歐洲計量研究計劃 - 產生影響

改進用於保護大氣臭氧的測量

大氣臭氧保護地球免受有害的紫外線輻射。 然而，人類活動已經耗盡了大氣層，削弱了這種“保護盾”。 測量臭氧的分光光度計基於 1970 年代和 80 年代的設計，而提供改進測量潛力的儀器缺乏長期監測所需的計量驗證和幫助保護這一重要分子所需的準確性。

挑戰

臭氧由三個相連的氧原子組成，是在平流層中通過太陽輻射對氧氣的作用而產生的，它吸收了 99% 的太陽對生物有害的 UV-B 輻射（280 - 315 nm），它是皮膚癌的誘因在人類中。 它是一種稀有分子，集中在海拔約 20-25 公里的“臭氧層”帶中。 它的水平是通過分光光度計或分光輻射計在從地球表面延伸到太空邊緣的方柱 (1 cm2) 中測量的。 如果這個“總臭氧柱”(TOC) 中的所有臭氧在 0 oC 和 1 個大氣壓下被壓縮，它的測量深度約為 3 毫米。 1976 年，人們發現臭氧正在被人為活動釋放的化學物質破壞，1987 年引入了《蒙特利爾國際條約》以逐步淘汰導致臭氧消耗的物質。 由於該協議，預計到 21 世紀中葉臭氧將恢復到 1980 年的水平，但需要更長時間的觀察來監測其狀況並評估氣候變化對其水平的影響。 然而，已建立的監測網絡使用不同的儀器類型，例如 Dobson 或 Brewer 分光光度計，它們會產生微小但顯著的數據差異，從而阻礙來自不同網絡的結果的合併。 此外，這些儀器中由太陽輻射產生的“雜散光”會掩蓋較弱的臭氧信號，需要校正因子才能解決。 需要改進的儀器具有更高的準確性和長期穩定性，以可靠地測量這種重要的分子。

解決方案

在 atmoz 項目期間，由 Gigahertz–Optik 開發的陣列光譜儀 BTS2048-UV-S 被廣泛表徵。 它能夠在整個 UV 光譜中以 <0.2 nm 的步長增量測量太陽能輸出，而不是像 Brewer 或 Dobson 分光光度計那樣僅測量幾個波長，它為 TOC 檢索提供了更高的可靠性。 此外，這款緊湊型儀器包含 6 種不同的濾光片以減少雜散光的影響。 該光譜儀還參加了由西班牙氣象局 (AEMET) 的伊薩尼亞大氣研究中心 (AEMET) 和世界輻射中心 (PMOD-WRC) 在特內里費島的伊薩尼亞 (Izaña) 組織的比對活動，對項目內開發的新儀器和技術進行了比較到完善的 Dobson 和 Brewer 分光光度計方法和世界旅行標準 QASUME。 比對結果表明，BTS2048-UV-S 產生了高質量的 TOC 測量數據，在大多數情況下與大多數其他儀器的偏差小於 1.5%，與已建立的 TOC 測量系統（如 Dobson 或 Brewer）的偏差不超過 3%。