Misura dello spessore ottico aerosols dell'atmosfera utilizzando il fotometro solare palmare GLOBE
29 maggio 2019
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.
Utilizzando questo protocollo possiamo misurare lo spessore ottico aerosol dell'atmosfera utilizzando il fotometro solare GLOBE portatile con una precisione accettabile per la comunità della scienza atmosferica. Il vantaggio di questa tecnica è che può essere utilizzata da tutti, dagli studenti delle scuole superiori agli studenti universitari. Il fotometro solare GLOBE è robusto e può essere utilizzato in aree remote e di difficile accesso.
I protocolli di spessore ottico aerosol sono chiaramente delineati qui e facili da seguire. Quando si prendono misure AOT è sempre meglio lavorare in coppia. Una dimostrazione visiva aiuta a comprendere la tecnica di allineare il fotometro solare con il sole.
Alla vista, attivare il GPS scegliendo la configurazione del sensore dal menu del sensore e selezionare GPS. Una volta che il GPS ha acquisito abbastanza satelliti, vengono visualizzati i valori di latitudine e longitudine. Quindi, premi raccogli dati e premi salva.
Se la temperatura esterna è inferiore di oltre cinque gradi alla temperatura ambiente, mantenere il fotometro solare avvolto in schiuma termica quando non è in uso. Quando si prendono misure durante i caldi mesi estivi, tenere il fotometro solare all'ombra quando non è in uso. Controllare se il fotometro solare produce una tensione stabile di circa 0,03 volt all'interno e tra un volt e cinque volt quando la luce è diretta sul rilevatore.
Per registrare la temperatura dell'aria, ruotare l'interruttore rotativo a T e registrare la lettura della tensione sul misuratore di volt. Moltiplicando la lettura della tensione per 100 si ottiene la temperatura dell'aria in gradi Celsius. Quindi, impostare l'interruttore rotativo sul canale verde del fotometro solare con una persona seduta sulla sedia e appoggiata le braccia sul tavolo.
Allineare il fotometro solare in modo che la luce che passa attraverso il foro sulla staffa superiore produca una macchia di luce solare centrata sul punto colorato sul movimento centrale. Fare in modo che la seconda persona registri la lettura sul volt meter, assicurandosi che la macchia solare sia stabile sul punto. Se la lettura della tensione è fluttuante, registrare il valore massimo.
Registrare il tempo entro 30 secondi. Per ottenere la tensione scura, fare in modo che la persona seduta tenga il fotometro solare allineato al sole con una mano, quindi coprire il foro sulla staffa superiore con un dito dall'altra mano. Fare in modo che la seconda persona registri la lettura della tensione.
Quindi, impostare l'interruttore rotativo sul canale rosso e ripetere, registrando tensioni luminose e scure. Ottenere cinque letture di tensione per il canale verde e cinque letture di tensione per il canale rosso. Misurare nuovamente la temperatura dell'aria.
Osserva le nuvole vicino al sole e usa il grafico delle nuvole GLOBE per controllare le caratteristiche osservate. Le nubi di cirro visibili sono facili da osservare a causa dei loro caratteristici fili di wispy sottili. In una giornata apparentemente limpida, se le nubi di cirro non sono visibili ma la lettura della tensione della luce solare è inferiore a 0,5 volt, si consiglia di dedurre nubi di cirro invisibili.
Per misurare l'umidità relativa, tenere l'igrometro con un braccio esteso lontano dal corpo. Lasciarlo in aria per circa tre minuti e quindi prendere prima la lettura del bulbo secco, seguita dalla lettura della lampadina bagnata. Trova la differenza nelle due letture e usa il grafico dell'umidità relativa per stabilire l'umidità relativa.
Quindi, utilizzare un barometro per misurare e registrare la pressione atmosferica. Calcolare lo spessore ottico dell'aerosol collegando i valori misurati e le costanti all'equazione AOT. I valori AOT medi mensili misurati presso la Xavier University of Louisiana nel periodo di 12 mesi indicano picchi di AOT in febbraio e maggio.
La variazione stagionale dell'AOT nel sito della Xavier University of Louisiana classifica dicembre, gennaio e febbraio come inverno. Marzo, aprile e maggio come primavera. Giugno, luglio e agosto come estate.
Settembre, ottobre e novembre come autunno. Basato sull'estrapolazione, L'AOT per quattro lunghezze d'onda, 667 nanometri, 551 nanometri, 532 nanometri e 490 nanometri, nel sito della Xavier University of Louisiana è stato confrontato con i dati della stazione AERONET. Le frecce mostrano i picchi AOT a febbraio e a maggio per entrambi i siti.
L'affidabilità dei fotometri solari GLOBE è stata verificata confrontando due strumenti calibrati in modo indipendente l'uno contro l'altro. L'accordo tra i due fotometri solari è più forte per il canale rosso di 505 nanometri rispetto al canale verde di 625 nanometri. Questa differenza è perché il LED rosso ha una sensibilità alla temperatura più forte rispetto al LED verde.
La variazione giornaliera dell'AOT è stata compresa tra 0,265 al mattino e 0,06 la sera per il canale rosso che corrisponde a circa il 77% di variazione. I dati mostrano un picco alle 9:00 a.m. di 0,265 e un altro picco alle 15:00.m.
di 0,182 per il canale rosso. Il canale verde ha mostrato picchi simili. La cosa più importante da ricordare è che queste misurazioni non funzionano quando il sole è oscurato dalle nuvole di cirro.
La presenza di nubi di cirro può causare falsi valori per AOT. Il prossimo passo logico dopo questo è utilizzare il fotometro solare Calitoo con i suoi canali blu, verde e rosso per convalidare il fotometro solare GLOBE e utilizzare entrambi gli strumenti nei siti AERONET. Attualmente ci sono oltre 400 stazioni di monitoraggio AERONET in tutto il mondo, ma anche queste non sono sufficienti a coprire l'intero pianeta.
La nostra speranza è che i fotometri solari portatili GLOBE, utilizzando i protocolli qui descritti, possano essere utilizzati per colmare gli spazi lasciati da AERONET.
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Panoramica
In questo articolo viene presentato un metodo per misurare lo spessore ottico degli aerosol (AOT) dell'atmosfera mediante un fotometro solare GLOBE portatile. La tecnica è accessibile per utenti che vanno dagli studenti delle scuole superiori a quelli universitari ed è adatta per località remote.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Scienze atmosferiche
- Monitoraggio ambientale
- Tecniche educative
Sfondo
- Lo spessore ottico degli aerosol è un parametro fondamentale negli studi atmosferici.
- Il fotometro solare GLOBE è progettato per essere facilmente utilizzabile in diversi ambienti.
- La comprensione dello spessore ottico degli aerosol è essenziale per la ricerca sul clima e sulla qualità dell'aria.
- Tecniche di misurazione collaborativa migliorano l'apprendimento e l'accuratezza.
Scopo dello studio
- Fornire un protocollo chiaro per la misurazione dello spessore ottico degli aerosol.
- Promuovere l'uso di strumenti scientifici in contesti educativi.
- Facilitare la raccolta di dati in aree di difficile accesso.
Metodi Utilizzati
- Utilizzo di un fotometro solare GLOBE portatile.
- Allineamento del fotometro con il Sole per ottenere letture accurate.
- Registrazione delle condizioni atmosferiche come pressione barometrica e umidità.
- Promozione del lavoro a coppie per migliori pratiche di misurazione.
Risultati principali
- Misurazione corretta dello spessore ottico degli aerosol con accuratezza accettabile.
- Dimostrata facilità d'uso per studenti e insegnanti.
- Evidenziata l'affidabilità del fotometro solare GLOBE in diverse condizioni.
- Fornita una dimostrazione visiva per facilitare la comprensione della tecnica.
Conclusioni
- Il protocollo è efficace per scopi educativi e di ricerca.
- La collaborazione migliora l'esperienza di apprendimento e l'accuratezza delle misurazioni.
- Il fotometro solare GLOBE è uno strumento prezioso per gli studi atmosferici.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Contenuto
La misurazione quantitativa dello spessore ottico degli aerosol (AOT) mediante fotometri solari portatili consente un monitoraggio ambientale affidabile, supportando la valutazione del rischio per le operazioni di ricerca e sviluppo biotecnologico e farmaceutico sensibili alle variazioni atmosferiche. Dati AOT affidabili aumentano la fiducia predittiva nella selezione dei siti, nella logistica e negli studi sull'impatto ambientale lungo tutta la filiera della scoperta e della fase preclinica. L'integrazione di protocolli AOT validati e riproducibili rafforza la continuità dei dati ambientali a livello aziendale e la resilienza operativa.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Supporta la riduzione del rischio ambientale per studi biologici sul campo.
- Permette una caratterizzazione atmosferica specifica per sito al fine di orientare la progettazione sperimentale.
- Fornisce dati quantitativi per la valutazione di fattori confondenti ambientali nei saggi biologici.
Sviluppo di screening e saggi
- Facilita la standardizzazione dei protocolli di monitoraggio ambientale per saggi in campo riproducibili.
- Fornisce output quantitativi di AOT per confrontare le condizioni del saggio in diverse località e punti temporali.
- Consente un monitoraggio scalabile e portatile per campagne di screening su più siti.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea la raccolta di dati ambientali al deployment di modelli preclinici in condizioni di campo variabili.
- Garantisce la continuità dei dati sull'esposizione ambientale dalla fase di scoperta fino alla validazione preclinica.
- Riduce il rischio che variabili atmosferiche non considerate influenzino gli studi traslazionali.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il protocollo del fotometro solare portatile GLOBE si integra nei flussi di lavoro di monitoraggio ambientale che comprendono le fasi iniziali di scoperta, di screening basato sul campo e di ricerca preclinica.
- Biologia della Scoperta: Consente la verifica di ipotesi riguardo agli impatti ambientali sui sistemi biologici.
- Screening: Fornisce misurazioni quantitative e riproducibili dell'AOT per standardizzare gli ambienti sperimentali.
- Analisi: Genera dati AOT comparabili a più lunghezze d'onda per analisi intersito e temporali.
- Ricerca Translazionale: Garantisce la continuità dei dati ambientali per lo sviluppo di modelli basati sul campo con adeguamento del rischio.
- Riutilizzo Aziendale: Offre un protocollo robusto e portatile adattabile a diverse aree geografiche e esigenze operative.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta l'affidabilità predittiva quantificando la variabilità atmosferica che influenza gli studi biologici.
- Valore operativo: Fornisce un monitoraggio ambientale standardizzato, riproducibile e scalabile tra diversi siti.
- Valore strategico: Guida le decisioni di avviamento o meno delle operazioni sul campo e della selezione dei siti sulla base di dati ambientali validati.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione dei programmi basati sul campo e degli studi sull'esposizione ambientale, adeguata al livello di rischio.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede una formazione nell'aderenza alle procedure e nella calibrazione degli strumenti per ottenere dati affidabili.
- Necessita dell'accesso a fotometri solari portatili e a strumenti meteorologici di base.
- Richiede una standardizzazione tra i team per garantire la comparabilità dei dati tra siti e punti temporali diversi.
- Adattabile a località remote e di difficile accesso con infrastrutture minime.
- L'accuratezza delle misurazioni può essere limitata dalla copertura nuvolosa e dalla sensibilità dello strumento alla temperatura.
