ग्लोब हैंडहेल्ड सन फोटोमीटर का उपयोग करके वायुमण्डल की ऑप्टिकल मोटाई का मापन
Summary
यहां प्रस्तुत तरीकों का लक्ष्य वातावरण के एयरोसोल ऑप्टिकल मोटाई को मापने के लिए है । सूर्य प्रकाशमापी सूर्य पर बताया गया है और एक अंतर्निहित डिजिटल वोल्टमापी पर प्राप्त सबसे बड़ा वोल्टेज पठन दर्ज किया गया है । वायुमण्डलीय दाब तथा आपेक्षिक आर्द्रता जैसे वायुमंडलीय मापन भी निष्पादित किए जाते हैं ।
Abstract
यहाँ, हम ग्लोब हैंडहेल्ड सन फोटोमीटर का उपयोग करके एयरोसोल ऑप्टिकल मोटाई के मापन का वर्णन करते हैं । एयरोसोल ऑप्टिकल मोटाई (AOT) लुइसियाना के जेवियर विश्वविद्यालय में मापा गया था (XULA, २९.९६ ° एन, ९०.११ ° डब्ल्यू और समुद्र स्तर से ऊपर 3 मीटर) । यह मापन दो विभिन्न तरंगदैर्ध्य, ५०५ एनएम और ६२५ एनएम पर किया गया था । AOT मापन एक दिन में 6 बार किया गया (सुबह 7, 9 बजे, 11 बजे, सौर दोपहर, 3 बजे और 5 बजे) । इस कागज में दिखाया गया डेटा मासिक औसत AOT मूल्यों सौर दोपहर में लिया जाता है । प्रत्येक मापन समय के दौरान; सूरज की रोशनी वोल्टेज वी और अंधेरे वोल्टेज वीअंधेरे के कम से पांच मूल्यों प्रत्येक चैनल के लिए लिया जाता है । इन पांच मापन के लिए माध्य उस मापन समय के लिए औसत के रूप में लिया जाता है । तापमान, सतही दबाव, वर्षा और सापेक्ष आर्द्रता जैसे अन्य मौसम संबंधी आंकड़ों को भी उसी समय मापा जाता है । पूरा प्रोटोकॉल 10 से 15 मिनट की समयावधि में पूरा हो जाता है । मापा aot मान पर ५०५ एनएम और ६२५ एनएम तो तरंग दैर्ध्य ६६७ एनएम, ५५१ एनएम, ५३२ एनएम और ४९० एनएम के लिए aot मूल्यों एक्सट्रपलेशन करने के लिए उपयोग किया जाता है । मापा और extrapolated AOT मूल्यों तो पास AERONET स्टेशन से मूल्यों के साथ तुलना में वेव सीआईएस साइट 6 (AERONET, २८.८७ ° एन, ९०.४८ ° डब्ल्यू और ३३ मीटर समुद्र तल से ऊपर), जो के बारे में है ९६ दक्षिण XULA से किमी । इस अध्ययन में हम सितंबर २०१७ से अगस्त २०१८ के लिए एक 12 महीने की अवधि के लिए AOT के वार्षिक और दैनिक रूपांतरों ट्रैक । हम भी एक XULA साइट पर दो स्वतंत्र रूप से कैलिब्रेटेड ग्लोब handheld सूर्य photometers से AOT डेटा की तुलना में । आंकड़ों से पता चलता है कि दोनों उपकरण उत्कृष्ट समझौते में हैं ।
Introduction
वायुमंडलीय एयरोसोल मिनट ठोस और तरल कणों (submicron से मिलीमीटर आकार को लेकर) हवा में निलंबित कर रहे हैं । कुछ एयरोसोल्स मानव गतिविधि के माध्यम से उत्पादित कर रहे हैं और अन्य प्राकृतिक प्रक्रियाओं1,2,3,4द्वारा उत्पादित कर रहे हैं । वायुमंडल में एयरोसोल सूर्य से प्रकाश और तापीय विकिरण को बिखेरते या अवशोषित करके पृथ्वी की सतह पर पहुंचने वाली सौर ऊर्जा की मात्रा को कम करते हैं । वातावरण में एयरोसोल की मात्रा स्थान और समय के साथ महत्वपूर्ण रूप से बदलती रहती है । वहां मौसमी और वार्षिक परिवर्तन के रूप में के रूप में अच्छी तरह से बड़े धूल तूफान, जंगली आग या ज्वालामुखी विस्फोट5,6,7,8के रूप में घटनाओं के कारण प्रासंगिक परिवर्तन कर रहे हैं ।
जलवायु पर और सार्वजनिक स्वास्थ्य पर एयरोसोल के प्रभाव वर्तमान पर्यावरण अनुसंधान में प्रमुख विषयों में से एक हैं । एयरोसोल सूर्य से प्रकाश और तापीय विकिरण को प्रकीर्णन या अवशोषित करके और बादलों के निर्माण में संघनन नाभिक के रूप में कार्य करके मौसम को प्रभावित करता है । एयरोसोल हवा में रोगजनकों के फैलाव में भी भूमिका निभाता है और वे श्वसन और हृदय रोगों का कारण या वृद्धि कर सकते हैं । एयरोसोल ऑप्टिकल मोटाई (AOT) सूर्य के प्रकाश की मात्रा है कि अवशोषित या इन एयरोसोल्स द्वारा बिखरे हुए है की एक उपाय है । वहां कई जमीन आधारित aot9,10,11की निगरानी के लिए तरीके हैं । ग्राउंड बेस्ड एओटी मॉनिटरिंग सिस्टम का सबसे बड़ा एयरोसोल रोबोटिक नेटवर्क (एयरोनेट) प्रोजेक्ट है । Aeronet पर ४०० निगरानी स्टेशनों दुनिया भर में फैले12,13का एक नेटवर्क है । निगरानी स्टेशनों की इस बड़ी संख्या के बावजूद, अभी भी दुनिया भर में बड़े अंतराल है कि AOT के लिए निगरानी नहीं कर रहे हैं । एक उदाहरण के रूप में, हमारे अध्ययन स्थल से निकटतम AERONET स्टेशन के बारे में ९० किमी दूर है । यह पेपर एक पोर्टेबल हैंडहेल्ड सन फोटोमीटर के इस्तेमाल का वर्णन करता है जिसे AERONET मॉनिटरिंग स्टेशनों के बीच के अंतराल को पाटने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । पोर्टेबल handheld सूर्य प्रकाशमापी एक वैश्विक एयरोसोल निगरानी नेटवर्क14,15में दुनिया भर के छात्रों द्वारा उपयोग के लिए एक आदर्श साधन है । वैश्विक शिक्षा और अवलोकन पर्यावरण (ग्लोब) कार्यक्रम के लाभ के लिए इस तरह के एक नेटवर्क के लिए एक मंच प्रदान करता है, संयुक्त राज्य अमेरिका के सभी ५० राज्यों में स्कूलों के हजारों के माध्यम से और लगभग १२० अंय देशों में16,17 . ग्लोब कार्यक्रम के प्राथमिक विचार के लिए सभी दुनिया भर में छात्रों का उपयोग करने के लिए पर्यावरणीय मानकों के वैज्ञानिक मूल्यवान मापन उपलब्ध कराने के सस्ते उपकरणों का उपयोग कर रहा है । उचित मार्गदर्शन के साथ, छात्रों और अंय गैर विशेषज्ञ हाथ में सूर्य photometers के नेटवर्क के लिए AERONET निगरानी स्टेशनों के बीच अंतराल को भरने के लिए फार्म कर सकते हैं । हैंडहेल्ड सन फोटोमीटर का सबसे बड़ा फायदा यह है कि इसे दुनिया के दूरदराज के हिस्सों तक भी पहुंचाया जा सकता है । अन्य छोटे और परिtransportable उपकरणों के साथ aot माप सफलतापूर्वक अतीत में अनुसंधान अध्ययन करने के लिए उपयोग किया गया है दूरदराज के क्षेत्रों का उपयोग करने के लिए कठिन और17,18
इस अध्ययन के मुख्य लक्ष्य के लिए ग्लोब हाथ में सूर्य photometers का उपयोग करने के लिए हमारे XULA अध्ययन स्थल पर वार्षिक, दैनिक और AOT के प्रति घंटा भिंनता ट्रैक और एक पास AERONET स्टेशन से माप के साथ तुलना है । यह पेपर २०१७ सितंबर से अगस्त २०१८ के बीच 12 महीने की अवधि का डाटा पेश करता है । यह XULA साइट के लिए पहली बार AOT दर्ज की गई है । ग्लोब सूर्य प्रकाशमापी दो तरंग दैर्ध्य, ५०५ एनएम और ६२५ एनएम पर AOT उपाय । वेव सीआईएस साइट पर AERONET साइट 6 उपाय 15 विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर AOT । हमारी तुलना के लिए हम इन 4 तरंग दैर्ध्य, ६६७ एनएम, ५५१ एनएम, ५३२ एनएम और ४९० एनएम पर ध्यान केंद्रित किया । हमने इन्हें चुना क्योंकि ये ग्लोब सन फोटोमीटर तरंगदैर्ध्य के सबसे पास 4 एरोनेट तरंगदैर्ध्य हैं । तुलना करने के लिए, हम XULA साइट के लिए इन तरंग दैर्ध्य पर AOT मूल्यों extrapolated ।
AOT के माप हर दिन किया जाता है जब मौसम की स्थिति की अनुमति । माप है कि जब वहां सूरज के आसपास के भीतर सिरस बादलों रहे है विश्लेषण में शामिल नहीं किए गए हैं । सारणी 1 में प्रत्येक माह में उन दिनों की संख्या को दर्शाया गया है, जो हमें पूरी तरह से स्पष्ट आकाश था । कुल मिलाकर, लिए गए आंकड़ों के लगभग ४७% को बाहर रखा गया ।
| महीना | सितम्बर | अक्टूबर | नवम्बर | दिसम्बर | जनवरी | फ़रवरी | मार्च | अप्रैल | हो सकता है | जून | जुलाई | अगस्त |
| दिनों की संख्या | 18 | 20 | 16 | 15 | 15 | 15 | 16 | 15 | 18 | 15 | 15 | 16 |
सारणी 1: AOT मापन किया गया था 6 बार एक दिन (7:00 am, सुबह 9, 11, सौर दोपहर, 3 am, और 5 am) । भूखंडों पर दिखाए गए आंकड़े मासिक औसत AOT मान सौर दोपहर में लिया जाता है । प्रत्येक मापन समय के दौरान; सूरज की रोशनी वोल्टेज वी और अंधेरे वोल्टेज वीअंधेरे के कम से पांच मूल्यों प्रत्येक चैनल के लिए लिया जाता है । इन पांच मापन के लिए माध्य उस मापन समय के लिए औसत के रूप में लिया जाता है । इन माप में त्रुटि इन पाँच मापन के मानक विचलन के रूप में परिकलित की जाती है । AOT मूल्यों16नीचे दिखाए गए समीकरण का उपयोग कर प्राप्त कर रहे हैं:
द सूर्य प्रकाशमापी का अंशांकन स्थिरांक है, आर खगोलीय इकाइयों में पृथ्वी-सूर्य की दूरी है, वीडार्क है डार्क वोल्टेज रिकॉर्ड किया जाता है जब प्रकाश के शीर्ष कोष्ठक पर छेद के माध्यम से पारित करने से अवरुद्ध है सूर्य प्रकाशमापी, ट सूर्य प्रकाशमापी से अभिलेखित प्रकाश वोल्टता है, जब ऊपरी कोष्ठक पर होल के माध्यम से रोशनी गुजरती है , तो रेले प्रकीर्णन, च् तथा च0 के कारण प्रकाश के क्षीणन का प्रतिनिधित्व करता है । मापा और मानक वायुमंडलीय दबाव क्रमशः रहे हैं, और एम रिश्तेदार हवा द्रव्यमान है । सापेक्ष वायु द्रव्यमान की गणना राष्ट्रीय ओशियानिक एवं वायुमंडलीय प्रशासन (एनओएए) द्वारा उपलब्ध कराए गए आंकड़ों से की जाती है । तापमान, वर्षा और सापेक्ष आर्द्रता जैसे अन्य मौसम संबंधी आंकड़ों को भी उसी समय मापा जाता है । ऊपर दिए गए समीकरण के अनुसार ओजोन से ऑप्टिकल मोटाई का योगदान भी शामिल है । एओटी मूल्यों पर ओजोन के प्रभाव की गणना ओजोन अवशोषण गुणांक के सारणीबद्ध मूल्यों और वायुमंडल में ओजोन राशि के बारे में अनुमान के आधार परकी जाती है । Bucholtz20,21 मानक वायुमंडल पर आधारित एकआर के सारणीबद्ध मूल्यों का उत्पादन किया गया है. ५०५ एनएम चैनल एआर ≈ ०.१३८१३ के लिए और ६२५ एनएम चैनल के लिए यह ~ ०.०५७९३ है ।
यहां प्रस्तुत डेटा कैसे छात्रों की टीमों को लंबे और निरंतर AOT माप लेने के लिए आयोजित किया जा सकता का एक उदाहरण का प्रतिनिधित्व करता है । इस अध्ययन में, दो छात्र टीमों के दो स्वतंत्र रूप से calibrated ग्लोब हाथ में सूरज photometers का इस्तेमाल हमारे XULA अध्ययन स्थल पर वातावरण के एयरोसोल ऑप्टिकल मोटाई के वार्षिक, दैनिक और प्रति घंटा परिवर्तन ट्रैक । इस जांच में इस्तेमाल होने वाले दो ग्लोब सन फोटोमीटर ईईएसआरई (इंस्टीट्यूट फॉर अर्थ साइंस रिसर्च एंड एजुकेशन) से खरीदे गए थे, इनमें एक का सीरियल नंबर RG8-989 और दूसरे का सीरियल नंबर RG8-990 था) था । इससे पहले कि दोनों उपकरणों से डेटा संयुक्त किया जा सकता है, एक प्रतिगमन विश्लेषण किया गया था करने के लिए समझौते का पता लगाने
Protocol
Representative Results
Discussion
इस प्रोटोकॉल में पहला कदम अध्ययन स्थल को परिभाषित करने के लिए है । यह एक जीपीएस का उपयोग करने देशांतर और अध्ययन स्थल के अक्षांश खोजने के द्वारा किया जाता है । देशांतर और अक्षांश मूल्यों AOT की गणना में मह?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस कार्य के लिए DOD ARO ग्रांट #W911NF-15-1-0510 और राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन अनुसंधान दीक्षा पुरस्कार १४११२०९ के तहत वित्तीय सहायता प्रदान की गई थी । हम भौतिकी और कंप्यूटर विज्ञान विभाग और लुइसियाना के जेवियर विश्वविद्यालय में शिक्षा के विभाजन के लिए हमारी ईमानदारी से आभार व्यक्त करते हैं ।
Materials
| A Calibrated GLOBE handheld sun photometer | IESRE, USA (GLOBE sun photometer) and TERNUM, UK (Calitoo sun photometer | The GLOBE sun photometer measures AOT at 505nm and 625nm. | |
| Barometer | Forestry suppliers, USA, Cat# 43316 | 43316 | The aneroid barometer must have a clear scale with a pressure range between 940 and 1060 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. |
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