Ю. Посудін. Моніторинг довкілля з основами метрології Лекція 8 ПРИРОДНІ ВИПРОМІНЮВАННЯ

1. Ю. Посудін. Моніторинг довкілля з основами метрологіїЛекція 8ПРИРОДНІ ВИПРОМІНЮВАННЯ Yuriy PosudinEnvironmental Monitoring with Fundamentals of MetrologyLecture 8 NATURAL RADIATIONS

2. ПРИРОДНІ ВИПРОМІНЮВАННЯ До природних випромінювань можна віднести сонячне, атмосферне випромінювання та випромінювання земної поверхні.

3. АТМОСФЕРНЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ СОНЯЧНЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ ВИПРОМІНЮВАННЯ ЗЕМНОЇ ПОВЕРХНІ

4. Спостереження за Сонцем за допомогою піргеліометра супутника Nimbus дали можливість визначити середню інтенсивність сонячного випромінювання (сонячну сталу): 1373 Вт/м2. СОНЦЕ ТА ЙОГО ХАРАКТЕРИСТИКИ

5. ПОТУЖНІСТЬ СОНЯЧНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ • Потужність сонячного випромінювання на земній поверхні: Р = 1373 Вт/м2·πRЗ2= Сонце Земля = 1373·12,75·1013 м2 = = 1,74·1017 Вт.

6. Інтенсивність сонячного випромінювання на поверхні Землі I = P/S = (1,74∙1017 Вт/5,1∙1014 м2) = = 342 Вт/м2.

7. Від 115-145 Вт/м2 (Полісся) до 185-215 Вт/м2 (Крим) Середня інтенсивність сонячного випромінювання в Україні

8. Загальна сонячна енергія • Загальна сонячна енергія становить для сфери радіусом d = 1,496·1011 м: Е = ІS = 1373 Вт/м2 ·4πd2м2 = = 1373 Вт/м2 ·4·3.14·(1,496·1011)2 м2 = = 3,88·1026 Вт.

9. Абсолютна температура Сонця • Сонце можна розглядати як чорне тіло; відповідно Закону Стефана-Больтцмана: σТ4 = 3,88·1026 Вт/4πRС2. Звідси абсолютна температура Сонця дорівнює: Т = 5770 К.

10. Відповідно Закону Віна λmaxT = 2,898·10–3м K. Звідси λmax(Сонця) = =(2,898·10–3м K)/5770 K = =5,02·10–7м = =502·10–9м = 502 нм. λmax(Землі) = =(2,898·10–3м K)/300 K = =10·10–6м = 10 мкм Короткохвильове випромінювання земної поверхні Короткохвиольове випромінювання Довгохвильове випромінювання

11. Теплове випромінювання Сонця та Землі

12. Розподіл сонячного випромінювання за інтенсивністю • 19 % прямого сонячного випромінювання поглинається атмосферою; • 20 % відбивається хмарами; • 6 % розсіюється атмосферою: • 4 % відбивається земною поверхнею; • 51 % поглинається земною поверхнею.

13. Розподіл сонячного випромінювання за інтенсивністю

14. Випромінювальні властивості Сонця Випромінювальні властивості Сонця описуються рівнянням: ЕС =ЕСcos + ЕД де ЕС– сумарна енергетична освітленість сонячним випромінюванням земної поверхні, ЕСcos–енергетична освітленість земної поверхні прямим сонячним випромінюванням, а Е Д – дифузним сонячним випромінюванням.

15. Діапазони спектра оптичного випромінювання • Ультрафіолетова область УФ-С 100280 нм УФ-В 280315 нм УФ-А 315380 нм • Видима область 380440 нм • Інфрачервона область 7602500 нм

16. Основна маса озону атмосфери (близько 90 %) міститься в стратосфері на висоті 10–50 км з максимумом на висоті 20–25 км. ОЗОНОВИЙ ШАР

18. Kератит Кон’юнктивіт Effects of Ultraviolet Radiation Запалення рогівки ока Запалення кон’юнктиви – слизової оболонки ока

19. Загар Еритема Ефекти УФ випромінювання

20. Бактерицидна дія Антирахітична дія Ефекти УФ випромінювання

21. Ефекти УФ випромінювання Злоякісна пухлина з пігментоутворючої тканини

22. Саме УФ-В область призводить до еритеми, небезпечних генетичних порушень в організмі людини, раку шкіри. Поглинання ДНК

23. Спектри поглинання білків та амінокислот

24. Вплив УФ на здоров’я людини

25. Поглинання УФ озоном • Слід відмітити, що незважаючи на незначну концентрацію озону, він здатний поглинати ультрафіолетове сонячне випромінювання: майже все випромінювання УФ-С області ( 200–300 нм ), та частину випромінювання УФ-В області ( 280–320 нм ).

26. Загальний озон – Спектрофотометр Добсона, спектрофотометр Брюера Поверхневий озон– Хемілюмінесценція, ультрафіолетова фотометрія Озонові зонди – Brewer-Mast Ozonesonde, ECC Ozonesonde, Japanese Ozonesonde: KC-68 and RSII-KC79 Лідари Супутники ВИМІРЮВАННЯ ОЗОНУ

27. Одиниці Добсона використовуються для вимірювання «товщини» озонового шару. Якщо уявити, що всі молекули озону, які присутні в стратосфері, можна зібрати на поверхні (при нормальних тиску та температурі), то товщина цього шару становитиме 3 мм. Вимірювання озону Ця кількість озонувідповідає 300 DU ( одиницям Добсона ).

28. Absorption Spectrum of Ozone

29. Спектрофотометр Добсона

30. Спектрофотометр Добсона До недоліків можна віднести вплив аерозолів та забруднень атмосфери, які поглинають на тих самих довжинах хвиль, на результати вимірювань.

31. Вимірювання на довжинах хвиль 306.3, 310.1, 313.5, 316.8, 320.1 nm. Спектрофотометр Брюера

32. Спектрофотометр БрюераBrewer Spectrophotometer

33. Спектрофотометр Брюера

34. Озоновий зонд Courtesy of Prof. M. Ikeda

35. Озоновий зонд являє собою прилад, що встановлюється на повітряній кулі з газом, яка підіймається на висоту до 35 км. Озоновий зонд

36. Озоновий зонд

37. Три основних типи озонових зондів: the Brewer-Mast (BM), the electrochemical concentration cell (ECC), and the Japanese ozonezonde (KC). Озоновий зонд

38. 2KI + O3 + H2O → 2KOH + I2 + O2. I2 + 2e → 2I- Електрохімічна Концентраційна Комірка Озонового Зонду

39. Ozonezondes JPL and NOAA scientists launch an ozonesonde from the Table Mountain Facility. Meteorological balloons like this one also provided data used in the study.

40. Результати вимірювання озону

41. ЛІДАР

42. Lidar (light detection and ranging) beams from the tropospheric ozone lidar laboratory at JPL's Table Mountain Facility near Wrightwood, Calif., provided tropospheric ozone data used in the NOAA study. The actual beams used in the study were in the ultraviolet (invisible) wavelength. Lidar

43. Light Detection and Ranging (LIDAR) is an ozone measurement technique that relies on absorption of laser light by ozone. A telescope is used to collect ultraviolet light that is scattered by two laser beams - one of which is absorbed by ozone (308nm) and the other is not (351 nm). By comparing the intensity of light scattered from each laser, a profile of ozone concentration vs. altitude is measured from 10 km to 50 km. LIDAR

44. Ракетний сенсор

45. The Global Ozone Monitoring Experiment (GOME) was launched in 1995 aboard the European Remote Sensing satellite (ERS). The objectives of this UV-visible spectrometer cover a wide range of scientific fields, spanning from stratospheric ozone and climate change studies to atmospheric pollution monitoring. Global Ozone Monitoring Experiment (GOME)

46. Спектральний діапазон 240-790 нм Об’єкти вимірювань O3, NO2,BrO,OClO, SO2, HCHO, хмари, аерозолі. GOME-2 Spectrometer

47. Global Ozone Monitoring Experiment (GOME)

48. GOME-2 • http://www.esa.int/esaLP/SEMTTEG23IE_LPmetop_0.html

49. GOME-2 Обов’язково треба подивитися анімацію, що пояснює принцип дії GOME-2: http://www.esa.int/esaLP/SEMTTEG23IE_LPmetop_0.html

50. Пасивні методи спостереження за озоном • Пластикові контейнери обладнані пористим тефлоновим екраном, через який поступає за рахунок дифузії озон, який вступає в реакцію з барвником (Indigo Carmine dye), що супроводжується зміною кольору останнього залежно від концентрації озону .