkoyu en az beş değer alınır. Bu beş ölçümlerin ortalaması, bu ölçüm süresi için Ortalama olarak alınır. Sıcaklık, yüzey basıncı, yağış ve bağıl nem gibi diğer meteorolojik veriler de aynı anda ölçülür. Tüm protokol 10 – 15 dakikalık bir zaman aralığında tamamlanır. 505 nm ve 625 nm 'de ölçülen AOT değerleri daha sonra dalga boyu 667 Nm, 551 Nm, 532 nm ve 490 nm için AOT değerlerini almak için kullanılır. Ölçülen ve ekstrapole AOT değerleri daha sonra dalga BDT site 6 en yakın Aeronet İstasyonu değerleri ile karşılaştırıldığında (Aeronet, 28,87 ° N, 90,48 ° W ve 33 m deniz seviyesinden), hangi yaklaşık 96 km güneyinde xula. Bu çalışmada Eylül 2017-Ağustos 2018 tarihleri arasında 12 ay süreyle AOT yıllık ve günlük varyasyonları izleniyor. Ayrıca XULA sitesinde bağımsız olarak kalibre edilmiş GLOBE Handheld güneş fotometrelerinden AOT verilerini karşılaştırdık. Veri, iki enstrüman mükemmel anlaşmada olduğunu göstermektedir.
Introduction
Atmosferik aerosoller, havada askıya alınan, dakika katı ve sıvı parçacıklar (Mikronaltı 'dan milimetre boyutuna kadar). Bazı aerosoller insan aktivitesi ile üretilir ve diğerleri doğal süreçler1,2,3,4tarafından üretilmektedir. Atmosferdeki aerosoller, güneşten gelen ışık ve Termal radyasyonu saçarak veya emici olarak dünyanın yüzeyine ulaşan güneş enerjisi miktarını azaltır. Atmosferde aerosol miktarı konum ve zaman ile önemli ölçüde değişir. Büyük toz fırtınaları, vahşi yangınlar veya volkanik patlamalar5,6,7,8gibi olaylar nedeniyle mevsimsel ve yıllık değişikliklerin yanı sıra epizodik değişiklikler vardır.
Aerosollerin iklim ve kamu sağlığı üzerindeki etkisi, mevcut çevresel araştırmalarda baskın konular arasındadır. Aerosoller, güneşten ve bulutların oluşumunda yoğuşma çekirdekleri olarak hareket ederek, ışığı ve ısı ışınlarını saçılma veya emici ile hava durumunu etkiler. Aerosoller Ayrıca havadaki patojenlerin dağılmasına da rol oynar ve solunum ve kardiyovasküler hastalıklara neden olabilir ya da geliştirebilir. Aerosol optik kalınlığı (AOT) bu aerosoller tarafından absorbe edilen veya dağılmış güneş ışığı miktarının bir ölçüsüdür. AOT9,10,11izleme için çeşitli zemin tabanlı yöntemler vardır. Zemin bazlı AOT izleme sisteminin en büyüğü aerosol robotik ağ (AERONET) projesidir. Aeronet dünya12,13üzerinde yayılmış 400 üzerinde izleme istasyonları bir ağıdır. Bu çok sayıda izleme istasyonuna rağmen, dünya çapında AOT için izlenmeyen büyük boşluklar hala vardır. Örnek olarak, çalışma sitemiz en yakın AERONET İstasyonu yaklaşık 90 km uzaklıktadır. Bu yazıda AERONET izleme istasyonları arasındaki boşlukları köprü için kullanılabilecek bir taşınabilir el güneş fotometre kullanımı açıklanmaktadır. Taşınabilir el güneş fotometresi, dünya çapındaki öğrenciler tarafından küresel aerosol izleme ağında14,15olarak kullanılmak üzere ideal bir araçtır. Küresel öğrenme ve gözlemler çevre (Globe) programı yararlanmak için böyle bir ağ için bir platform sağlar, Amerika Birleşik Devletleri tüm 50 Devletlerde okullar binlerce ve yaklaşık 120 diğer ülkelerde16,17 . GLOBE programının birincil fikri, ucuz ekipman kullanarak çevresel parametrelerin bilimsel olarak değerli ölçümleri sağlamak için tüm dünyada öğrencileri kullanmaktır. Uygun rehberlik ile, öğrenciler ve diğer uzman olmayan AERONET izleme istasyonları arasındaki boşlukları doldurmak için el güneş Fotometreler ağları oluşturabilirler. El güneş fotometresinin en büyük avantajı, dünyanın en uzak bölgelerine bile alınabilmek. Diğer küçük ve taşınabilir enstrümanlar ile AOT ölçümleri başarılı bir şekilde geçmişte araştırma çalışmaları yürütmek için kullanılan uzak ve zor erişim alanları17,18
Bu çalışmanın ana amacı, XULA çalışma sitemiz olan AOT 'un yıllık, günlük ve saatlik varyasyonunu takip etmek ve yakındaki bir AERONET istasyonundan ölçümlerle karşılaştırmak için GLOBE el güneş fotometreleri kullanmaktır. Bu yazıda Eylül 2017 Ağustos 2018 için 12 ay süre için veri sunar. Bu XULA sitesi için kaydedilen ilk AOT olduğunu. GLOBE güneş fotometre iki dalga boyu AOT önlemler, 505 nm ve 625 Nm. Wave CIS sitesi 6 ' da AERONET sitesi 15 farklı dalga boylarında AOT önlemleri aldı. Biz bu 4 dalga boyu, 667 Nm, 551 Nm, 532 nm ve 490 nm odaklı bizim karşılaştırma için. Onlar GLOBE güneş fotometre dalga boyu en yakın 4 AERONET dalga boyları olduğu için bu seçti. Karşılaştırma yapmak için, biz xula site için bu dalga boylarında AOT değerleri ekstrapole.
AOT ölçümleri, hava koşullarına izin verdiğinde her gün yapılır. Güneş civarında Cirrus bulutları olduğunda yapılan ölçümler analizinde hariç tutulur. Tablo 1 her ay tamamen açık gökyüzü vardı gün sayısını gösterir. Toplam, yaklaşık 47% alınan verilerin dışlandı.
| Ay | Eylül | Ekim | Kasım | Aralık | Ocak | Şubat | Mart | Nisan | Olabilir | Haz | Temmuz | Ağustos |
| Gün sayısı | 18 | 20 | 16 | 15 | 15 | 15 | 16 | 15 | 18 | 15 | 15 | 16 |
Tablo 1: AOT ölçümleri günde 6 kez yapıldı (7:00, 9, 11, Güneş öğlen, 3, ve 5 am). Grafiklerde gösterilen veriler, öğleden sonra alınan aylık ortalama AOT değerleridir. Her ölçüm süresi boyunca; Her kanal için güneş ışığı voltajı v ve karanlık voltaj vkoyu en az beş değer alınır. Bu beş ölçümlerin ortalaması, bu ölçüm süresi için Ortalama olarak alınır. Bu ölçümlerde hata, bu beş ölçümlerin standart sapmaları olarak hesaplanır. AOT değerleri16aşağıda gösterilen denklem kullanılarak elde edilir:
V0 güneş fotometre kalibrasyon sabiti, R astronomik birimler Dünya Güneş mesafesi, VDark ışık üst Braketinin üzerinde delik geçerek bloke olduğunda kaydedilen karanlık voltaj Güneş fotometre, V ışık üst Braketinin üzerinde delik geçtiğinde güneş fotometresi kaydedilen güneş ışığı voltajı, birR Rayleigh saçılma nedeniyle ışığın zayıflatma temsil, p ve p0 ölçülen ve standart atmosferik basınç, sırasıyla, ve m göreli hava kütlesi. Göreli hava kütlesi, Ulusal Okyanus ve atmosferik Yönetim (NOAA) tarafından sağlanan verilerden hesaplanır. Sıcaklık, yağış ve bağıl nem gibi diğer meteorolojik veriler de aynı anda ölçülür. Denklem 1 yukarıda verilen gibi ozon optik kalınlığı katkıları içerir. Ozon AOT değerlerine etkisi, ozon emilimi katsayısı ve atmosferdeki ozon miktarı hakkında varsayımların tablolanmış değerlere göre hesaplanır19. Bucholtz20,21 standart atmosferlere dayalı birR tablo değerleri üretti. 505 nm kanalı için aR ≈ 0,13813 ve 625 nm kanal için ~ 0,05793.
Burada sunulan veriler, uzun ve sürekli AOT ölçümleri almak için öğrencilerin ekiplerinin nasıl düzenleneceği konusunda bir örnek oluşturmaktadır. Bu çalışmada, iki öğrenci takımı, XULA çalışma sitemiz atmosferin aerosol optik kalınlığının yıllık, günlük ve saatlik varyasyonunu izlemek için bağımsız olarak kalibre edilmiş GLOBE el güneş fotometreleri kullandı. Bu soruşturmada kullanılan iki Globe güneş fotometreleri IRE (Dünya Bilimi Araştırma ve Eğitim Enstitüsü; bir seri numarası RG8-989 ve diğer seri numarası RG8-990 vardı) satın alındı. İki aletten gelen veriler birleştirilmeden önce, sözleşmeyi tespit etmek için bir regresyon analizi gerçekleştirildi
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. fotometre operasyonu
Not: Bu protokoller en iyi iki kişi birlikte çalışan tarafından yapılır. İkinci kişi ölçümleri kaydetirken bir kişi güneş fotometresini tutar ve hizalar.
- GPS kullanarak site için boylam ve enlem ölçün. Sitede, ilk adım sensör menüsünden sensör seti seçerek GPS etkinleştirmek ve GPS seçin. GPS yeterli uyduları edindikten sonra Enlem ve boylam değerleri görüntülenir. Değerler görüntülendiğinde, veri topla ve ardından Kaydet tuşuna basın.
- Güneş fotometresinin iyi çalıştığından emin olun. Düzgün kalibre edilmiş bir güneş fotometresi, ışık dedektörüne yönlendirildiğinde ~ 0,03 V kapalı ve 5 V 'ye kadar istikrarlı bir voltaj üretmelidir. Globe Sun fotometre üzerindeki voltmetre güneş fotometre üzerine inşa edilmiştir
- Hava sıcaklığını kaydedin. Cam termometre içinde alkol kullanıyorsanız, termometre 3 – 5 dakika, istikrarlı okuma kaydı yapmadan önce dış sıcaklığa göre ayarlayın. Güneş fotometresinin dahili termometresini kullanıyorsanız, döner şalteri T 'ye çevirin ve voltmetre üzerindeki voltaj okumasına kayıt yapın. 100 ile çarpılan voltaj okuma, hava sıcaklığını o zaman santigrat dereceye kadar verecektir.
- Döner şalteri güneş fotometresinin yeşil kanalına ayarlayın.
- Bir kişi güneş fotometresini hizalayın, böylece üst braket üzerindeki delikten geçen ışık, alt braket üzerinde renkli nokta üzerinde ortalanmış bir güneş ışığı spot üretir. En iyi sonuç için, bir masa ve bir sandalye kullanın. Güneş fotometresini hizalamak kişi sandalyeye oturmak ve sabit bir okuma elde etmek için masada kollarını dinlenmelidir.
- İkinci kişi voltmetre üzerinde okuma kaydı var. Güneş Spot bir okuma almadan önce nokta kararlı olduğundan emin olun. Voltaj okuma dalgalanıyor ise, sadece gösterilen maksimum değeri kaydedin.
- Okuma çekildiği zamanı kaydedin. Zaman en yakın 30 sn 'ye kaydedilmelidir. Dijital saat bu amaçla analog bir daha iyi hizmet vermektedir.
- Karanlık voltajı elde etmek. Güneş fotometresini bir eliyle güneşe göre hizalanmış tutmak ve daha sonra diğer taraftan bir parmak ile üst braketi üzerinde delik kapak oturan kişi var. Ikinci kişi voltaj okuma kaydeder.
- Döner şalteri kırmızı kanala ayarlayın ve 1.4 – 1.7 arasındaki adımları tekrarlayın.
- Yeşil kanal için beş voltaj okumaları ve kırmızı kanal için beş gerilim okumaları elde etmek için 1.4 – 1.8 dört kez daha adımları yineleyin
- Hava sıcaklığını tekrar adım 1,2 olarak ölçün.
2. meta veri koleksiyonu
-
Güneş yakınındaki bulutları gözlemlemek ve kaydetmek için Globe bulut grafiğini kullanın. Bu gökyüzü bakarak yapılır ve GLOBE bulut grafiği (https://www.globe.gov/documents/348614/24331082/GLOBE+Cloud+Chart.) gözlenen özellikleri kapalı kontrol. Görünür Cirrus bulutlar karakteristik ince akıllı ipleri nedeniyle gözlemlemek kolaydır. Görünüşte açık bir gün güneş ışığı voltajı okuma 0,5 V daha az ise görünmez Cirrus bulutlar algılanır.
- Bağıl nemi ölçmek ve kaydetmek için bir Higrometre kullanın: Higrometre gövdesinde uzun bir kol ile tutun, yaklaşık 3 dakika boyunca havada bırakın ve sonra ilk ıslak ampul okuma tarafından izlenen kuru ampul okuma almak. İki okumanın farkını bulun ve bağıl nemi belirlemek için bağıl nem grafiğini kullanın
- Atmosferik basıncı ölçmek ve kaydetmek için bir barometre kullanın.
- Ölçülen değerleri ve sabitler yukarıda verilen denklem 1 içine takarak AOT hesaplayın.
3. sıcaklık Yönetmeliği
Not: Güneş fotometresinin elektroniği sıcaklığa duyarlıdır. En iyi performans için aşağıdaki adımlar önerilir.
- Dış sıcaklık oda sıcaklığında 5 derece altında ise, kullanımda değilken güneş fotometre termal köpük sarılmış tutun.
- Sıcak yaz ayları boyunca ölçümleri alırken, Güneş fotometresini kullanımda değilken gölgede tutun.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
GLOBE güneş fotometresi, AOT 'u λ = 505 nm ve λ = 625 nm cinsinden ölçer. Wave CIS sitesi 6 ' da AERONET sitesi 15 farklı dalga boylarında AOT önlemleri aldı. Biz AERONET sitenin bu 4 dalga boyu odaklı bizim karşılaştırma için: 667 Nm, 551 Nm, 532 nm ve 490 nm. İki istasyon arasında bir karşılaştırma yapmak için, biz 667 Nm, 551 Nm, 532 nm ve xula sitesi için 490 nm AOT ekstrapole. Bu XULA sitenin Angstrom katsayıları kullanılarak yapılır. Belirli bir site ve enstrüman için, optik kalınlık,, dalga boyu λ ve atmosferik bulanıklık katsayısı β, Angstrom 'un bulanıklık formülü ile bağlanır
2
Angstrom 'un üs olduğu yer. α ve β , optik kalınlığının ölçüldüğü dalga boyundan bağımsızdır. Bunlar ölçülen atmosferi açıklayan parametrelerdir. İki farklı dalga boylarında (λ1 = 505 nm ve λ2 = 625 Nm, Güneş fotometrelerimiz için) ve ölçülen AOT (τ1 ve τ2) olarak AOT verildiğinde, xula sitesi için Angstrom üs α Denklem,
3
Üçüncü dalga boyunda AOT (τ3), λ3 denklemi kullanarak aynı xula atmosferik koşullar için ekstrapole olabilir:
4
τ1ve λ1 , ikame 3ile aynı değeri elde etmek için Denklem 4 ' te τ2 ve λ2 ile değiştirilebilir. Bu hesaplama, farklı dalga boylarını kullanan iki enstrüman tarafından elde edilen τ değerlerini karşılaştırmak için kullanılır. İdeal olarak iki enstrüman aynı konumda kullanılmalıdır. Bizim durumumuzda bu iki enstrüman ~ 96 km ayrı olduğunu unutulmamalıdır.
Şekil 1: XULA 'da ölçülen kırmızı ve yeşil kanallar için günlük ortalama AOT değerlerinin bir örneği, denklem 1 kullanılarak hesaplanır. Şekil yalnızca Ekim ayı için verileri gösterir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Şekil 1 , denklem 1 kullanılarak hesaplanan tipik günlük ortalama AOT değerlerinin bir örneğini gösterir. Bu rakam, Ekim ayı için GLOBE güneş fotometresinin hem yeşil hem de kırmızı kanalları için AOT verilerini gösterir.
Şekil 2: AOT mevsimsel varyasyonu. (a) 12 aylık dönemde xula 'da ölçülen aylık ortalama AOT değerlerinin varyasyonu. AOT değerleri 625 nm ve 505 nm dalga boylarında ölçülmüştür. Bu verilere ozon düzeltmesi uygulandı. Hata çubukları, her ölçüm süresi için alınan beş ölçümlerin standart sapmasını gösterir. Oklar Şubat ayında ve Mayıs ayında AOT doruklarını gösterir. (b) xula SITESINDE AOT mevsimsel varyasyonu. Mevsim thusly kategorize edildi: kış (Dec, Jan, ve Şub), bahar (Mart, Nisan, Mayıs), yaz (Haziran, Temmuz, Ağustos) ve Güz (Sept, Ekim, Nov). Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Şekil 2a , 12 aylık dönemde xula 'da ölçülen aylık ortalama AOT varyasyonunu gösterir. Ortalama ozon optik kalınlık düzeltmeleri-0,01 ve-0,03, sırasıyla 505 nm ve 625 nm optik kalınlık değerlerine uygulanmıştır. Veriler, AOT dalga boyu 505 Nm (yeşil ışık) ölçülen sürekli Eylül-Ocak ve sonra Şubat ayında zirveye düştü gösterir. AOT dalga boyu 625 Nm (kırmızı ışık) ölçülen benzer bir eğilim izledi ama Aralık ayında en az ulaştı ve Ocak ve Şubat ayına kadar giderek başladı. 505 nm 'de ölçülen AOT, 625 nm 'de ölçülen AOT 'dan ortalama olarak daha yüksektir. Şekil 2B Sezon başına ortalama AOT değerlerini gösterir. Mevsimler aşağıdaki gibi sınıflandırılır: kış (Aralık, Ocak ve Şubat), İlkbahar (Mart, Nisan ve Mayıs), yaz (Haziran, Temmuz ve Ağustos), ve Güz (Eylül, Ekim ve Kasım). Yaz en yüksek ortalama AOT vardı ve kış en düşük ortalama AOT vardı. Yaz aylarında AOT 'un yüksek değerleri, yüksek hava sıcaklıklarına bağlı olarak dünyanın yüzeyinin ısınması nedeniyle olabilir. Sıcak toprak buharlaşma hızını arttırır. Bu su buharı donuyor veya yoğunlaştırır zaman form damla ve buz kristalleri atmosferdeki aerosolleri artırır. Kış aylarında AOT 'un düşük değerleri, kış ayları de yüksek yağış ile ilişkilendirildiği için bulut atma ve yağmur yıkama süreçlerinden kaynaklanıyor olabilir.
Şekil 3: XULA Ile AERONET arasında karşılaştırma. XULA 'da (a) extrapolated AOT. Bu AOT değerleri Denklem 3 kullanarak 4 dalga boyu (667 Nm, 551 Nm, 532 nm ve 490 nm) için ekstrapole edildi. (b) aynı dalga boylarında AERONET AOT. Burada kullanılan AERONET verileri seviye 2,0 olarak sınıflandırılır. Bulut taraması ve ozon düzeltme algoritmaları ve verilere otomatik olarak uygulanmıştır. Panel b 'de hata çubukları, 0,02 Level 2,0 AERONET veri25için AOT birimlerinin minimum belirsizlik dayanmaktadır. Oklar Şubat ayında AOT doruklarını göstermek ve Mayıs ayında her ikisi için (a) ve (b). Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Xula sitesi ve Aeronet sitesi arasında bir karşılaştırma yapmak için, biz xula site için 667 Nm, 551 Nm, 532 nm ve 490 nm dalga boylarında AOT değerlerini ekstrapole. Bu, yukarıdaki Denklem 3 kullanılarak yapıldı. Şekil 3A , 667 Nm, 551 Nm, 532 nm ve 490 nm dalga boyları için xula 'da ekstrapole AOT gösterir. Şekil 3B , aynı dalga boylarında ölçülen AERONET AOT 'u gösterir. Bu veriler iyi niteliksel anlaşma gösterir, ancak iki site arasındaki mesafeyi göz önüne alındığında, daha nicel karşılaştırmalar için hiçbir gerekçe yoktur. Biz Şubat ve Mayıs ayında doruklarına gözlenen olsa da, kış ve Bahar ayları için Ortalama AOT en düşük oldu. Bu, bu doruklarının bazı rasgele olaylar nedeniyle olduğunu göstermektedir. Bu olaylar Meksika Körfezi boyunca gelen aerosoller için komşu Devletler orman yangınları ve tarımsal faaliyetler duman herhangi bir şey olabilir. Mayıs ve Şubat ayında AOT zirvelerinin nedeni hakkında kesin olması birçok mevsim için ölçümler gerektirir.
Şekil 4: XULA sitesinde iki farklı el güneş fotometreden AOT değerleri Için doğrusal regresyonlar eğrileri. Seri numaraları RG-989 ve RG-9990. (a) 625 nm ve (b) 505 Nm. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
İki bağımsız kalibre edilmiş aleti birbirine karşı karşılaştırarak GLOBE güneş fotometrelerin güvenilirliğini kontrol ettik. Şekil 4 , RG8-989 seri numarası ve RG8-990 seri numarası ile Globe güneş FOTOMETRESININ AOT verilerini gösterir. Şekil, iki güneş fotometre arasındaki anlaşmanın 625 nm kanalından 505 nm kanalı için daha güçlü olduğunu gösteriyor. 505 Nm (yeşil) Kanal için R-kare değeri% 95,3 ve iki güneş fotometre arasındaki doğrusal regresyon çizgisinin eğimi 0,89 idi. 625 Nm (kırmızı) Kanal için R-kare% 91,6 ve eğim doğrusal regresyon hattı 0,82 oldu. Kırmızı kanal üzerinde anlaşma kırmızı LED üzerinde Isıtma etkileri nedeniyle düşüktür. Kırmızı LED daha sıcaklığa yeşil LED daha duyarlıdır. Veri toplayıcıları, ölçüm arasında doğrudan güneş ışığı için cihazın pozlama kontrol zaman her iki kanal için anlaşma geliştirilmiştir.
Şekil 5:12 aylık süre içinde hesaplanan AOT saatlik ortalama değerlerin diurnal değişkenlik. Grafikte gösterilen saat yerel saat. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Şekil 5 , 12 aylık dönemde ortalama AOT saatlik varyasyonunu gösterir. Her veri noktası 194 ortalama ölçülerdir. Günlük varyasyon arasında oldu 0,265 sabah ve 0,06 için akşam 505 nm kanal, karşılık gelen yaklaşık 77% varyasyon. Veri 0,265 ve 3:00 PM 0,182 için 505 nm kanal için başka bir zirve 9:00 bir zirve gösterir. 625 nm kanal benzer doruklarına gösterdi. Bu kez New Orleans trafik zirve saatleri ile rastlayan olsa bile, daha fazla soruşturma zirveleri sadece araç emisyonları nedeniyle olup olmadığını kurmak için gereklidir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu protokoldeki ilk adım, çalışma sitesini tanımlamaktır. Bu, çalışma sitesinin boylam ve enlem bulmak için bir GPS kullanılarak yapılır. Boylam ve enlem değerleri, denklem 1 ' i kullanarak AOT hesaplamasında önemlidir. Ölçüm sırasında, Güneş fotometresinin güneşe doğrudan ve sıkıca işaret edilmesi çok önemlidir. El güneş fotometresinin üst Braketinin en küçük deliği, Güneş fotometresinin LED dedektörlerinin ulaştığı dağınık ışık miktarını azaltır. Denklem 1, hiçbir dağınık ışık üst Braketinin delikten geçtiğini varsayar bir yaklaşma olduğunu. Güneş fotometre düzgün hizalanırsa, bu varsayım tarafından sunulan hata ölçüm22,23,24hata diğer kaynaklara kıyasla ihmal edilebilir. Güneş fotometresinin LED 'Leri aşırı sıcaklıklarda duyarlıdır. Sıcak yaz aylarında, Güneş fotometresi kullanımda değilken gölgede tutulmalıdır. Soğuk kış aylarında, Güneş fotometre ölçümleri arasında koruyucu termal bez sarılmış olmalıdır. Son derece soğuk ortamlarda, ölçümler boyunca termal koruma kullanılmalıdır. Normal çalışırken, Güneş fotometre karanlıkta birkaç milivolt ve 1,0 arasında V ve 3,0 V doğrudan güneşe işaret ederken okumalıdır. Güneş fotometre ile ölçümler güneş herhangi bir bulutlar açık olduğunda güvenilir. Bir Auburn renk tonu ile güneş gözlüğü giymek Aksi halde boynunda göz görünmez olan soluk bulutlar algılamak için yardımcı olacaktır25,26.
1 denklemden hesaplanan AOT, AOT 'a ozon katkısı için düzeltilmelidir. Bu, ~ 0,01 ve ~ 0,03, yeşil ve kırmızı kanallar için hesaplanan AOT değerlerden sırasıyla22çıkararak yapılır. Bu protokoller dikkatle takip edildiğinde, doğruluk ~ 0,02 AOT birimleri olmalıdır. Doğruluk bu düzeyde bize su buharı emilimi nedeniyle AOT herhangi bir katkı görmezden izin verir. Yukarıda verilen protokoller basittir ve ortaokul öğrencileri tarafından kolej seviyesine kadar takip edilebilir. El güneş fotometresi, ucuz olan ve elektronik dükkanlardan kolayca elde edilen LED 'Leri kullanır. Cihazın kendisi sağlam ve özel bir bakım gerektirmez.
Şu anda dünya çapında AERONET izleme istasyonları 400 üzerinde vardır, ancak bu bile tüm gezegeni kapsayacak kadar yeterli değildir. El güneş fotometreleri, burada açıklanan protokolleri kullanarak AERONET tarafından sol boşluklar köprü için kullanılabilir. Dünya çapındaki binlerce okul, Aeronet istasyonlarından27,28' e çok daha yakın olan zemin tabanlı izleme istasyonları ağı oluşturmak için organize edilebilir. Verilen protokollere sahip el güneş fotometre, mevcut ve gelecekteki uzay bazlı aerosol izleme platformlarını doğrulamak için de kullanılabilir.
Burada verilen protokollerin sınırlamalarından biri, Güneş ile hizalama elle yapılır, bu da insan hatalarına karşı hassastır. Ayrıca LED tabanlı el güneş fotometre tasarımı tarafından getirilen sınırlamalar vardır. LED Dedektörleri için bant genişliği (FWHM) ölçüm hatalarına neden olabilir ~ 75 nm olduğunu. Verilen protokollerle diğer zorluk, veri sürekli ve düzenli olarak toplanır böylece öğrenci ekipleri organize etmektir. Öğrenciler, final sınıflarına doğru bazı kredi vererek veri toplamak için motive olabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar hiç bir ilgi çatışması bildirmiyor.
Acknowledgments
Bu çalışma mali DOD ARO Grant #W911NF-15-1-0510 ve Ulusal Bilim Vakfı araştırma başlatma Ödülleri Grant No 1411209 altında tarafından desteklenmektedir. Biz Louisiana Xavier Üniversitesi 'nde fizik ve bilgisayar bilimleri departmanı ve eğitim bölümü için samimi şükranlarımızı ifade ediyoruz.
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. |
References
- Mondol, P. K., Mamun, M. M. I., Islam, M. M. Construction of an inexpensive sun photometer to measure aerosol optical depth and comparisons between the measured data and satellite observations. American Journal of Remote Sensing. 2 (5), 37-43 (2014).
- Toledano, C., et al. Overview of sun photometer measurements of aerosol properties in Scandinavia and Svalbard. Atmospheric Environment. 52, 182-188 (2012).
- Aerosol Protocol - GLOBE.gov. , Available from: https://www.globe.gov/documents/348614/e9acbb7a-5e1f-444a-bdd3-acff62b50759 (2019).
- Heintzenber, J., et al. The life cycle of the atmospheric aerosol. Topics in atmospheric and terrestrial physics and chemistry. Boutron, F. , ISBN 2-86883-241-5, 2512-70 (1994).
- Gong, W., Zhang, S., Ma, Y. Aerosol Optical Properties and Determination of Aerosol Size Distribution in Wuhan, China. Atmosphere. 5, 81-91 (2014).
- Cisek, M., et al. Aerosol Optical Depth variations due to local breeze circulation in Kongsfjorden, Spitsbergen. Oceanologia. 59, 422-430 (2017).
- Charlson, R. J., et al. Climate forcing by anthropogenic aerosols. Science. 255, 423-430 (1992).
- Kohil, E. E., et al. A study of atmospheric aerosol optical properties over Alexandria city. Egypt Journal of Physics Conference. 810, 012033 (2017).
- Altaratz, O., Bar-Or, R. Z., Wollner, U., Koren, I. Relative humidity and its effect on aerosol optical depth in the vicinity of convective clouds. Environmental Research Letters. 8, 034025 (2013).
- Jung, C. H., Shin, H. J., Lee, J. Y., Kim, Y. P. Sensitivity and Contribution of Organic Aerosols to Aerosol Optical Properties Based on Their Refractive Index and Hygroscopicity. Atmosphere. 7 (65), (2016).
- Sharma, N. P., Sapkota, B. K., Bhattarai, B., Kjeldstad, B. Study on Aerosol Optical Depth in winter and Summer Season in Bhaktapur. Journal of the Institute of Engineering. 8 (1), 269-276 (2009).
- Mims, F. M. III An international haze-monitoring network for students. Bulletin of the American. Meteorological Society. 80, 1421-1431 (1999).
- Mielonen, T., et al. Temperature-dependence of aerosol optical depth over the southeastern US. Atmospheric Chemistry and Physics Discussion. , (2016).
- Coakley, J. A., Cess, R. D., Yurevich, F. B. The effect of tropospheric aerosols on the earth’s radiation budget: A parameterization for climate models. Journal of Atmospheric Science. 40, 116-138 (1983).
- Stachlewska, I. S., Zawadzka, O., Engelmann, R. Effect of Heat Wave Conditions on Aerosol Optical Properties Derived from Satellite and Ground-Based Remote Sensing over Poland. Remote Sensing. 9, 1199 (2017).
- Brooks, D. R. Development of an inexpensive handheld LED-based Sun photometer for the GLOBE program. Journal of Geophysical Research. 106 (5), 4733-4740 (2001).
- Sellitto, P., et al. A novel methodology to determine volcanic aerosols optical properties in the UV and NIR and Ångström parameters using Sun photometry. Journal of Geophysical Research Atmospheres. 122 (8), (2017).
- Schmid, B., Wehrli, C. Comparison of Sun photometer calibration by use of the Langley technique and the standard lamp. Applied Optics. 34, 45014512 (1995).
- Shiobara, M., Spinhirne, J. D., Uchiyama, A., Asano, S. Optical depth measurements of aerosol, cloud and water vapor using sun photometers during theFIRE Cirrus II. Journal of Applied Meteorology. 35, 364-366 (1991).
- Aïssani, O., Mokhnache, A. Aerosol size distribution retrieved from optical depth measurements in Tamanrasset and Blida. Revue des Energies Renouvelables. 15 (2), 207-218 (2012).
- Bucholtz, A. Rayleigh-scattering calculations for the terrestrial atmosphere. Applied Optics. 34, 2765-2773 (1995).
- Brooks, D. R. Monitoring Solar Radiation and Its Transmission through the Atmosphere. The GLOBE Program's Aerosols, Water Vapor, and UVA Monitoring Projects. , (2006).
- Holben, B. N., et al. AERONET - A federated instrument network and data archive for aerosol characterization. Remote Sensing of the Environment. 66, 1-16 (1998).
- Toledo, F., et al. AOT retrieval procedure for distributed measurements with low-cost Sun photometers. Journal of Geophysical Research Atmospheres. 123, 1113-1131 (2017).
- Giles, D. M., et al. Advancements in the Aerosol Robotic Network (AERONET) 1 Version 3 Database - Automated Near Real-Time Quality Control Algorithm with Improved Cloud Screening for Sun Photometer Aerosol Optical Depth (AOD) Measurements. Atmospheric Measurement Techniques Discussions. , (2018).
- Zawadzka, I., et al. Studies of aerosol optical depth with the use of Microtops II sun photometers and MODIS detectors in coastal areas of the Baltic Sea. Acta Geophysica. 62 (2), 400-422 (2014).
- Bovchaliuk, V., et al. Aerosol Microtops II sunphotometer observations over Ukraine. Advances in Astronomy and Space Physics. 3, 46-52 (2013).
- More, S., Kumar, P. P., Gupta, P., Devara, P. C. S., Aher, G. R. Comparison of Aerosol Products Retrieved from AERONET, MICROTOPS and MODIS over a Tropical Urban City, Pune, India. Aerosol and Air Quality Research. 13, 107-121 (2013).
- Boersma, K. F., de Vroom, J. P. Validation of MODIS aerosol observations over the Netherlands with GLOBE student measurements. Journal of Geophysical Research. 111, D20311 (2006).
- Porter, J. N., et al. Handheld Sun Photometer Measurements from Light Aircraft. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 24, 1588-1597 (2007).
