Summary
여기에 제시 된 방법의 목표는 대기의에 어로 졸 광학 두께를 측정 하는 것입니다. 태양 광도 계는 태양을 가리키며 내장 디지털 전압계에서 얻은 최대 전압 판독값이 기록 됩니다. 대기압 및 상대 습도와 같은 대기 측정도 수행 됩니다.
Abstract
여기서는 글로브 핸드 헬드 태양 광도 계를 사용 하 여에 어로 졸 광학 두께의 측정을 설명 합니다. 에 어로 졸 광학 두께 (AOT)는 루이지애나 자비에 르 대학에서 측정 하였으며, 29.96 ° N, 90.11 ° W 및 해발 3 m). 측정은 2 개의 상이한 파장, 505 nm 및 625 nm에서 이루어졌다. AOT 측정은 오전 7 시, 오전 9 시, 오전 11:00, 오후 3:00 및 17:00까지 하루에 6 번 수행 되었습니다. 이 문서에 표시 된 데이터는 매월 평균 AOT 값입니다. 각 측정 시간 동안; 각 채널에 대해 태양광 전압 v 와 어두운 전압 v 의 최소 5 개 값이 촬영 됩니다. 이러한 5 가지 측정에 대 한 평균은 해당 측정 시간의 평균으로 취합니다. 온도, 표면 압력, 강 우 및 상대 습도와 같은 기타 기상 데이터도 동시에 측정 됩니다. 전체 프로토콜은 10 ~ 15 분의 시간 범위 내에서 완료 됩니다. 505 nm 및 625 nm에서 측정 된 AOT 값은 667 nm, 551 nm, 532 nm 및 490 nm의 파장에 대 한 AOT 값을 추정 하는 데 사용 됩니다. 측정 되 고 외삽 된 AOT 값은 XULA에서 남쪽으로 약 96 킬로미터에 달하는 웨이브 CIS 사이트 6 (AERONET 넷, 28.87 ° N, 90.48 및 33 m)에서 가장 가까운에 어로 네트 역의 값과 비교 되었다. 이 연구에서 우리는 9 월 2017에서 8 월 2018에 12 개월 기간 동안 AOT의 연간 및 일일 변화를 추적. 우리는 또한 XULA 사이트에서 독립적으로 보정 된 두 개의 글로브 핸드 헬드 태양 광도 계에서 AOT 데이터를 비교 했습니다. 데이터는 두 개의 악기가 우수한 합의에 있음을 보여준다.
Introduction
대기에 어로 졸은 공기 중에 부유 하는 분 고체 및 액체 입자 (서브 마이크론에서 밀리미터 크기에 이르기까지)입니다. 일부에 어로 졸은 인간의 활동을 통해 생산 되며 다른 것 들은 자연 공정1,2,4에 의해 생산 됩니다. 대기 중에 어로 졸은 태양 으로부터의 빛과 열 방사선을 산란 또는 흡수 하 여 지구의 표면에 도달 하는 태양 에너지의 양을 줄입니다. 대기에서에 어로 졸의 양은 위치와 시간에 따라 크게 달라 집니다. 대형 먼지 폭풍, 야생 화재 또는 화산 폭발5,7,8등의 이벤트로 인해 시즌 및 연간 변경 뿐만 아니라 에피소드 변경 사항이 있습니다.
에 어로 졸이 기후와 공중 보건에 미치는 영향은 현재 환경 연구에서 지배적인 주제 중 하나입니다. 에 어로 졸은 햇빛 으로부터 빛과 열을 산란 시키거나 흡수 하 여 날씨에 영향을 미치며, 구름 형성 시 응축 핵으로 작용 합니다. 에 어로 졸은 또한 공기 중의 병원 체의 분산에 역할을 하며 호흡기 및 심혈 관 질환을 일으키거나 강화할 수 있습니다. 에 어로 졸 광학 두께 (AOT)는이 스프레이에 의해 흡수 되거나 산란 되는 햇빛의 양을 측정 한 것입니다. AOT9,10,11을 모니터링 하기 위한 몇 가지 접지 기반 방법이 있습니다. 지상 기반 AOT 모니터링 시스템 중 가장 큰 것은에 어로 졸 로봇 네트워크 (AERONET) 프로젝트입니다. Aeronet은 이상 400 모니터링 방송국의 네트워크는 전 세계12,13확산. 이 많은 수의 모니터링 스테이션에도 불구 하 고 AOT에 대해 모니터링 되지 않는 전 세계적으로 여전히 큰 간격이 있습니다. 예를 들어, 우리의 연구 사이트에서 가장 가까운 AERONET 네 역은 약 90 킬로미터 떨어져 있습니다. 이 문서는 AERONET 네트 모니터링 스테이션 사이의 격차를 해소 하는 데 사용할 수 있는 휴대용 핸드 헬드 태양 광 미터의 사용을 설명 합니다. 휴대용 핸드헬드 태양 광 미터는 글로벌에 어로 졸 모니터링 네트워크14,15에서 전 세계 학생 들이 사용 하기에 이상적인 도구입니다. 환경 (글로브) 프로그램에 도움이 되는 글로벌 학습과 관찰은 미국과 거의 120의 모든 50 국가에 있는 수천 개의 학교를 통해 그러한 네트워크를 위한 플랫폼을 제공 합니다.16,17 . 글로브 프로그램의 주요 아이디어는 저렴 한 장비를 사용 하 여 환경 매개 변수의 과학적으로 귀중 한 측정을 제공 하기 위해 전 세계의 학생 들을 사용 하는 것입니다. 적절 한 지도와 함께, 학생 및 기타 비 전문가는 AERONET 네트 모니터링 스테이션 사이의 격차를 채우기 위해 핸드 헬드 태양 광 미터의 네트워크를 형성 할 수 있습니다. 핸드 헬드 태양 광 미터의 가장 큰 장점은 세계의 원격 부품에도 촬영 할 수 있다는 것입니다. 다른 소형 및 이동형 계측기와의 AOT 측정은 과거에는 접근 하기 힘든 원격 및 접근이 어려운 분야에서 연구를 수행 하기 위해 성공적으로 사용 되었습니다.17,18
이 연구의 주요 목표는 우리의 XULA 연구 사이트에서 AOT의 연간, 매일 및 시간별 변화를 추적 하 고 근처에 AERONET 네 역에서 측정과 비교 하기 위해 글로브 핸드 헬드 태양 광도 계를 사용 하는 것입니다. 이 문서에서는 9 월 2017에서 8 월 2018까지 12 개월 동안 데이터를 제공 합니다. XULA 사이트에 대해 기록 된 최초의 AOT입니다. 글로브 태양 광 미터는 두 개의 파장, 505 nm 및 625 nm에서 AOT를 측정 합니다. 웨이브 CIS 사이트 6의 AERONET 사이트는 15 개의 서로 다른 파장에서 AOT을 측정 합니다. 우리의 비교를 위해 우리는이 4 파장, 667 nm, 551 nm, 532 nm 및 490 nm에 초점을 맞추고 있습니다. 그들은 세계 태양 광 미터 파장에 가장 가까운 4 개의 AERONET 파장 때문에 우리는이를 선택 했다. 비교를 위해, 우리는 XULA 사이트에 대 한 이러한 파장에서 AOT 값을 추정 했다.
AOT의 측정은 기상 조건이 허용 하는 경우 매일 수행 됩니다. 태양 부근에서 cirrus 구름이 있을 때 수행 되는 측정은 해석에서 제외 됩니다. 표 1 에는 매달 완전히 맑은 하늘이 있었던 일 수가 나와 있습니다. 모두, 찍은 데이터의 약 47%가 제외 되었습니다.
| 달 | 9 월 | Oct | 11 월 | 12 월 | 1 월 | 년 2 월 | 마 르 | 년 4 월 | 수 | Jun | 7 월 | 8 월 |
| 일 수 | 18 | 20 | 16 | 15 | 15 | 15 | 16 | 15 | 18 | 15 | 15 | 16 |
표 1: AOT 측정은 하루에 6 회 7:00 (오전 9 시, 오전 11 시, 오전 11:00, 오전 3 시 및 오전 5)에 수행 되었습니다. 플롯에 표시 된 데이터는 태양 정오에서 찍은 월별 평균 AOT 값입니다. 각 측정 시간 동안; 각 채널에 대해 태양광 전압 v 와 어두운 전압 v 의 최소 5 개 값이 촬영 됩니다. 이러한 5 가지 측정에 대 한 평균은 해당 측정 시간의 평균으로 취합니다. 이러한 측정의 오차는 이러한 5 가지 측정의 표준 편차로 계산 됩니다. AOT 값은16아래에 표시 된 방정식을 사용 하 여 얻습니다.
V0 은 태양 광 량의 캘리브레이션 상수이 고, R 은 지구 태양 거리를 천체 단위로 하 고, V의어두운 전압은 빛이 차단 된 경우의 상단 브라켓의 구멍을 통과 하는 것을 차단할 때 기록 된 태양 광도 계, V 는 태양 광 량에서 기록 된 태양광 전압이 상단 브래킷의 구멍을 통과 하면 R 은 레일리 산란, p 및 p0 으로 인 한 빛의 감쇠를 나타냅니다. 은 각각 측정 및 표준 대기압이 고, m 은 상대 공기 질량 이다. 상대 공기 질량은 국립 해양 대기 행정 (NOAA)에 의해 제공 되는 데이터 로부터 계산 된다. 온도, 강 우 및 상대 습도와 같은 기타 기상 데이터도 동시에 측정 됩니다. 상기 수학식 1은 오존 으로부터의 광학 두께의 기여도를 포함 한다. AOT 값에 대 한 오존의 효과는 대기 중의 오존 량에 대 한 오존 흡수 계수 및 추정의 표로 작성 된 값에 기초 하 여 계산 된다 (19). Bucholtz20,21 은 표준 대기에 기초한 R 의 표로 된 값을 생성 하였다. 505 nm 채널의 경우 R ≈ 0.13813 및 625 nm 채널의 경우는 ~ 0.05793 이다.
여기에 제시 된 데이터는 길고 지속적인 AOT 측정을 수행 하기 위해 학생 들의 팀을 구성 하는 방법의 예를 나타냅니다. 이 연구에서, 두 개의 학생 팀은 두 개의 독립적으로 보정 된 글로브 핸드 헬드 태양 광 미터를 사용 하 여 우리의 XULA 연구 사이트에서 대기의에 어로 졸 광학 두께의 연간, 일일 및 시간별 변화를 추적 합니다. 이 조사에 사용 된 두 글로브 태양 광 미터는 IESRE에서 구입 한 (지구 과학 연구 및 교육 연구소; 하나는 일련 번호 RG8-989이 있고 다른 한 개는 일련 번호 RG8-990을 가졌다. 두 계측기의 데이터를 결합할 수 있으려면, 회귀 분석이 계약을 확인 하기 위해 수행 되었습니다.
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Protocol
1. 광도 계 작동
참고: 이러한 프로토콜은 함께 작업 하는 두 사람이 수행 하는 것이 가장 좋습니다. 두 번째 사람이 측정을 기록 하는 동안 한 사람이 태양 광도 계를 잡고 정렬 합니다.
- GPS를 사용 하 여 사이트의 경도와 위도를 측정 합니다. 사이트에서 첫 번째 단계는 센서 메뉴에서 센서 설정을 선택 하 여 gps를 활성화 하 고 GPS를 선택 하는 것입니다. GPS가 충분 한 위성을 획득 하면 위도 및 경도 값이 표시 됩니다. 값이 표시 되 면 데이터 수집을 누른 다음 저장을 누릅니다.
- 태양 광도 계가 잘 작동 하는지 확인 하십시오. 적절 하 게 보정 된 태양 광 미터는 감지기에서 빛이 지시 될 때 실내 및 최대 5v 0.03의 안정적인 전압을 생성 해야 합니다. 글로브 태양 광 미터의 전압계는 태양 광도 계에 내장 되어 있습니다
- 기온을 기록 합니다. 유리 온도계에 알코올을 사용 하는 경우, 안정적인 판독을 기록 하기 전에 외부 온도로 조정 하기 위해 3 ~ 5 분 온도계를 제공 합니다. Sun 광도 계의 내장 온도계를 사용 하는 경우 로터리 스위치를 T로 돌려 전압계의 전압 판독값을 기록 하십시오. 전압 판독값에 100을 곱한 값은 해당 시간에 섭씨 단위로 공기 온도를 제공 합니다.
- 회전 스위치를 sun 광도 계의 녹색 채널로 설정 합니다.
- 한 사람이 태양 광도 계를 정렬 하 여 상단 브래킷의 구멍을 통과 하는 빛이 하단 브래킷의 컬러 도트를 중심으로 하는 태양광 지점을 생성 하도록 합니다. 최상의 결과를 위해 테이블과의 자를 사용 하십시오. 태양 광 계를 정렬 하는 사람은의 자에 앉아서 꾸준한 독서를 얻기 위해 테이블에 자신의 팔을 휴식 해야 합니다.
- 두 번째 사람이 전압계에서 판독값을 기록 하도록 합니다. 독서를 취하기 전에 태양 흑점이 도트에 안정 되어 있는지 확인 하십시오. 전압 판독값이 변동 하는 경우에는 표시 된 최대값을 기록 하면 됩니다.
- 읽기를 수행한 시간을 기록 합니다. 시간은 가장 가까운 30 초에 기록해 야 합니다. 디지털 시계는 아날로그 보다 더 나은이 목적을 제공 합니다.
- 어두운 전압을 구합니다. 앉은 사람이 한 손으로 태양 광 량을 햇빛에 맞춘 다음, 상단 브래킷의 구멍을 손가락으로 덮어 주세요. 두 번째 사람은 전압 판독을 기록 합니다.
- 회전식 스위치를 빨간색 채널로 설정 하 고 1.4 ~ 1.7 단계를 반복 합니다.
- 1.4 ~ 1.8 단계를 반복 하 여 녹색 채널에 대 한 5 개의 전압 판독값과 적색 채널에 대 한 5 개의 전압 판독값을 구합니다.
- 1.2 단계에서와 같이 공기 온도를 다시 측정 하십시오.
2. 메타 데이터의 수집
-
지구본 구름 차트를 사용 하 여 태양 근처의 구름을 관찰 하 고 기록할 수 있습니다. 이 작업은 하늘을 바라보 며 지구본 구름 차트 (https://www.globe.gov/documents/348614/24331082/GLOBE+Cloud+Chart)에서 관찰 된 기능을 확인 하 여 수행 됩니다. 보이는 cirrus 구름은 그들의 특징적인 얇은 어렴풋이 가닥 때문에 관찰 하기 쉽습니다. 보이지 않는 cirrus 구름은 분명히 맑은 날의 태양광 전압이 0.5 V 미만인 경우 유추 됩니다.
- 측정 하 고 상대 습도를 기록 하는 습도 계를 사용 하 여: 몸에서 멀리 연장 된 팔을 가진 습도 계를 유지 하 고, 약 3 분 동안 공기에 두고, 먼저 젖은 전구 독서 다음에 마른 전구 독서를가지고. 두 판독 값의 차이를 찾아 상대 습도 차트를 사용 하 여 상대 습도를 설정
- 기압계를 사용 하 여 대기압을 측정 하 고 기록 합니다.
- 측정 된 값과 상수를 위에 주어진 방정식 1에 꽂아 AOT를 계산 합니다.
3. 온도 조절
참고: 태양 광도 계의 전자 장치는 온도에 민감합니다. 최적의 성능을 위해 다음 단계를 수행 하는 것이 좋습니다.
- 외부 온도가 실 온 보다 5도 이상 있는 경우, 사용 하지 않을 때는 태양 광 량을 열 폼에 싸서 보관 하십시오.
- 더운 여름에 측정을 할 때 사용 하지 않을 때는 햇빛을 그늘에 보관 하십시오.
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Representative Results
글로브 태양 광도 계는 λ = 505 nm 및 λ = 625 nm에서 AOT를 측정 합니다. 웨이브 CIS 사이트 6의 AERONET 사이트는 15 개의 서로 다른 파장에서 AOT을 측정 합니다. 우리의 비교를 위해 우리는에 어로 넷 사이트의 이러한 4 개의 파장에 초점을 맞추고: 667 nm, 551 nm, 532 nm 및 490 nm. 두 개의 역을 비교 하기 위해 우리는 XULA 부 위에 667 nm, 551 nm, 532 nm 및 490 nm에서 AOT를 추정 했습니다. 이것은 XULA 사이트의 옹스트롬 계수를 사용 하 여 수행 됩니다. 임의의 소정의 부 위와 계측기에 대해, 광학 두께 τ, 파장 λ 및 대기 탁도의 β는 앙 스 트 롬의 탁 도와 공식을 통해 연결 된다
2
여기서 α는 옹스트롬의 지 하입니다. α 및 β 는 광학 두께가 측정 되는 파장에 무관 하다. 측정 되는 대기를 설명 하는 매개 변수입니다. 두 개의 서로 다른 파장 (λ1 = 505 nm 및 λ2 = 625 nm) 및 측정 된 aot (τ1 및 τ)의 경우 xula 사이트에 대 한 옹스트롬 지 각 α가 계산 됩니다. 상기 수학식은,
3
제 3 파장에서의 AOT (τ3)은, λ3 은 방정식을 이용 하 여 동일한 xula 대기 조건에 대해 외삽 할 수 있다:
4
τ1및 λ1 은 τ3에 대해 동일한 값을 얻기 위해 수학식 4에서 τ2 및 λ 로 대체할 수 있다. 이 계산은 서로 다른 파장을 사용 하는 두 개의 계측기에서 얻은 τ 값을 비교 하는 데 사용 됩니다. 이상적으로 두 장비는 동일한 지역에서 사용 해야 합니다. 우리의 경우에는 두 악기가 ~ 96 킬로미터 떨어져 있음을 주목 해야 합니다.
그림 1: 수학식 1을 사용 하 여 계산 된 XULA에서 측정 된 적색 및 녹색 채널에 대 한 일일 평균 AOT 값 샘플. 그림은 10 월의 데이터에만 표시 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
도 1 은 수학식 1을 이용 하 여 계산 된 전형적인 일일 평균 AOT 값의 샘플을 도시 한다. 이 그림은 10 월의 월에 대 한 세계 태양 광 미터의 녹색과 빨간색 채널 모두에 대 한 AOT 데이터를 보여줍니다.
그림 2: AOT의 계절적 변화 (a) 12 개월 기간 동안 xula에서 측정 된 월별 평균 AOT 값의 변형입니다. AOT 값은 625 nm 및 505 nm 파장에서 측정 하였다. 이 데이터에 오존 보정이 적용 되었습니다. 오차 막대는 각 측정 시간에 대해 수행 된 5 개의 측정의 표준 편차를 표시 합니다. 화살표는 2 월과 5 월에 AOT 봉우리를 보여줍니다. (b) xula 사이트에서 AOT의 계절적 변화. 동 절 기는 겨울 (12 월, 1 월, 2 월, 3 월, 5 월), 2018 년 6 월, 8 월, 10 월의가을에 분류 되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
도 2a 는 12 개월 동안 xula에서 측정 된 월 평균 AOT의 변동을 도시 한다. -0.01 및-0.03의 평균 오존 광학 두께 보정은 각각 505 nm 및 625 nm 광학 두께 값에 적용 하였다. 이 데이터는 파장 505 nm (녹색 빛)에서 측정 한 AOT가 9 월에서 1 월까지 연속적으로 떨어졌다 고 2 월에 최고점을 획득 했다는 것을 보여준다. 625 nm 파장에서 측정 된 AOT는 비슷한 경향을 따 랐으 나 12 월에는 최소값에 도달 하 여 1 월과 2 월까지 진행 하기 시작 했습니다. 505 nm에서 측정 된 AOT는 625 nm에서 측정 된 AOT 보다 평균적으로 높다. 그림 2b 는 계절 당 평균 AOT 값을 보여 줍니다. 동 절 기는 겨울 (12 월, 1 월, 2 월)에는 여름 (6 월 ・ 7 월 ・ 5 월)과가을 (9 월 · 10 월 ・ 11 월)로 분류 하였다. 여름은 가장 높은 평균 AOT 이었고, 겨울은 가장 낮은 평균 AOT 했다. 여름 개월 동안 AOT의 높은 값은 높은 공기 온도 때문에 지구 표면의 온난화 때문일 수 있습니다. 따뜻한 지구는 증발 속도를 증가 시킵니다. 이 수증기가 멈추거나 응축 될 때 형성 되는 방울과 얼음 결정이 대기 중에 어로 졸을 증가 시킵니다. 겨울 개월에 AOT의 낮은 값 구름 청소 및 비 세척 프로세스 때문에 겨울 개월 높은 강우량과 관련 된 수 있습니다.
그림 3: XULA와 AERONET 사이의 비교. (a) xula에서 계산 된 AOT를 추정 합니다. 이러한 AOT 값은 수학식 3을 이용 하 여 4 개 파장 (667 nm, 551 nm, 532 nm 및 490 nm)에 대해 외삽 하였다. (b) 같은 파장의 아에로 네트 AOT. 여기에 사용 된 AERONET 넷 데이터는 레벨 2.0로 분류 됩니다. 클라우드 스크리닝 및 오존 보정 알고리즘이 데이터에 자동으로 적용 되었습니다. 패널 b의 오차 막대는 0.02 AOT 단위의 최소 불확도에 기반 하 여 2.0 AERONET 레벨 데이터25를 기준으로 합니다. 화살표는 2 월 및 5 월의 AOT 피크를 모두 (a) 및 (b)에 표시 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
XULA 사이트와 AERONET 사이트 간의 비교를 하기 위해, 우리는 667 nm, 551 nm의 파장에서 AOT 값을 추정, 532 nm 및 XULA 사이트에 대 한 490 nm. 이것은 위의 방정식 3을 사용 하 여 수행 되었습니다. 도 3a 는 667 nm, 551 nm, 532 nm 및 490 nm에 대 한 xula에서 외삽 된 AOT를 보여준다. 도 3b 는 동일한 파장에서의 aeronet 오 넷 AOT를 측정 한 것을 보여준다. 이러한 데이터는 양호한 질적 합의를 보이지만, 두 사이트 사이의 거리를 고려할 때, 더 많은 정량적 비교에 대 한 정당성은 없다. 비록 우리가 2 월과 5 월에 피크 관찰, 겨울 및 봄 개월에 대 한 평균 AOT은 가장 낮은. 이는 이러한 피크가 일부 무작위 이벤트로 인 한 것임을 시사 합니다. 이 사건은 산 불에서 연기가 나 고 이웃 국가에서의 농업 활동에서 멕시코만에 걸쳐 오는에 어로 졸에 이르기까지 모든 것이 될 수 있습니다. 그것은 5 월과 2 월에 AOT 봉우리의 원인에 대 한 결정적인 수 많은 계절에 대 한 측정이 필요 합니다.
그림 4: XULA 사이트에서 두 개의 다른 핸드 헬드 태양 광 미터의 AOT 값에 대 한 선형 회귀 곡선. 일련 번호 RG-989 및 RG-9990. (a) 625 nm 및 505nm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
우리는 두 개의 독립적으로 교정 된 계기를 서로 비교 하 여 세계 태양 광 미터의 신뢰성을 확인 했습니다. 그림 4 는 일련 번호 RG8 및 일련 번호 RG8-990을 사용 하는 글로브 태양 광 미터의 AOT 데이터를 보여줍니다. 이 그림은 두 개의 태양 광도 계 사이의 합의가 625 nm 채널 보다 505 nm 채널에 대해 더 강 하다는 것을 보여줍니다. 505 nm (녹색) 채널의 R-제곱 값은 95.3%이 고 두 태양 광도 계 사이의 선형 회귀 선의 기울기는 0.89 이었습니다. 625 nm (적색) 채널의 경우 R-제곱은 91.6%이 고 기울기 선형 회귀 선은 0.82입니다. 적색 LED에가 열 하는 효과로 인해 빨간색 채널에 대 한 계약이 더 낮습니다. 적색 LED는 녹색 LED 보다 온도에 더 민감합니다. 데이터 수집 자가 측정 사이의 직사 광선에 대 한 계측기 노출을 제어 하는 경우 두 채널에 대 한 계약이 개선 됩니다.
그림 5:12 개월 기간 동안 계산 된 AOT의 시간별 평균 값의 변동 변동성 그래프에 표시 되는 시간은 현지 시간입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5 는 12 개월 동안의 평균 AOT의 시간별 변화량을 보여 줍니다. 각 데이터 포인트는 평균 194 측정 이었습니다. 일일 변화는 아침에 0.265에서 0.06에 대 한 저녁에 505 nm 채널, 약 77% 변이에 해당 합니다. 이 데이터는 9:00 AM 0.265의 피크와 505 nm 채널에 대 한 0.182의 3:00 PM에 또 다른 피크를 보여줍니다. 625 nm 채널은 유사한 피크를 보였다. 이러한 시간이 뉴 올 리 언스의 트래픽 피크 시간과 일치 하더라도, 피크가 차량 배기 가스에 의해서만 발생 하는 경우에는 더 많은 조사가 필요 합니다.
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Discussion
이 프로토콜의 첫 번째 단계는 스터디 사이트를 정의 하는 것입니다. 이것은 연구 사이트의 경도와 위도를 찾기 위해 GPS를 사용 하 여 수행 됩니다. 경도 및 위도 값은 방정식 1을 사용 하 여 AOT 계산에 중요 합니다. 측정 하는 동안 태양 광도 계는 태양에서 직접 그리고 단단히 향하게 하는 것이 중요 합니다. 핸드 헬드 태양 광 미터의 상단 브래킷에 있는 작은 구멍은 태양 광도 계에서 LED 검출기에 도달 하는 산란광의 양을 감소 시킵니다. 방정식 1은 산란광이 상단 브래킷의 구멍을 통과 하지 않는다고 가정 하는 근사치입니다. 태양 광도 계가 올바르게 정렬 되 면이 가정에 의해 발생 한 오류는 측정22,23,24의 다른 오류 소스에 비해 무시할 수 있습니다. 태양 광 량 계의 Led는 극한의 온도에 민감합니다. 더운 여름철에는 사용 하지 않을 때는 태양 광 량을 그늘에 보관 해야 합니다. 추운 겨울 개월 동안, 태양 광 미터는 측정 사이의 보호 열 천으로 감싸 야 합니다. 매우 추운 환경에서는 측정 전반에 걸쳐 열 보호를 사용 해야 합니다. 정상적으로 작동 하는 경우 sun 광도 계는 직접 태양을 가리킬 때 어둠 속에서 그리고 1.0 V와 3.0 사이의 몇 밀리 볼트를 읽어야 합니다. 태양 광 측정기를 사용한 측정은 태양이 구름을 깨끗 하 게 할 때 신뢰할 수 있습니다. 오 번 색조가 있는 선글라스를 착용 하면 목이 눈에 보이지 않는 희미 한 구름을 감지 하는 데 도움이 됩니다25,26.
방정식 1에서 계산 된 AOT는 AOT에 대 한 오존 기여도를 수정 해야 합니다. 이는 녹색 및 적색 채널 각각에 대해 계산 된 AOT 값 으로부터 ~ 0.01 및 ~ 0.03를 뺀 후에 수행 된다 (22). 이러한 프로토콜을 신중 하 게 따르는 경우 정확도는 ~ 0.02 AOT 단위 여야 합니다. 이러한 수준의 정확성 덕분에 수증기 흡수로 인해 AOT에 대 한 기여도를 무시할 수 있습니다. 위에 주어진 프로토콜은 간단 하 고 중학교에서 대학 수준 학생 들에 의해 따를 수 있다. 휴대용 태양 광 미터는 저렴 하 고 전자 상점에서 쉽게 얻을 수 있는 Led를 사용 합니다. 장비 자체는 견고 하며 특별 한 주의가 필요 하지 않습니다.
현재 전 세계에 400 AERONET 넷 모니터링 스테이션을 통해이 있다, 그러나 심지어 이러한 전체 행성을 충당 하기에 충분 하지 않습니다. 여기에 설명 된 프로토콜을 사용 하 여 휴대용 태양 광 미터는 AERONET에 의해 남겨진 격차를 해소 하는 데 사용할 수 있습니다. 전 세계 수천 개의 학교를 조직 하 여에 어로 넷 스테이션27,28보다 서로에 게 훨씬 더 가까운 그라운드 기반 모니터링 스테이션 네트워크를 구성할 수 있습니다. 주어진 프로토콜을 가진 휴대용 태양 광 미터는 또한 현재와 미래의 공간 기반에 어로 졸 모니터링 플랫폼을 검증 하는 데 사용할 수 있습니다.
여기에 주어진 프로토콜의 한계 중 하나는 태양과의 정렬이 인간의 실수에 취약 한 수동으로 수행 된다는 것입니다. 또한 LED 기반 핸드 헬드 태양 광도 계의 설계에 의해 초래 되는 한계가 있다. LED 검출기의 대역폭 (FWHM)은 측정에 오류가 발생할 수 있는 ~ 75 nm입니다. 주어진 프로토콜의 다른 과제는 데이터가 지속적으로 정기적으로 수집 되도록 학생 팀을 구성 하는 것입니다. 학생은 최종 성적에 대 한 기여도를 부여 하 여 데이터를 수집 하도록 동기를 부여할 수 있습니다.
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Disclosures
저자는 이해관계의 충돌을 선언 하지 않습니다.
Acknowledgments
이 작업은 보조금 번호 1411209에 따라 DOD ARO 보조금 #W911NF-15-1-0510 및 국립 과학 재단 연구 개시 어워드에 의해 재정적으로 지원 되었다. 우리는 물리학 및 컴퓨터 과학 부서와 루이지애나 사비에 대학에서 교육의 부문에 우리의 진심으로 감사를 표현 한다.
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
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