Name: Pomiar grubości optycznej atmosfery aerozoli za pomocą ręcznego fotometru słonecznego GLOBE (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-05-29T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 27 s
Description: Naucz się mierzyć grubość optyczną aerozoli atmosferycznych za pomocą ręcznego fotometru słonecznego GLOBE. Ta metoda jest dostępna dla uczniów i studentów, nadaje się do badań w terenie.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana finansowo przez grant DOD ARO #W911NF-15-1-0510 oraz National Science Foundation Research Initiation Awards w ramach grantu nr 1411209. Wyrażamy naszą szczerą wdzięczność Wydziałowi Fizyki i Informatyki oraz Wydziałowi Edukacji Uniwersytetu Xavier w Luizjanie.

1. Działanie fotometru
UWAGA: Te protokoły najlepiej wykonywać dwie osoby współpracujące ze sobą. Jedna osoba trzyma i ustawia fotometr słoneczny, podczas gdy druga osoba rejestruje pomiary.
<ol>
	<li>Zmierz długość i szerokość geograficzną obiektu za pomocą GPS. Na miejscu pierwszym krokiem jest aktywacja GPS poprzez wybranie konfiguracji czujnika z menu czujnika i wybranie GPS. Gdy GPS zdobędzie wystarczającą liczbę satelitów, zostaną wyświetlone wartości szerokości i długości geograficznej. Po wyświetleniu wartości naciśnij zbierz dane, a następnie naciśnij Zapisz.</li>
	<li>Upewnij się, że fotometr słoneczny działa dobrze. Prawidłowo skalibrowany fotometr słoneczny powinien wytwarzać stabilne napięcie ~0,03 V w pomieszczeniu i do 5 V, gdy światło jest skierowane na detektor. Woltomierz na fotometrze słońca Globe jest wbudowany w fotometr słoneczny</li>
	<li>Zapisz temperaturę powietrza. Jeśli używasz termometru alkoholowego w szklanym termometrze, daj termometrowi 3–5 minut na dostosowanie się do temperatury zewnętrznej przed zarejestrowaniem stabilnego odczytu. Jeśli używasz wbudowanego termometru fotometru słonecznego, ustaw przełącznik obrotowy w pozycji T i zapisz voltage odczyt na woltomierzu. Odczyt napięcia pomnożony przez 100 da temperaturę powietrza w stopniach Celsjusza w tym czasie.</li>
	<li>Ustaw przełącznik obrotowy w pozycji zielonego kanału fotometru słonecznego.</li>
	<li>Niech jedna osoba ustawi fotometr słoneczny tak, aby światło przechodzące przez otwór w górnym wsporniku wytwarzało plamkę światła słonecznego wyśrodkowaną nad kolorową kropką na dolnym wsporniku. Aby uzyskać najlepsze wyniki, użyj stołu i krzesła. Osoba ustawiająca fotometr słoneczny powinna usiąść na krześle i oprzeć ręce na stole, aby uzyskać stały odczyt.</li>
	<li>Niech druga osoba zapisze odczyt na woltomierzu. Upewnij się, że plama słoneczna jest stabilna na kropce przed wykonaniem odczytu. Jeśli odczyt napięcia ulega wahaniom, po prostu zapisz pokazaną maksymalną wartość.</li>
	<li>Zapisz czas, w którym odczyt został wykonany. Czas musi być zapisany z dokładnością do 30 s. Zegarek cyfrowy służy temu celowi lepiej niż zegarek analogowy.</li>
	<li>Uzyskaj ciemne napięcie. Poproś osobę, która siada, aby jedną ręką ustawiła fotometr słoneczny w pozycji ustawionej względem słońca, a następnie zakryła otwór w górnym wsporniku palcem drugiej ręki. Druga osoba będzie nagrywać odczyt napięcia.</li>
	<li>Ustaw przełącznik obrotowy w pozycji czerwonego kanału i powtórz kroki 1.4–1.7.</li>
	<li>Powtórz kroki 1.4–1.8 jeszcze cztery razy, aby uzyskać pięć odczytów napięcia dla kanału zielonego i pięć odczytów napięcia dla kanału czerwonego</li>
	<li>Ponownie zmierz temperaturę powietrza, jak w kroku 1.2.</li>
</ol>
2. Gromadzenie metadanych
<ol>
	<li>Użyj wykresu chmur kuli ziemskiej, aby obserwować i rejestrować chmury w pobliżu słońca. Odbywa się to poprzez patrzenie w niebo i zaznaczanie obserwowanych obiektów na wykresie chmur GLOBE (https://www.globe.gov/documents/348614/24331082/GLOBE+Cloud+Chart.). Widoczne chmury cirrusowe są łatwe do zaobserwowania ze względu na ich charakterystyczne, cienkie, delikatne pasma. Niewidoczne chmury cirrus są wnioskowane, jeśli odczyt napięcia światła słonecznego w pozornie pogodny dzień jest mniejszy niż 0,5 V.
	<ol>
		<li>Użyj higrometru do pomiaru i zarejestrowania wilgotności względnej: Trzymaj higrometr z wyciągniętym ramieniem z dala od ciała, pozostaw go w powietrzu na około 3 minuty, a następnie najpierw wykonaj odczyt termometru suchego, a następnie odczyt termometru mokrego. Znajdź różnicę w dwóch odczytach i użyj wykresu wilgotności względnej, aby ustalić wilgotność względną</li>
		<li>Użyj barometru do pomiaru i rejestracji ciśnienia atmosferycznego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Oblicz AOT, umieszczając zmierzone wartości i stałe w równaniu 1 podanym powyżej.</li>
</ol>
3. Regulacja temperatury
UWAGA: Elektronika fotometru słonecznego jest wrażliwa na temperaturę. Aby uzyskać optymalną wydajność, zaleca się wykonanie następujących czynności.
<ol>
	<li>Jeśli temperatura na zewnątrz jest wyższa niż 5 stopni poniżej temperatury pokojowej, fotometr słoneczny powinien być owinięty pianką termiczną, gdy nie jest używany.</li>
	<li>Wykonując pomiary w gorących miesiącach letnich, trzymaj fotometr słoneczny w cieniu, gdy nie jest używany.</li>
</ol>

<ol><li>Mondol, P. K., Mamun, M. M. I., Islam, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Construction+of+an+inexpensive+sun+photometer+to+measure+aerosol+optical+depth+and+comparisons+between+the+measured+data+and+satellite+observations%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Remote+Sensing%22%5BJournal%5D)">Construction of an inexpensive sun photometer to measure aerosol optical depth and comparisons between the measured data and satellite observations.</a> American Journal of Remote Sensing. 2 (5), 37-43 (2014).</li>
<li>Toledano, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Overview+of+sun+photometer+measurements+of+aerosol+properties+in+Scandinavia+and+Svalbard%5BTitle%5D)+AND+%22Atmospheric+Environment%22%5BJournal%5D)">Overview of sun photometer measurements of aerosol properties in Scandinavia and Svalbard.</a> Atmospheric Environment. 52, 182-188 (2012).</li>
<li>Aerosol Protocol - GLOBE.gov. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.globe.gov/documents/348614/e9acbb7a-5e1f-444a-bdd3-acff62b50759 ">https://www.globe.gov/documents/348614/e9acbb7a-5e1f-444a-bdd3-acff62b50759 </a> (2019).</li>
<li>Heintzenber, J., et al. The life cycle of the atmospheric aerosol. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHeintzenber%2C+J+%22Topics+in+atmospheric+and+terrestrial+physics+and+chemistry%22">Topics in atmospheric and terrestrial physics and chemistry</a>. Boutron, F. , ISBN 2-86883-241-5, 2512-70 (1994).</li>
<li>Gong, W., Zhang, S., Ma, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aerosol+Optical+Properties+and+Determination+of+Aerosol+Size+Distribution+in+Wuhan%2C+China%5BTitle%5D)+AND+%22Atmosphere%22%5BJournal%5D)">Aerosol Optical Properties and Determination of Aerosol Size Distribution in Wuhan, China.</a> Atmosphere. 5, 81-91 (2014).</li>
<li>Cisek, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aerosol+Optical+Depth+variations+due+to+local+breeze+circulation+in+Kongsfjorden%2C+Spitsbergen%5BTitle%5D)+AND+%22Oceanologia%22%5BJournal%5D)">Aerosol Optical Depth variations due to local breeze circulation in Kongsfjorden, Spitsbergen.</a> Oceanologia. 59, 422-430 (2017).</li>
<li>Charlson, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Climate+forcing+by+anthropogenic+aerosols%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Climate forcing by anthropogenic aerosols.</a> Science. 255, 423-430 (1992).</li>
<li>Kohil, E. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+study+of+atmospheric+aerosol+optical+properties+over+Alexandria+city%5BTitle%5D)+AND+%22Egypt+Journal+of+Physics+Conference%22%5BJournal%5D)">A study of atmospheric aerosol optical properties over Alexandria city.</a> Egypt Journal of Physics Conference. 810, 012033(2017).</li>
<li>Altaratz, O., Bar-Or, R. Z., Wollner, U., Koren, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relative+humidity+and+its+effect+on+aerosol+optical+depth+in+the+vicinity+of+convective+clouds%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Research+Letters%22%5BJournal%5D)">Relative humidity and its effect on aerosol optical depth in the vicinity of convective clouds.</a> Environmental Research Letters. 8, 034025(2013).</li>
<li>Jung, C. H., Shin, H. J., Lee, J. Y., Kim, Y. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensitivity+and+Contribution+of+Organic+Aerosols+to+Aerosol+Optical+Properties+Based+on+Their+Refractive+Index+and+Hygroscopicity%5BTitle%5D)+AND+%22Atmosphere%22%5BJournal%5D)">Sensitivity and Contribution of Organic Aerosols to Aerosol Optical Properties Based on Their Refractive Index and Hygroscopicity.</a> Atmosphere. 7 (65), (2016).</li>
<li>Sharma, N. P., Sapkota, B. K., Bhattarai, B., Kjeldstad, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Study+on+Aerosol+Optical+Depth+in+winter+and+Summer+Season+in+Bhaktapur%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Institute+of+Engineering%22%5BJournal%5D)">Study on Aerosol Optical Depth in winter and Summer Season in Bhaktapur.</a> Journal of the Institute of Engineering. 8 (1), 269-276 (2009).</li>
<li>Mims, F. M. III <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+international+haze-monitoring+network+for+students%5BTitle%5D)+AND+%22Bulletin+of+the+American.+Meteorological+Society%22%5BJournal%5D)">An international haze-monitoring network for students.</a> Bulletin of the American. Meteorological Society. 80, 1421-1431 (1999).</li>
<li>Mielonen, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temperature-dependence+of+aerosol+optical+depth+over+the+southeastern+US%5BTitle%5D)+AND+%22Atmospheric+Chemistry+and+Physics+Discussion%22%5BJournal%5D)">Temperature-dependence of aerosol optical depth over the southeastern US.</a> Atmospheric Chemistry and Physics Discussion. , (2016).</li>
<li>Coakley, J. A., Cess, R. D., Yurevich, F. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+tropospheric+aerosols+on+the+earth%E2%80%99s+radiation+budget%3A+A+parameterization+for+climate+models%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Atmospheric+Science%22%5BJournal%5D)">The effect of tropospheric aerosols on the earth’s radiation budget: A parameterization for climate models.</a> Journal of Atmospheric Science. 40, 116-138 (1983).</li>
<li>Stachlewska, I. S., Zawadzka, O., Engelmann, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+Heat+Wave+Conditions+on+Aerosol+Optical+Properties+Derived+from+Satellite+and+Ground-Based+Remote+Sensing+over+Poland%5BTitle%5D)+AND+%22Remote+Sensing%22%5BJournal%5D)">Effect of Heat Wave Conditions on Aerosol Optical Properties Derived from Satellite and Ground-Based Remote Sensing over Poland.</a> Remote Sensing. 9, 1199(2017).</li>
<li>Brooks, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+an+inexpensive+handheld+LED-based+Sun+photometer+for+the+GLOBE+program%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geophysical+Research%22%5BJournal%5D)">Development of an inexpensive handheld LED-based Sun photometer for the GLOBE program.</a> Journal of Geophysical Research. 106 (5), 4733-4740 (2001).</li>
<li>Sellitto, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+methodology+to+determine+volcanic+aerosols+optical+properties+in+the+UV+and+NIR+and+%C3%85ngstr%C3%B6m+parameters+using+Sun+photometry%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geophysical+Research+Atmospheres%22%5BJournal%5D)">A novel methodology to determine volcanic aerosols optical properties in the UV and NIR and Ångström parameters using Sun photometry.</a> Journal of Geophysical Research Atmospheres. 122 (8), (2017).</li>
<li>Schmid, B., Wehrli, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+Sun+photometer+calibration+by+use+of+the+Langley+technique+and+the+standard+lamp%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Comparison of Sun photometer calibration by use of the Langley technique and the standard lamp.</a> Applied Optics. 34, 45014512(1995).</li>
<li>Shiobara, M., Spinhirne, J. D., Uchiyama, A., Asano, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+depth+measurements+of+aerosol%2C+cloud+and+water+vapor+using+sun+photometers+during+theFIRE+Cirrus+II%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Meteorology%22%5BJournal%5D)">Optical depth measurements of aerosol, cloud and water vapor using sun photometers during theFIRE Cirrus II.</a> Journal of Applied Meteorology. 35, 364-366 (1991).</li>
<li>Aïssani, O., Mokhnache, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aerosol+size+distribution+retrieved+from+optical+depth+measurements+in+Tamanrasset+and+Blida%5BTitle%5D)+AND+%22Revue+des+Energies+Renouvelables%22%5BJournal%5D)">Aerosol size distribution retrieved from optical depth measurements in Tamanrasset and Blida.</a> Revue des Energies Renouvelables. 15 (2), 207-218 (2012).</li>
<li>Bucholtz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rayleigh-scattering+calculations+for+the+terrestrial+atmosphere%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Rayleigh-scattering calculations for the terrestrial atmosphere.</a> Applied Optics. 34, 2765-2773 (1995).</li>
<li>Brooks, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monitoring+Solar+Radiation+and+Its+Transmission+through+the+Atmosphere%5BTitle%5D)+AND+%22The+GLOBE+Program%27s+Aerosols%2C+Water+Vapor%2C+and+UVA+Monitoring+Projects%22%5BJournal%5D)">Monitoring Solar Radiation and Its Transmission through the Atmosphere.</a> The GLOBE Program's Aerosols, Water Vapor, and UVA Monitoring Projects. , (2006).</li>
<li>Holben, B. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((AERONET+-+A+federated+instrument+network+and+data+archive+for+aerosol+characterization%5BTitle%5D)+AND+%22Remote+Sensing+of+the+Environment%22%5BJournal%5D)">AERONET - A federated instrument network and data archive for aerosol characterization.</a> Remote Sensing of the Environment. 66, 1-16 (1998).</li>
<li>Toledo, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((AOT+retrieval+procedure+for+distributed+measurements+with+low-cost+Sun+photometers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geophysical+Research+Atmospheres%22%5BJournal%5D)">AOT retrieval procedure for distributed measurements with low-cost Sun photometers.</a> Journal of Geophysical Research Atmospheres. 123, 1113-1131 (2017).</li>
<li>Giles, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advancements+in+the+Aerosol+Robotic+Network+%28AERONET%29+1+Version+3+Database+-+Automated+Near+Real-Time+Quality+Control+Algorithm+with+Improved+Cloud+Screening+for+Sun+Photometer+Aerosol+Optical+Depth+%28AOD%29+Measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Atmospheric+Measurement+Techniques+Discussions%22%5BJournal%5D)">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.</a> Atmospheric Measurement Techniques Discussions. , (2018).</li>
<li>Zawadzka, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Studies+of+aerosol+optical+depth+with+the+use+of+Microtops+II+sun+photometers+and+MODIS+detectors+in+coastal+areas+of+the+Baltic+Sea%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Geophysica%22%5BJournal%5D)">Studies of aerosol optical depth with the use of Microtops II sun photometers and MODIS detectors in coastal areas of the Baltic Sea.</a> Acta Geophysica. 62 (2), 400-422 (2014).</li>
<li>Bovchaliuk, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aerosol+Microtops+II+sunphotometer+observations+over+Ukraine%5BTitle%5D)+AND+%22Advances+in+Astronomy+and+Space+Physics%22%5BJournal%5D)">Aerosol Microtops II sunphotometer observations over Ukraine.</a> Advances in Astronomy and Space Physics. 3, 46-52 (2013).</li>
<li>More, S., Kumar, P. P., Gupta, P., Devara, P. C. S., Aher, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+Aerosol+Products+Retrieved+from+AERONET%2C+MICROTOPS+and+MODIS+over+a+Tropical+Urban+City%2C+Pune%2C+India%5BTitle%5D)+AND+%22Aerosol+and+Air+Quality+Research%22%5BJournal%5D)">Comparison of Aerosol Products Retrieved from AERONET, MICROTOPS and MODIS over a Tropical Urban City, Pune, India.</a> Aerosol and Air Quality Research. 13, 107-121 (2013).</li>
<li>Boersma, K. F., de Vroom, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validation+of+MODIS+aerosol+observations+over+the+Netherlands+with+GLOBE+student+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geophysical+Research%22%5BJournal%5D)">Validation of MODIS aerosol observations over the Netherlands with GLOBE student measurements.</a> Journal of Geophysical Research. 111, D20311(2006).</li>
<li>Porter, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Handheld+Sun+Photometer+Measurements+from+Light+Aircraft%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Atmospheric+and+Oceanic+Technology%22%5BJournal%5D)">Handheld Sun Photometer Measurements from Light Aircraft.</a> Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 24, 1588-1597 (2007).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Pierwszym krokiem w tym protokole jest zdefiniowanie ośrodka badawczego. Odbywa się to za pomocą GPS w celu określenia długości i szerokości geograficznej badanego terenu. Wartości długości i szerokości geograficznej mają kluczowe znaczenie w obliczaniu AOT przy użyciu równania 1. Podczas pomiaru ważne jest, aby fotometr słoneczny był skierowany bezpośrednio i mocno na słońce. Mały otwór w górnym wsporniku ręcznego fotometru słonecznego zmniejsza ilość rozproszonego światła docierającego do detektorów LED w fotometrze sł...

Aerozole atmosferyczne to niewielkie cząstki stałe i ciekłe (o rozmiarach od submikronowych do milimetrowych) zawieszone w powietrzu. Niektóre aerozole powstają w wyniku działalności człowieka, a inne w procesach naturalnych1,2,3,4. Aerozole w atmosferze zmniejszają ilość energii słonecznej docierającej do powierzchni ziemi poprzez rozpraszanie lub pochłanianie światła i promieniowania cieplnego słońca. Ilość aerozolu w atmosferze znacząco różni się w zależności od lokalizacji i czasu. Występują zmiany sezonowe i roczne, a także zmiany epizodyczne wynikające z takich zdarzeń jak duże burze pyłowe, pożary lasów czy erupcje wulkaniczne5,6,7,8.
Wpływ aerozoli na klimat i zdrowie publiczne należy do głównych tematów w obecnych badaniach środowiskowych. Aerozole wpływają na pogodę poprzez rozpraszanie lub pochłanianie światła i promieniowania termicznego słońca oraz działając jako jądra kondensacji podczas tworzenia się chmur. Aerozole odgrywają również rolę w rozprzestrzenianiu patogenów w powietrzu i mogą powodować lub nasilać choroby układu oddechowego i sercowo-naczyniowego. Optyczna grubość aerozoli (AOT) jest miarą ilości światła słonecznego pochłanianego lub rozpraszanego przez te aerozole. Istnieje kilka naziemnych metod monitorowania AOT9,10,11. Największym naziemnym systemem monitorowania AOT jest projekt Aerosol Robotic Network (AERONET). AERONET to sieć ponad 400 stacji monitorujących rozmieszczonych na całym świecie12,13. Pomimo tak dużej liczby stacji monitorujących, wciąż istnieją na świecie duże luki w monitorowaniu AOT. Przykładowo, najbliższa stacja AERONET od miejsca naszych badań znajduje się w odległości około 90 km. Niniejszy artykuł opisuje zastosowanie przenośnego, ręcznego fotometru słonecznego, który może być wykorzystany do wypełnienia luk między stacjami monitorującymi AERONET. Przenośny ręczny fotometr słoneczny jest idealnym instrumentem do użytku przez studentów na całym świecie w ramach globalnej sieci monitorowania aerozoli14,15. Program Global Learning and Observations to Benefit the Environment (GLOBE) zapewnia platformę dla takiej sieci poprzez tysiące szkół we wszystkich 50 stanach Stanów Zjednoczonych oraz w niemal 120 innych krajach16,17. Główną ideą programu GLOBE jest zaangażowanie studentów z całego świata do dostarczania naukowo cennych pomiarów parametrów środowiskowych przy użyciu niedrogiego sprzętu. Przy odpowiednim wsparciu, studenci i inne osoby niebędące specjalistami mogą tworzyć sieci ręcznych fotometrów słonecznych, aby wypełnić luki między stacjami monitorującymi AERONET. Największą zaletą ręcznego fotometru słonecznego jest możliwość zabrania go nawet w najodleglejsze zakątki świata. Pomiary AOT za pomocą innych małych i transportowalnych instrumentów były z sukcesem wykorzystywane w przeszłości do prowadzenia badań w obszarach zdalnych i trudno dostępnych17,18
Głównym celem niniejszego badania jest wykorzystanie przenośnych fotometrów słonecznych GLOBE do monitorowania rocznych, dziennych i godzinnych zmienności AOT w naszym miejscu badań XULA oraz porównanie ich z pomiarami z pobliskiej stacji AERONET. W niniejszej pracy przedstawiono dane z okresu 12 miesięcy, od września 2017 do sierpnia 2018 roku. Są to pierwsze zarejestrowane wartości AOT dla lokalizacji XULA. Fotometr słoneczny GLOBE mierzy AOT na dwóch długościach fal: 505 nm i 625 nm. Stacja AERONET w Wave CIS Site 6 mierzy AOT na 15 różnych długościach fal. W naszym porównaniu skupiliśmy się na czterech długościach fal: 667 nm, 551 nm, 532 nm i 490 nm. Wybrano je, ponieważ są to cztery długości fal AERONET najbliższe długościom fal fotometru słonecznego GLOBE. W celu przeprowadzenia porównania dokonaliśmy ekstrapolacji wartości AOT dla tych długości fal dla lokalizacji XULA.
Pomiary AOT są wykonywane codziennie, o ile pozwalają na to warunki pogodowe. Z analizy wykluczono pomiary przeprowadzone w obecności chmur cirrus w sąsiedztwie słońca. Tabela 1 przedstawia liczbę dni w każdym miesiącu, w których wystąpiło całkowite bezchmurnie niebo. Łącznie wykluczono około 47% zebranych danych.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Miesiąc</td>
			<td>Wrzesień</td>
			<td>Paź</td>
			<td>Listopad</td>
			<td>Gru*</td>
			<td>Jan</td>
			<td>lut</td>
			<td>Mar</td>
			<td>Kwi</td>
			<td>Maj</td>
			<td>Jun</td>
			<td>Lipiec</td>
			<td>Sierpień</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liczba dni</td>
			<td>18</td>
			<td>20</td>
			<td>16</td>
			<td>15</td>
			<td>15</td>
			<td>15</td>
			<td>16</td>
			<td>15</td>
			<td>18</td>
			<td>15</td>
			<td>15</td>
			<td>16</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 1:&#160;Pomiary AOT wykonywano 6 razy na dobę (o 7:00, 9:00, 11:00, w południe słoneczne, o 15:00 i 17:00). Dane przedstawione na wykresach to średnie miesięczne wartości AOT zmierzone w południe słoneczne. Podczas każdego pomiaru dla każdego kanału pobrano co najmniej pięć wartości napięcia światła słonecznego V oraz napięcia ciemnego Vdark. Średnia z tych pięciu pomiarów została przyjęta jako wartość średnia dla danego czasu pomiaru. Błąd tych pomiarów obliczono jako odchylenia standardowe z tych pięciu pomiarów. Wartości AOT uzyskano przy użyciu poniższego równania16:
<img alt="Równanie 1" src="/files/ftp_upload/59257/59257eq1.jpg" />
V0 to stała kalibracyjna fotometru słonecznego, R to odległość Ziemia-Słońce w jednostkach astronomicznych, Vdark to napięcie ciemne rejestrowane, gdy światło jest blokowane przed przejściem przez otwór w górnym uchwycie fotometru słonecznego, V to napięcie światła słonecznego rejestrowane przez fotometr słoneczny, gdy światło przechodzi przez otwór w górnym uchwycie, aR reprezentuje tłumienie światła wynikające z rozpraszania Rayleigha, P oraz P0 to odpowiednio zmierzone i standardowe ciśnienie atmosferyczne, a m to względna masa powietrza. Względną masę powietrza oblicza się na podstawie danych dostarczonych przez National Oceanic and Atmospheric Administration&#160;(NOAA). W tym samym czasie mierzone są również inne dane meteorologiczne, takie jak temperatura, opady i wilgotność względna. Przytoczone powyżej równanie 1 uwzględnia wkład grubości optycznej ozonu. Wpływ ozonu na wartości AOT oblicza się na podstawie zestawionych wartości współczynnika absorpcji ozonu oraz założeń dotyczących ilości ozonu w atmosferze19. Bucholtz20,21 opracował tabele wartości aR w oparciu o standardowe atmosfery. Dla kanału 505 nm aR ≈ 0,13813, a dla kanału 625 nm wynosi on ~0,05793.
Dane przedstawione w niniejszym materiale stanowią przykład organizacji zespołów studenckich w celu prowadzenia długotrwałych i systematycznych pomiarów AOT. W badaniu tym dwa zespoły studenckie wykorzystały dwa niezależnie skalibrowane przenośne fotometry słoneczne GLOBE do monitorowania rocznych, dziennych i godzinowych wariacji grubości optycznej aerozolu w atmosferze w miejscu badań XULA. Dwa fotometry słoneczne Globe użyte w tym badaniu zostały zakupione z IESRE (Institute for Earth Science Research and Education; jeden posiadał numer seryjny RG8-989, a drugi numer seryjny RG8-990). Przed połączeniem danych z obu instrumentów przeprowadzono analizę regresji w celu ustalenia zgodności

<table><tbody><tr><td>Skalibrowany ręczny fotometr słoneczny GLOBE</td><td>IESRE, USA (fotometr słoneczny GLOBE) i TERNUM, Wielka Brytania (fotometr</td><td></td> słoneczny Calitoo <td>Fotometr słoneczny GLOBE mierzy AOT przy 505 nm i 625 nm.</td></tr><tr><td>Barometr</td><td>Dostawcy leśnictwa, USA, Cat# 43316</td><td>43316</td><td>Barometr aneroidowy musi mieć wyraźną skalę z zakresem ciśnienia od 940 do 1,060 milibarów.</td></tr><tr><td>Wykres chmur GLOBE</td><td>Dostawcy leśnictwa, USA Cat#33485</td><td>33485</td><td>Bezpłatny wykres identyfikacji chmur jest uzyskiwany z www.globe.gov.</td></tr><tr><td>Higrometr</td><td>Dostawcy leśnictwa, USA, Cat# 76254</td><td>76245</td><td>Dopuszczalny jest każdy higrometr cyfrowy, który mierzy wilgotność względną w zakresie 20-95% z dokładnością do 5%.</td></tr><tr><td>Labquest2 GPS</td><td>Vernier, USA, Cat LABQ2</td><td>LABQ2</td><td>Noniusz LabQuest 2 to samodzielny interfejs służący do zbierania danych z czujników z wbudowaną aplikacją do tworzenia wykresów i analizy. GPS jest jednym z jego wbudowanych czujników</td></tr><tr><td>Taylor Orchid</td><td>Termometr Leśnictwo, USA Cat# 89129</td><td>89129</td><td></td></tr><tr><td>Zegarek</td><td>Dostawcy leśnictwa, USA, Kot# 39137</td><td>39137</td><td>Zegarek musi być cyfrowy i zdolny do pomiaru czasu do sekund.</td></tr></tbody></table>

pomiar grubości optycznej atmosfery aerozoli za pomocą ręcznego fotometru słonecznego globe

Measurement of Aerosols Optical Thickness of the Atmosphere using the GLOBE Handheld Sun Photometer

Tutaj opisujemy pomiar grubości optycznej aerozolu za pomocą ręcznego fotometru słonecznego GLOBE. Grubość optyczną aerozolu (AOT) zmierzono na Uniwersytecie Xavier w Luizjanie (XULA, 29,96° N, 90,11° W i 3 m n.p.m.). Pomiary zostały wykonane na dwóch różnych długościach fal, 505 nm i 625 nm. Pomiary AOT wykonywano 6 razy dziennie (7 rano, 9 rano, 11 rano, południe słoneczne, 15 i 17). Dane przedstawione w tym artykule są średnimi miesięcznymi wartościami AOT wykonanymi w południe słoneczne. Podczas każdego czasu pomiaru; dla każdego kanału przyjmuje się co najmniej pięć wartości napięcia światła słonecznego V i napięcia ciemnego Vciemności. Średnia z tych pięciu pomiarów jest traktowana jako średnia dla tego czasu pomiaru. W tym samym czasie mierzone są również inne dane meteorologiczne, takie jak temperatura, ciśnienie powierzchniowe, opady deszczu i wilgotność względna. Cały protokół jest realizowany w czasie 10-15 minut. Zmierzone wartości AOT przy 505 nm i 625 nm są następnie wykorzystywane do ekstrapolacji wartości AOT dla długości fal 667 nm, 551 nm, 532 nm i 490 nm. Zmierzone i ekstrapolowane wartości AOT zostały następnie porównane z wartościami z najbliższej stacji AERONET w Wave CIS site 6 (AERONET, 28,87° N, 90,48° W i 33 m n.p.m.), która znajduje się około 96 km na południe od XULA. W tym badaniu śledziliśmy roczne i dzienne zmiany AOT w okresie 12 miesięcy od września 2017 r. do sierpnia 2018 r. Porównaliśmy również dane AOT z dwóch niezależnie skalibrowanych ręcznych fotometrów słonecznych GLOBE w ośrodku XULA. Dane pokazują, że te dwa instrumenty są ze sobą w pełni zgodne.

Fotometr słoneczny GLOBE mierzy AOT przy λ= 505 nm i λ= 625 nm. Stacja AERONET w Wave CIS Site 6 mierzy AOT przy 15 różnych długościach fal. W naszej analizie porównawczej skupiliśmy się na tych 4 długościach fal ze stacji AERONET: 667 nm, 551 nm, 532 nm i 490 nm. Aby umożliwić porównanie obu stacji, ekstrapolowaliśmy AOT dla długości fal 667 nm, 551 nm, 532 nm i 490 nm dla stacji XULA. Zostało to wykonane z wykorzystaniem współczynników Angstroma stacji XULA. Dla dowolnej stacji i instru...

Celem przedstawionych tutaj metod jest zmierzenie grubości optycznej aerozolu w atmosferze. Fotometr słoneczny jest skierowany na słońce i rejestrowany jest największy odczyt napięcia uzyskany na wbudowanym woltomierzu cyfrowym. Wykonywane są również pomiary atmosferyczne, takie jak ciśnienie atmosferyczne i wilgotność względna.

Pomiar grubości optycznej atmosfery aerozoli za pomocą ręcznego fotometru słonecznego GLOBE

Here, we describe the measurement of aerosol optical thickness using the GLOBE handheld sun photometer. Aerosol optical thickness (AOT) was measured at ...

Korzystając z tego protokołu, możemy zmierzyć grubość optyczną atmosfery w aerozolu za pomocą ręcznego fotometru słonecznego GLOBE z dokładnością, która jest akceptowalna przez społeczność naukową zajmującą się atmosferą. Zaletą tej techniki jest to, że może być używana przez wszystkich, od uczniów szkół średnich po studentów. Fotometr słoneczny GLOBE jest wytrzymały i może być używany w odległych i trudno dostępnych miejscach.Protokoły grubości optycznej aerozolu są tutaj jasno przedstawione i łatwe do naśladowania. Podczas wykonywania pomiarów AOT zawsze najlepiej jest pracować w parach. Demonstracja wizualna pomaga zrozumieć technikę ustawiania fotometru słonecznego względem słońca.Na miejscu aktywuj GPS, wybierając konfigurację czujnika z menu czujnika i wybierz GPS. Gdy GPS zdobędzie wystarczającą liczbę satelitów, wyświetlane są wartości szerokości i długości geograficznej. Następnie naciśnij zbierz dane i naciśnij Zapisz.Jeśli temperatura na zewnątrz jest wyższa niż pięć stopni poniżej temperatury pokojowej, fotometr słoneczny powinien być owinięty pianką termiczną, gdy nie jest używany. Podczas wykonywania pomiarów w gorących letnich miesiącach trzymaj fotometr słoneczny w cieniu, gdy nie jest używany. Sprawdź, czy fotometr słoneczny wytwarza stabilne napięcie około 0,03 V w pomieszczeniu i od jednego V do pięciu V, gdy światło jest skierowane na detektor.Aby zarejestrować temperaturę powietrza, ustaw przełącznik obrotowy w pozycji T i zapisz voltage odczyt na woltomierzu. Pomnożenie odczytu napięcia przez 100 daje temperaturę powietrza w stopniach Celsjusza. Następnie ustaw przełącznik obrotowy na zielony kanał fotometru słonecznego, tak aby jedna osoba siedziała na krześle i opierała ręce na stole.Ustaw fotometr słoneczny tak, aby światło przechodzące przez otwór w górnym wsporniku wytwarzało plamkę światła słonecznego wyśrodkowaną nad kolorową kropką na suporcie wspornika. Poproś drugą osobę, aby zapisała odczyt na woltomierzu, upewniając się, że plama słoneczna jest stabilna na kropce. Jeśli odczyt napięcia ulega wahaniom, zapisz wartość maksymalną.Nagraj czas w ciągu 30 sekund. Aby uzyskać ciemne napięcie, poproś osobę siedzącą, aby jedną ręką ustawiła fotometr słoneczny w pozycji ustawionej względem słońca, a następnie zakryj otwór w górnym wsporniku palcem drugiej ręki. Niech druga osoba nagra odczyt napięcia.Następnie ustaw przełącznik obrotowy na czerwony kanał i powtórz, rejestrując jasne i ciemne napięcia. Uzyskaj pięć odczytów napięcia dla kanału zielonego i pięć odczytów napięcia dla kanału czerwonego. Ponownie zmierz temperaturę powietrza.Obserwuj chmury w pobliżu Słońca i korzystaj z wykresu chmur GLOBE, aby zaznaczyć obserwowane obiekty. Widoczne chmury cirrusowe są łatwe do zaobserwowania ze względu na ich charakterystyczne, cienkie, delikatne pasma. W pozornie pogodny dzień, jeśli chmury cirrus nie są widoczne, ale odczyt napięcia światła słonecznego jest mniejszy niż 0,5 wolta, zaleca się wywnioskowanie niewidocznych chmur cirrus.Aby zmierzyć wilgotność względną, trzymaj higrometr z wyciągniętym ramieniem z dala od ciała. Pozostaw go w powietrzu na około trzy minuty, a następnie najpierw wykonaj odczyt termometru suchego, a następnie odczyt termometru mokrego. Znajdź różnicę w dwóch odczytach i użyj wykresu wilgotności względnej, aby ustalić wilgotność względną.Następnie użyj barometru, aby zmierzyć i zarejestrować ciśnienie atmosferyczne. Oblicz grubość optyczną aerozolu, wprowadzając zmierzone wartości i stałe do równania AOT. Średnie miesięczne wartości AOT mierzone na Uniwersytecie Xavier w Luizjanie w okresie 12 miesięcy wskazują na szczyty AOT w lutym i maju.Sezonowa zmienność AOT na stronie Xavier University of Louisiana klasyfikuje grudzień, styczeń i luty jako zimę. Marzec, kwiecień i maj jako wiosna. Czerwiec, lipiec i sierpień jako lato.Wrzesień, październik i listopad jako jesień. Na podstawie ekstrapolacji, AOT dla czterech długości fal, 667 nanometrów, 551 nanometrów, 532 nanometrów i 490 nanometrów, na stanowisku Xavier University of Louisiana porównano z danymi ze stacji AERONET. Strzałki pokazują szczyty AOT w lutym i maju dla obu witryn.Niezawodność fotometrów słonecznych GLOBE została sprawdzona poprzez porównanie dwóch niezależnie skalibrowanych przyrządów względem siebie. Zgodność między dwoma fotometrami słonecznymi jest silniejsza dla kanału czerwonego o długości 505 nanometrów niż dla kanału zielonego o długości 625 nanometrów. Różnica ta wynika z tego, że czerwona dioda LED ma większą wrażliwość na temperaturę niż zielona dioda LED.Dzienna zmienność AOT wynosiła od 0,265 rano do 0,06 wieczorem dla kanału czerwonego, co odpowiada około 77% zmianie. Dane pokazują szczyt o godzinie 9:00 na poziomie 0,265 i kolejny szczyt o godzinie 15:00.0,182 dla kanału czerwonego. Kanał zielony pokazywał podobne szczyty. Najważniejszą rzeczą do zapamiętania jest to, że pomiary te nie działają, gdy słońce jest zasłonięte przez chmury cirrus.Obecność chmur cirrus może skutkować fałszywymi wartościami AOT. Następnym logicznym krokiem po tym jest użycie fotometru słonecznego Calitoo z jego niebieskimi, zielonymi i czerwonymi kanałami do walidacji fotometru słonecznego GLOBE i użycie obu instrumentów w miejscach AERONET. Obecnie na całym świecie istnieje ponad 400 stacji obserwacyjnych AERONET, ale nawet one nie wystarczą, aby objąć swoim zasięgiem całą planetę.Mamy nadzieję, że ręczne fotometry słoneczne GLOBE, wykorzystujące opisane tutaj protokoły, mogą zostać wykorzystane do wypełnienia luk pozostawionych przez AERONET.

measurement-aerosols-optical-thickness-atmosphere-using-globe

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Metoda została opracowana w celu określenia właściwej pojemności cieplnej i przewodności cieplnej tkanki liścia za pomocą nieinwazyjnego, bezdotykowego sondowania laserowego w bliskiej podczerwieni, które wymaga mniej niż 1 minuty na próbkę.

Szybka metoda sondowania laserowego umożliwia nieinwazyjne i bezdotykowe określanie właściwości termicznych liści

Przedstawiono metody ukierunkowanej ekstrakcji środków powierzchniowo czynnych obecnych w aerozolach atmosferycznych oraz określania ich bezwzględnych stężeń i krzywych napięcia powierzchniowego w wodzie, w tym ich krytycznego stężenia miceli (CMC).

Ekstrakcja i charakterystyka środków powierzchniowo czynnych z aerozoli atmosferycznych

Ten artykuł opisuje procedury operacyjne dla Harvard Environmental Chamber (HEC) i powiązanych przyrządów do pomiaru gatunków gazowych i cząstek. Komora środowiskowa służy do produkcji i badania wtórnych gatunków organicznych wytwarzanych z prekursorów organicznych, zwłaszcza związanych z atmosferycznym pyłem organicznym.

Produkcja i pomiar organicznego pyłu zawieszonego w Harvard Environmental Chamber

Soczewka Fresnela z achromatycznym dubletem na szkle (ADG) wykorzystuje dwa materiały o różnej dyspersji, aby zredukować aberrację chromatyczną i zwiększyć osiągalne stężenie. W niniejszej pracy przedstawiono protokół pełnej charakterystyki soczewki Fresnela ADG.

Wewnętrzna eksperymentalna ocena wydajności i plamki natężenia promieniowania soczewki Fresnela z achromatycznym dubletem na szkle (ADG) do koncentracji fotowoltaiki

Ten artykuł przedstawia protokół i narzędzie programowe do ilościowego oznaczania niepewności w kalibracji i analizie danych półciągłego termiczno-optycznego analizatora węgla organicznego/pierwiastkowego.

Analiza punktu podziału i kwantyfikacja niepewności termiczno-optycznych pomiarów węgla organicznego/pierwiastkowego

Dokładne oszacowanie wskaźnika powierzchni liści (LAI) jest kluczowe dla wielu modeli przepływów materiałów i energii w ekosystemach roślinnych oraz między ekosystemem a atmosferyczną warstwą graniczną. W związku z tym w przedstawionym protokole znalazły się trzy metody (pułapki na śmieci, technika igłowa i PCA) wykonywania precyzyjnych pomiarów LAI.

Szacowanie wskaźnika powierzchni liści przy użyciu trzech różnych metod w drzewostanach czystych liściastych

Opisujemy nowe techniczne podejście do badania reakcji fotosyntezy u wyższych roślin, obejmujące jednoczesne pomiary fluorescencji chlorofilu a i reflektancji liści za pomocą PAM i radiometru spektralnego do wykrywania sygnałów z tego samego obszaru liści u Arabidopsis.

Ocena zachowań fotosyntetycznych poprzez jednoczesne pomiary współczynnika odbicia liści i analizy fluorescencji chlorofilu

Szybkie i precyzyjne szacowanie wskaźnika powierzchni liści (LAI) w ekosystemach lądowych jest kluczowe dla szerokiego zakresu badań ekologicznych i kalibracji produktów teledetekcyjnych. Przedstawiono protokół wykorzystania nowego urządzenia optycznego LP 110 do wykonywania naziemnych pomiarów LAI in situ.

Pomiar terenowy efektywnego wskaźnika powierzchni liści za pomocą urządzenia optycznego w koronie roślinności

Ten protokół opisuje wytwarzanie stabilnego, biologicznie istotnego materiału fantomowego do zastosowań optycznego i akustycznego obrazowania biomedycznego, o niezależnych właściwościach akustycznych i optycznych.

Stabilny materiał fantomowy do obrazowania optycznego i akustycznego

To badanie demonstruje podejście do pomiaru stężeń metanu w próbkach wodnych za pomocą przenośnych analizatorów optycznych połączonych z komorą wtryskową w zamkniętej pętli. Wyniki są podobne do wyników konwencjonalnej chromatografii gazowej, co stanowi praktyczną i tanią alternatywę, szczególnie przydatną do zdalnych badań terenowych.

Pomiar rozpuszczonego metanu w ekosystemach wodnych za pomocą analizatora gazów ze spektroskopią optyczną

Naucz się mierzyć grubość optyczną aerozoli atmosferycznych za pomocą ręcznego fotometru słonecznego GLOBE. Ta metoda jest dostępna dla uczniów i studentów, nadaje się do badań w terenie.

Pomiar grubości optycznej atmosfery aerozoli za pomocą ręcznego fotometru słonecznego GLOBE

Przeglądaj więcej filmów