Спектрофотометр Добсона , также известный как Добсонметр , спектрометр Добсона или просто Добсон , является одним из самых ранних приборов, использовавшихся для измерения атмосферного озона .
Спектрометр Добсона был изобретен в 1924 году британским физиком и метеорологом Гордоном Добсоном . [2] История разработки прибора находится здесь [3] , а образец одного из собственных приборов Добсона по-прежнему экспонируется на физическом факультете Оксфордского университета. [4]
Спектрофотометры Добсона можно использовать для измерения как общего столба озона, так и профилей озона в атмосфере . [5] [6] Озон представляет собой трехатомный кислород, O3 ; молекулы озона поглощают вредный ультрафиолетовый свет в атмосфере до того, как он достигнет поверхности Земли. Ультрафиолетовое излучение спектра С не проникает на землю, поскольку оно поглощается в озоно-кислородном цикле . [ требуется ссылка ] Однако некоторые более длинноволновые и менее вредные лучи спектра В и большая часть ультрафиолета спектра А не поглощаются, поскольку озон менее непрозрачен для этих частот, поэтому они проникают на поверхность Земли в больших количествах. Источники используемого света могут быть разными. Помимо прямого солнечного света, может использоваться свет ясного неба, луны или звезд .
Спектрометр Добсона измеряет общее содержание озона, измеряя относительную интенсивность излучения UVB, достигающего Земли, и сравнивая ее с интенсивностью излучения UVA на уровне земли. Если бы весь озон был удален из атмосферы, количество излучения UVB было бы равно количеству излучения UVA на земле. Поскольку озон существует в атмосфере, спектрометр Добсона может использовать соотношение между излучением UVA и UVB на земле, чтобы определить, сколько озона присутствует в верхних слоях атмосферы для поглощения излучения UVC.
Соотношение определяется поворотом шкалы R, которую можно повернуть на 300° на приборе. Спектрометр сравнивает две различные интенсивности длин волн, UVB (305 нм) и UVA (325 нм), [7] для расчета количества озона. При повороте шкала R фильтрует и блокирует свет длины волны UVA до тех пор, пока интенсивность двух длин волн света не станет одинаковой. Соотношение двух длин волн при падении можно рассчитать, как только отфильтрованные интенсивности станут одинаковыми. Результаты измеряются в единицах Добсона , равных толщине озона 10 мкм, сжатого до стандартных условий для температуры и давления (СТП) в столбе. Если бы весь озон в измеряемом столбе атмосферы был сжат до СТП, толщина сжатой атмосферы в мм была бы равна ответу в единицах Добсона, деленным на 100.
Вертикальное распределение озона выводится с помощью метода Умкера . Этот метод основан на интенсивности отраженного, а не прямого УФ-света . Распределение озона выводится из изменения соотношения тех же частот УФ-пары со временем по мере захода солнца. Измерение «Умкера» занимает около трех часов и предоставляет данные до высоты 48 км, с наиболее точной информацией для высот более 30 км.
Метод Добсона имеет свои недостатки. На него сильно влияют аэрозоли и загрязняющие вещества в атмосфере, поскольку они также поглощают часть света на той же длине волны. Измерения проводятся на небольшой площади в направлении солнца. Сегодня этот метод часто используется для калибровки данных, полученных другими методами, включая спутники.
Существуют некоторые модернизированные версии спектрофотометра Добсона, которые продолжают предоставлять данные.
Было изготовлено около 120 измерителей Добсона, в основном компанией R&J Beck из Лондона, из которых около 50 используются и по сей день. Наиболее известными из них, вероятно, являются №№ 31 и 51, с помощью которых Джо Фарман из Британской антарктической службы открыл озоновую дыру над Южным полюсом в 1984 году. «Всемирный стандартный Добсон» № 83 принадлежит и эксплуатируется Министерством торговли США, NOAA, как и вторичный стандарт № 65.
Самый старый инструмент, который все еще используется, — это № 8, расположенный на крыше Норвежского полярного института в Ню-Олесунне , Шпицберген . Этот инструмент имеет последние сообщенные данные за 1997 год.
Прибор D003, работающий в Куньмине, Китай, передавал данные по август 2009 года. Историю станций и приборов можно найти в Мировом центре данных по озону и УФ-излучению. [8]
Министерство охраны окружающей среды Канады ( Алан Уэст Брюэр ) разработало двух- и одномонохроматорные спектрофотометры, известные как спектрофотометры «Брюэра», производимые компанией Kipp & Zonen. [9]