新的宽带高分辨率臭氧吸收截面|光谱学欧洲和世界半岛综合体育官方APP下载德甲bdapp官方下载安卓版

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安娜Serdyuchenko,维克多Gorshelev,马克韦伯和John p .洞穴

不莱梅大学环境物理研究所Otto-Hahn Allee 1, 28359不莱梅,德国。电子邮件:(电子邮件保护)

介绍

在本文中,我们报告的研究来提高我们的知识臭氧吸收截面。这是需要主动和被动遥感应用程序产生臭氧的总列和概要文件。新实验室测量提供数据宽光谱范围的紫外线(UV),可见(vis)和近红外(NIR)光谱分辨率的区域0.02海里。绝对精度约为3%或更好和波长精度优于0.005 nm整个光谱范围取得了11点的温度从195 K到293 K。

比较可用臭氧的截面与我们的新数据集的不确定性范围内显示了良好的协议。这个新的截面数据集改善所需的臭氧数据质量是平流层臭氧趋势研究和对流层臭氧丰富的决心。

臭氧是最重要的示踪气体在平流层和对流层。全球臭氧浓度的监测,利用星载和地面仪器,起着关键作用的决心长期趋势平流层臭氧层,保护生物圈从有害UVB辐射和空气质量相关的研究。

要求测量微小变化在平流层和对流层臭氧的地方强烈要求臭氧吸收截面用于检索的准确性的光谱由遥感光谱分析仪。几个卫星光谱仪被用来衡量低分辨率截面飞行前(模拟战,国美和GOME-2飞行模型)。^1,2,3这些数据集自动将仪器狭缝函数的巨大优势。然而,使用这些数据集不是简单的其他工具。在报告中吸收横截面的臭氧(ACSO)委员会,韦伯et al。⁴考虑横截面的影响选择总臭氧检索应用于国美,模拟战GOME-2和讨论必要的分辨率匹配,波长变化和落下的石块。[ACSO委员会建立了世界气象组织和国际气象和大气科学协会评审和推荐臭氧所有常用的截面(包括地面和卫星)大气臭氧监测仪器。)

在高分辨率数据集,最重要的是所谓的Bass-Paur数据^5,6和数据Malicet, Daumont,布里et al。⁷(引用文献在其中)。不管这些数据的高质量,他们有严重的局限性,使改进的余地。这两个数据集是基于实验数据获得在只有五个温度下,引人注目的研究人员对其他温度下使用插值。此外,这些数据集只覆盖有限的紫外线和vis光谱区域。

更多细节臭氧截面获得2003年以前由Orphal中可以找到一个全面的概述。⁸相关数据是可用的,例如,从在线光谱图谱马普学会的气态分子化学、美因茨⁹或ACSO主页。¹⁰

新的准确宽带截面确定本研究有固有的优势在过去的数据集的最大可能的程度。11的数据得到温度195 K。方便使用各种当前和未来的项目,这个新的数据集结合广泛的光谱覆盖范围从220纳米到1000纳米和光谱分辨率高达0.02海里。这个数据集允许精确的狭缝函数卷积目前相关的所有地面和卫星遥感仪器。

实验方法和仪器

确保高分辨率,对整个光谱波长精度和良好的信噪比,优势能力的中阶梯光栅光谱仪(LLA ESA 4000年柏林)和力量HR120傅里叶变换光谱仪(FTS)的总和。两个设备表现出优良的光谱校准,至少从0.02 ~ 0.005 nm和光谱分辨率纳米(一半全宽度最大,(应用)在0.5 nm 1000纳米的紫外线。

测量涉及三个不同的光源(氘和氙超级安静的气体放电灯泡和钨丝灯)期间有足够的稳定性实验。中阶梯光栅光谱仪配备一个加剧了电荷耦合器件(ICCD)矩阵检测器,灵敏度高的紫外线,而FTS设置与Si和半导体探测器的差距主要是用于可见光和红外光谱区域。

臭氧吸收截面的大小成正比的光学密度,这是光强度之比的对数衰减由细胞和无臭氧。尽管表面上的简单的吸收实验一般来说,有几个挑战克服为了实现宽带频谱测量臭氧与所需的精度。

首先,臭氧是一种不稳定的活性分子;在室温下,衰减可以有炸药的特点在臭氧浓度低至10%。臭氧是爆炸性的,测量使用纯臭氧必须完成特别的谨慎和小心的控制温度和压力,因为绝对截面值精度取决于臭氧浓度的精确知识,均匀沿着路径长度。

第二,臭氧截面值UV / vis / NIR地区覆盖超过7个数量级,而单个测量的动态范围通常允许光密度变化约一个数量级。因此,几个吸收测量必须由实验条件的不同组合对每个温度。

实验用圆柱double-jacketed石英电池和两套石英窗口,安装在两端和中间的细胞(图1)。此外,白色文字多通道光学安装了细胞内增加吸收路径长度的测量弱吸收约380海里。内细胞体积被一层流动的冷却剂(乙醇),反过来孤立于环境空气的真空。气体供应系统包括两个臭氧发生器的效率不同,旋转叶片泵和一些压力和流量测量仪器(MKS)。稳定的气体温度下降到195 K (-78°C)是通过使用一个特殊的冷却系统,组成的低温恒温器(Haake CT 90 W凤凰2),气体pre-cooling单位和pt - 100温度传感器。

设置了光路长度5厘米至2000厘米和部分臭氧压力0.5 mbar至90 mbar被用来覆盖整个范围的横断面图,这跨度值10^-24年到10^-17年厘米²分子¹。

的绝对测量,纯臭氧制备ozone-oxygen混合物流经液氮的陷阱。遵守安全条例,绝对测量只带了两个光谱区域:在450 - 320 - 350 nm和750 nm。

连接的相对光谱是由最小二乘方法融入合适的重叠区域。连接之前,光谱中阶梯光栅和FTS插值/外推的波长网格步为0.01 nm。

在大多数情况下,saturation-free地区与光密度0.5 - 2的水平被连接,不包括地区约380 nm和1000 nm(光学密度0.1和更低的)。

新横截面的整体精度测量,包括不确定性来自光源稳定,约3%或更好的光谱的大部分地区。

结果与讨论

光谱,这项研究结果如图2 - 4所示。颜色竖线示意图马克光谱通道的几种遥感仪器(啤酒和多布森地面光谱仪,鼠尾草,SBUV和所谓的DOAS(差分光学吸收光谱)窗口,参与国美的检索,GOME-2和模拟战光谱)。半岛综合体育官方APP下载德甲

新数据的质量是全面测试,包括温度依赖性的分析、卫星检索测试,并与之前关于绝对校准和波长扩展可用的数据。

二阶多项式函数的合理近似平稳的温度依赖性的新截面紫外线地区在320 - 340海里(约1%或更小的偏差);如果需要精确插值在所需的温度是可行的。

新截面的温度依赖性波长为253.65 nm(著名的Hg灯线)是在误差棒(大约2%)。明显的温度依赖性的近红外光谱区域需要详细调查和更高的信噪比。

新的数据显示良好的协议与高分辨率绝对测量^6,7和模拟战调频数据在独立窗口中选定的波长,对应Hg灯和氦氖激光线和遥感仪器的光谱通道。有很好的协议最多(2%或更好)波长,不包括红外区域。国美调频和GOME-2 FM3数据,偏差可达5%至203 K, 223 K和243 K。

臭氧总量列从GOME-2检索使用新的截面和模拟战卫星是在良好的协议与由原始数据检索和+ 1%和+ 2%。

结论

我们相信新的截面满足的要求臭氧世界科学界和优于现有的数据集。

我们希望科学团体致力于臭氧观测卫星和地面仪器将测试新的数据集,在长期的基础上发现它有用。新的臭氧截面与支持技术文件可从2012年1月的主页研究所的分子光谱实验室环境物理、不来梅大学。半岛综合体育官方APP下载德甲¹¹

进一步测量近红外和热红外区域推荐获得新的高质量的数据和比较紫外线和热红外臭氧检索。

确认

产生的新数据集的框架内的协调项目致力于卫星截面数据集,由欧洲航天局,部分支持的不莱梅,不来梅大学和德国航空航天,经销商。bdapp官方下载安卓版作者感谢维萨姆支持者测试卫星上的新数据集的光谱检索。

引用

摩根大通(J.P.洞穴,a级,a . Dehn的阻碍,s . Himmelmann s沃伊特j . Orphal从国美“大气遥感参考数据。2。与温度有关的吸收截面的O₃在231 - 794纳米范围”,j . Spectrosc量化。Radiat。转移61年,509 - 517 (1999)。doi:10.1016 / s0022 - 4073 (98) 00037 - 5
k . Bogumil j . Orphal t . Homann s沃伊特p . Spietz超频她,a·沃格尔m·哈特曼h . Kromminga h . Bovensmann j . Frerick和摩根大通(J.P.洞穴”分子吸收光谱的测量与模拟战飞行前的模型:大气遥感仪器表征和参考数据在230 - 2380海里地区”,j . Photochem。Photobiol。一个157年,167 - 184 (2003)。
粗糖,p . Spietz j . Orphal和摩根大通(J.P.洞穴吸收光谱测量与使用IUP GOME-2 FMs / IFE-UB校准装置的示踪气体吸收光谱(CATGAS)最终报告半岛综合体育官方APP下载德甲。德国不莱梅大学不莱梅(2005)。
m·韦伯w .支持者与p . Spietz臭氧的影响截面选择WFDOAS总臭氧检索应用于国美,模拟战,GOME2(1995 -现在2)、技术注意问题贡献IGACO活动:臭氧吸收截面,http://www.iup.uni-bremen.de/UVSAT_material/manuscripts/weber_acso_201101.pdf(最后访问:2011年5月)。不来梅,德国不莱梅大学(2011)。
点低音和R.J.包”,臭氧的紫外线截面:即测量”,大气臭氧Ed C.S. Zerefos和a·拉什德Proc,四年一度的臭氧研讨会。Reidel,多德雷赫特,德国,第610 - 606页(1985)。
R.J.包和点低音紫外线臭氧的横断面图:II。结果和温度依赖性”大气臭氧Ed C.S. Zerefos和a·拉什德Proc,四年一度的臭氧研讨会。Reidel,多德雷赫特,德国,第615 - 611页(1985)。
j·布里,a . Chakir j . Charbonnier d . Daumont c·帕里希扮演和j . Malicet“臭氧分子吸收光谱测量在350 - 830海里地区”,j .大气压。化学。30.291 - 299 (1998)。
J。一个Orphal, “Critical review of the absorption cross-sections of O₃也没有₂在紫外和可见”,j . Photochem。Photobiol。一个157年,185 - 209 (2003)。
h . Keller-Rudek G.K. Moortgat,MPI-Mainz-UV-VIS气态分子的光谱图谱。(互联网)。(引用2011年11月)。可以从:www.atmosphere.mpg.de伊妮德/光谱/ Presentation_4n3.html。
世界气象组织/ GAW-IO3C。臭氧吸收横截面(ACSO)。(互联网)。(引用2011年11月)。可以从:http://igaco-o3.fmi.fi/ACSO/。
分子光谱实验室IUP半岛综合体育官方APP下载德甲不莱梅,数据库(互联网)。(引用2011年11月)。可以从:http://www.iup.uni-bremen.de/gruppen/molspec/databases/index.html