ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ЧЕТЫРЕХВОЛНОВЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ДВУХ ГАЗОВЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ АТМОСФЕРЫ С ПОМОЩЬЮ СОЛНЕЧНОГО ФОТОМЕТРА С ДВУХПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ АЭРОЗОЛЬНОЙ КОРРЕКЦИЕЙ Текст научной статьи по специальности «Физика»

АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА

¿Ы: 10.36724/2409-5419-2020-12-4-6-14

двухступенчатый четырехволновыи метод

измерения двух газовых составляющих атмосферы с помощью солнечного фотометра с двухпараметрической аэрозольной коррекцией

АСАДОВ

Хикмет Гамид оглы1

АБДУЛЛАЕВА Севиндж Новруз гызы2

АГАЕВ

Фуад Фахраддин оглы3

Сведения об авторах:

1д.т.н., профессор, начальник отдела НИИ Аэрокосмической информатики Национального аэрокосмического агентства, г. Баку, Азербайджан, asadzade@rambler.ru 2к.т.н., доцент, доцент Азербайджанского государственного университета нефти и промышленности, г. Баку, Азербайджан, abdullayevasn@rambler.ru 3докторант Национального аэрокосмического агентства, г. Баку, Азербайджан

АННОТАЦИЯ

Последними достижениями развития многоволнового фотометрирования в направлении увеличения числа каналов и спектрального разрешения следует считать разработку гиперспектрометров и дифференциальных оптических абсорбционных спектрометров. В этих приборах механизм формирования многочисленных волновых каналов почти идентичен, а нейтрализация влияния аэрозолей осуществляются такими методами как усреднение, интегрирование и т.д. без учета различий в волновой зависимости оптической толщины фракционных составляющих аэрозоля. Отмечается, что при высокоточном солнечном фотометрировании необходим точный раздельный учет влияния каждой отдельной фракции аэрозоля. Причиной тому, являются как минимум, следующие факторы: многофракционность атмосферного аэрозоля, с учетом того, что волновые зависимости различных фракций существенно отличаются друг от друга; фактическое разнообразие источников аэрозолей, генерирующих аэрозольные частицы с отличающимися физико-химическими свойствами. В настоящей работе предлагается двухступенчатый четырехволновый метод с двухпараметрической коррекцией, в котором количество измеряемых газов увеличивается до двух. Несмотря на свою двухступенчатость реализации, предложенный метод не предусматривает двойного увеличения объема операций, выполняемых в обычном трехволновом методе с двухпараметрической коррекцией. По сути дела в предлагаемом методе измерения осуществляются на специально подобранных четырех длинах волн, при котором рост количества измеряемых длин волн на одну треть приводит к двухкратному увеличению количества измеряемых газов. В результате проводимых экспериментально-модельных исследований четырехволнового двухступенчатого метода получены следующие оценки общего количества паров воды и озона: W = 2 см; X = 0,3 см, которые неплохо согласуются с известными данными по Азербайджану, согласно которым средние значения W и X составляют 2-3 см и 0,3-0,33 см.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: фотометр; аэрозоль; малые газы; калибровка; измерения.

Для цитирования: Асадов Х.Г., Абдуллаева С.Н., Агаев Ф.Ф. Двухступенчатый четырехволновый метод измерения двух газовых составляющих атмосферы с помощью солнечного фотометра с двухпараметрической аэрозольной коррекцией // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2020. Т. 12. № 4. С. 6-14. ¿Ы: 10.36724/2409-5419-2020-12-4-6-14

Уо! 12 N0 4-2020, Н&ЕЗ ЕЕЗЕЛЕСН AVIATЮN, SPASE-ROCKET HARDWARE

Введение

Хорошо известно, что классическим примером многоволнового фотометрирования является двухволновый метод Добсона для измерения общего содержания озона в атмосфере, предложенный в 30-е годы прошлого столетия. В дальнейшем этот метод был развит, появился 4-х волновый, усовершенствованный вариант этого метода, который был воплощен в известном спектрофотометре Добсона [1]. Этот прибор совместно с другими, более современными приборами и по сей день используются в различных озонометрических сетях. Общая идея проведения комбинированных многоволновых измерений далее развивалась в направлении увеличения количества измеряемых параметров, т.е. газовых составляющих суммарной оптической толщины атмосферы с применением каких-либо общих мер для устранения мешающего влияния атмосферного аэрозоля. Типичными достижениями развития многоволнового фотометрирования в данном направлении следует считать гиперспектрометров и дифференциальных оптических абсорбционных спектрометров. В этих приборах механизм формирования многочисленных волновых каналов почти идентичен, а нейтрализация влияния аэрозолей осуществляются такими методами как усреднение, интегрирование и т.д. без учета различий в волновой зависимости фракционных составляющих аэрозоля.

Вместе с тем, при высокоточном солнечном фотоме-трировании необходим точный раздельный учет влияния отдельных фракций аэрозоля. Причиной тому, являются как минимум, следующие факторы:

1. Многофракционность атмосферного аэрозоля, с учетом того, что волновые зависимости различных фракций существенно отличаются друг от друга [2].

2. Фактическое разнообразие источников аэрозолей, генерирующих аэрозольные частицы с отличающимися физико-химическими свойствами.

Одним из наиболее существенных шагов в направлении разработки многоволновых фотометров с точной компенсацией влияния атмосферного аэрозоля следует считать разработку метода трехволнового солнечного фо-тометрирования с двухпараметрической коррекцией [3-6]. Вкратце суть этого метода заключается в следующем.

Измерения проводятся на трех длинах волн Х2, Х3, где Х1< < Х3. Физическую основу проводимых измерений составляет закон Бугера-Бера, согласно которому интенсивность солнечного излучения на входе наземного Солнечного фотометра в общем случае /(X) может быть вычислен по следующему вычислен по следующему выражению

I(К) = I^ (Х)в

(1)

где /„(X) — величина солнечного постоянного на длине волны X;

т — оптическая воздушная масса;

хаег(Х) — оптическая толщина аэрозоля;

тг(Х) — оптическая толщина релеевского рассеяния;

— оптическая толщина поглощения измеряемого газа. В известном трехволновом методе с двухпараметрической коррекцией [5] вводится на рассмотрение функция промежуточного преобразования, определяемая как

ч 1к1 (3ц)• 1к2 (5ц)

2 (3 )= I (к2) ' (2)

где к1, к2 — вводимые коэффициенты коррекции.

С учетом того, что т(Х) можно учесть расчетным путем, а т (X) можно представить в виде

т (X) = т IX) + т (X),

ает^ ' аегу 4 ' аег с4 /7

(3)

где таег у (X) — оптическая толщина ослабления мелкодисперсного аэрозоля;

таег (X) — оптическая толщина ослабления крупнодисперсного аэрозоля.

Из выражений (1), (2), (3) нетрудно получить условия компенсации воздействия аэрозоля на результат измерения оптической толщины исследуемого газа на длине волны X2

к1 таег/(Ц) + ^А) = ^аег / (^ (4)

к1 таег А) + К\ег с (Ц) = таег с^ (5)

Для решения системы уравнения (4) и (5) учитываем известную формулу Ангстрома, которая в первом приближении может быть записана раздельно для крупнодисперсных и мелкодисперсных составляющих:

Р1 а

.... ; аег f ^ ,

т — в - \ -ас аег с ~Раегс >

(6) (7)

где ваег/ и ваег с — коэффициенты аэрозольной мутности соответственно для мелкодисперсного и крупнодисперсного фракций аэрозоля;

Оу. и ас — показатели Ангстрома, соответственно для мелкодисперсного и крупнодисперсного фракций.

Коэффициенты к1 и к2 вычисляются путем решения системы уравнений (4) и (5) с учетом формул (6) и (7). При этом вычисленные значения к1 и к2 оказываются независимыми от В .и в , т. е. от любых неструктурных измене' аэр} г аэр С ^ А

ний состава общей аэрозольной массы. С учетом вышеуказанного вышеизложенный метод позволяет определить общее количество исследуемого газа X в виде

х =ф[^1 Л2>хз>У(Х1 )>У(Х2)>У(хз)], (8)

где у(Х.)—коэффициент поглощения газа на длине Xi, i = 1,3.

Таким образом, предложенный в [5] трехволновый метод с двухпараметрической коррекцией позволяет определить общее количество одного исследуемого газа с нейтрализацией влияния наиболее изменчивого параметра атмосферного аэрозоля. Задача увеличения количества измеряемых газов при незначительном увеличении проводимых операций безусловно является актуальной задачей.

Предлагаемый метод

В настоящей статье предлагается двухступенчатый четырехволновый метод с двухпараметрической коррекцией, в котором количество измеряемых газов увеличивается до двух. Предлагаемый метод алгоритмически может быть изложен в следующем виде [7]:

1. Осуществляются трехволновые фотометрические измерения с двухпараметрической коррекцией на длинах волн X2 и X3. При этом указанные длины волн выбираются из следующих соображений:

1.1. Длина волны ^ выбирается так, чтобы на этой длине волны можно было мерить газ Xj с общим количеством Xj и атмосферный аэрозоль;

1.2. Длина волны X2 выбирается так, чтобы на этой длине волны можно было мерить только атмосферный аэрозоль.

1.3. Длина волны X3 выбирается так, чтобы на этой длине волны можно было мерить газ x2 с общим количеством X2 и атмосферный аэрозоль.

Применив вышеизложенный известный трехволно-вый метод с двухпараметрической коррекцией к выбранным согласно подпунктом 1.1-1.3 длинам волн X2, X3 можно получить следующую линейную комбинацию X и X2

aiXi + a2X2 = C,

(9)

где al, a2 и Cl — постоянные величины, определяемые условиями эксперимента и физическими свойствами измеряемых газов и нейтрализируемых фракций аэрозолей.

2. Осуществляются трехволновые фотометрические измерения с двухпарамерических коррекций на длинах волн Xj, X22 и X3. При этом длина волны X22 выбирается, так, чтобы на этой длине волны можно было мерить только атмосферный аэрозоль.

Применив вышеизложенный известный трехволно-вый метод с двухпараметрической коррекцией к выбранным длинам волн X2 X3 можно получить следующую линейную комбинацию Xl и X2

a3X1 + a4X2 = C2,

(10)

где а3, а4 и С2 — постоянные величины, определяемые условиями эксперимента и физическими свойствами измеряемых газов и нейтрализируемых фракций аэрозолей.

3. При вычисленных значениях а1, а2, а3, а4, С1 и С2 параметры X и Х2 определяются путем решения системы линейных уравнений (9) и (10).

Получим аналитические выражения для коэффициентов а и С фигурируемых в уравнениях (9) и (10). Для краткости изложения покажем путь получения аналитических выражений для а1, а2 и С1.

Уравнение Бугера-Бера для длин волн Х1, Х21 и Х3 имеет следующий вид (здесь и далее считаем, что т = 1)

I (х )= 10 (х У^у (х (х )], (11) I (х21 )= I0 (Я.21 , (12)

I (Х3 ) = 10 (Х3 У^' ^ ^2 ^ )] , (13)

где т (Х1) — оптическая толщина первого газа на длине волны ;

т (X)—оптическая толщина второго газа на длине волны Х3.

Промежуточная функция преобразования имеет следующий вид

ч 1к" (X, )• 1к21 (Х3) г(Х1 ,Х21 ,Х3 )=-^ ч ^ 3. (14)

I (X

21}

С учетом выражений (11), (12), (13) и (14) получаем следующую систему уравнений для вычисления к1 и к2

k11 Taer f (^1 ) + k21Taer f (^3 ) = Taerf (21 )' (15) 11 v aer c (X ) + k21T aer c 0-3 ) = Laerc\ 21

Решение системы (15), (16) с учетом формул (6) и (7) позволяет определить такие значения кп и к , при которых влияние обоих фракций аэрозоля полностью компенсируются. В этом случае из выражений (11), (12), (13) и (14) имеем

/ \ (А )• № (А)

Z 21Д3 )= /(*21) Х (17)

X exp {-[xgi (X )•£„ +Tg 2 (X )• k21 ]}•

Из выражения (17) находим

тg1 (Ч ) k11 +тg2 (Ч ) k21 = =ln \ iQ11 (4 )■ iQ21 (з ) '

I0 (^21 )Z(1 Я21 )

в

Уо! 12 N0 4-2020, Н&ЕЗ РЕЗЕДРСН AVIATЮN, SPASE-ROCKET HARDWARE

Если учесть, что оптическая толщина малых газов атмосферы может быть выражена как

В табл. 1 приведены сравнительные оценки для некоторых типов солнечных фотометров

т .=Х.-аф)

^ 1 л '

то с учетом (18) и (19) окончательно получаем

где

Х-[ + а>2 X2 —

а^а^)-^; а^а^)-^,

С = 1п

10 (Х1) 1021 (хз) '

^ (21 ) 2 ( 'Х21 'Х3 )

(19)

Таблица 1

Сравнительные оценки некоторых типов солнечных фотометров

(20) Тип солнечного фотометра N N Е

(21) Озонометр М121 Гущина 1 2 0,5

Спектрофотометр Добсона 1 4 0,23

Трехволновый фотометр с двухпараметрической коррекцией 1 3 0,33

(22) Предложенный в настоящем разделе метод 2 4 0,5

Повторив все вышеуказанные операции для второго цикла получим линейное уравнение, аналогичное (20)

где

°зХ + а 4Х2 = ^

С2 = 1п

' /р'2 (Я.!)• II22 (Х3) '

/0 (Я22 )•2(Я!2!,Я3 )

(23)

(24)

(25)

В выражениях к12 и к22 являются решениями системы линейных уравнений, подобных уравнениям (15) и (16) для второй ступени реализации предлагаемого метода. Совместное решение линейных уравнений (20) и (23) позволяет получить искомые величины Х1 и Х2.

Отметим, что несмотря на свою двухступенчатость реализации, предложенный метод не предусматривает двойного увеличения объема операций, выполняемых в обычном трехволновом методе с двухпараметрической коррекцией. По сути дела в предлагаемом методе измерения осуществляются на специально подобранных четырех длинах волн, при котором рост количества измеряемых длин волн на одну треть приводит к двухкратному увеличению количества измеряемых газов.

Очевидно, что вновь предлагаемые методы и способы должны быть сравнены по эффективности с известными функциональными аналогами и прототипами. Для проведения такого сравнения можно предложить показатель эффективности использования длин волн, определяемый как

Е =

N1

N2

(26)

где N — количество измеряемых газов; N — количество длин волн на которых осуществляются измерения.

Как видно из данных приведенных в табл. 1 предложенный в настоящем разделе метод солнечного фото-метрирования по эффективности превосходит некоторые известные приборы.

Как изложено выше, согласно этому методу выбираются четыре длин волн X1, X21, X22 и X3, которые должны удовлетворять следующим требованиям:

1. Длина волны X1 соответствует длине волны поглощения измеряемого первого газа х1.

2. Длина волны X3 соответствует длине волны поглощения измеряемого второго газа х2.

3. Длины волн X21 и X22 не должны попадать на какие-либо существенные линии поглощения газов.

Экспериментально-модельные исследования

Для экспериментальных исследований, проводимых для проверки работоспособности предлагаемого двухступенчатого четырехволнового метода длины волны X1, X21, X22 и X3 были выбраны следующим образом: X1 = 330 нм; X21 = 400 нм; X22= 430 нм; X3 = 630 нм.

Измеряемыми газами являются следующие: х1 — озон (03); х2 — пары воды (Н20).

Измерения проводились с помощью лабораторного образца трехволнового солнечного фотометра, разработанного в НИИ Аэрокосмической Информатики в 2007-2008 гг.

Общая функциональная схема трехволнового фотометра показана на рис. 1.

Экспериментальные исследования проводились в двух этапах:

1. Этап 1. Калибровка солнечного фотометра.

2. Этап 2. Проведение измерений по предложенному двухступенчатому четырехволновому методу.

Для калибровки фотометра был использован метод Ленгли, согласно которому для калибровки в качестве базового выражения используется закон Бугера

АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА

Рис. 1. Функциональная схема солнечного фотометра: 1- оптико-электронная головка; 1-1 — защитный фильтр; 1-2 — лепесток механического модулятора; 1-3 — двигатель постоянного тока; 1-4 — револьверный механизм для вставления интерференционных фильтров в оптическую ось прибора; 1-5 — интерференционные фильтры; 1-6 — фотоэлектрический датчик типа РСК-1; 2 — опорно-поворотное устройство; 3 — согласующий усилитель-формирователь; 4 — интерфейс РС; 5 — персональный компьютер для управления солнечным фотометром

1 (*-) = I0 (*-) • eXP [-m Tatm (*-)] >

(27)

где /(X) — выходной сигнал фотометра на длине волны X; /0(Х) — интенсивность внеатмосферного солнечного излучения на длине волны X; т — оптическая воздушная масса;

тат(Х) — оптическая толщина атмосферы на длине волны X. Логарифмируя выражение (27) получаем

lnI(X) = lnIо (X)-mxatm (X).

(28)

Были проведены измерения величины /(X) при разных значениях оптической воздушной массы. Результаты измерений при т = 1,5 приведены в табл. 2

Результаты измерений

Таблица 2

Номер измерений /(X); X = 430 нм [B]

1 6,95

2 6,94

3 7,05

4 7,01

5 6,97

6 6,98

7 7,06

8 7,03

9 6,95

10 6,98

Среднее значение 7,01

Результаты измерений при m = 3,0 приведены в табл. 3

Таблица 3

Номер измерений /(X); X = 430 нм [B]

1 3,96

2 3,99

3 4,02

4 4,01

5 4,04

6 3,98

7 4,01

8 4,03

9 3,99

10 3,99

Среднее значение 4,02

Построенная диаграмма показана на рис. 2.

Согласно методу Ленгли следует осуществить следующие операции:

1. Осуществить измерения при двух значениях оптической воздушной массы при известной величине оптической толщины атмосферы на выбранной длине волны.

2. Построить диаграмму Ленгли, обозначив точки А (т = 1,5; /(X) = 7) и В (т = 3,0; /(X) = 4).

3. Объединить точки А и В прямой линией и экстраполируя эту линию, графически найти точку С — точку пересечения оси ординат с линией АВ.

Уо! 12 N0 4-2020, Н&ЕЗ РЕЗЕДРСН AVIATЮN, SPASE-ROCKET HARDWARE

1п /(1)

1п/о

1п 7

1п 4

С

А

—-1- -1-1-►

1,0 1,5 2,0

3,0 м

Рис. 2. Построенная диаграмма Ленгли

фотометра.

Выполним вышеуказанные пункты.

1п/0 - 1п4 = к(0 -3) (29)

В уравнении коэффициент к вычисляется как

к =

1п7 - 1п4_ 1п7/4

15-3

15

(30)

С учетом (29) и (30) получаем

3/и(7/4)

1п/0 - 1п4 =-

15

(31)

Из выражения (31) получаем

1п10 = 21п I - 1 + 1п4 =

=К

1п4 = 1п

(72 4

V у

(32)

Следовательно, имеем 49

10 = — = 12,25. 0 4

Таким образом, найдено числовое значение Солнечной постоянной на X = 430 нм на выходе фотометра.

Для измерений на длине волны X = 430 нм может быть использована следующая формула, применительно к используемому образцу фотометра

I(430) =12,25

*(430)

(33)

Аналогичным образом была осуществлена калибровка лабораторного образца фотометра на длинах волн X = 330, 400 и 630 нм. Соответственно получены следующие выражения, аналогичные для указанных длин волн

I (330) =12-втх«т(330), I (400) =10,6 - в-тх"т(400), I (630)= 4,7 - етх«т(630).

(34)

Измеренные средние значения 1(330); 1(400); 1(430); 1(630) приведены в табл. 4. Измерения проводились при

т = 2.

Таблица 4

Измеренные средние значения 1(330); 1(400); 1(430); 1(630)

на выходе

/(330) /(400) /(430) /(630)

0,11 В 3,98 В 5,97 В 0,245 В

Вычислим корректирующие коэффициенты к1 и к2 для первой тройки длин волн (330, 400 и 630 нм). Для этой цели воспользуемся формулой вычисления функции промежуточного преобразования

1к (Я-1) (хз) 1(^2) '

(35)

С учетом данных табл. 4 и результатов калибровки каналов получаем следующие выражения

(36)

011 = 1,2ехр{-2[т02 (330) + хаег (330)] 4 =10,6 ехр [-2 -хаег (400)], 6 =12,25 ехр[-2-^г (430)], 0,245 = 4,7 ехр{-2[тн2о (630^,. (630)]

Для первой тройки длин волн имеем

_ I*1 (330)- 1к2 (630) _ 1,2*! • 4,7*2 21 _ I (400) _ 10,6

х ехр {-да [* ( (330) + таег (330))] +

+ *2 [тН20

(630) + Таег (630)-Хаег (400)]

(37)

Условия исключения влияния аэрозоля следующие

к1тс (330) + к2тс (630) = тс (400), ^т7 (330) + к2т7 (630) = т7 (400),

0

г =

2

где тс и т, соответственно, оптические толщины крупнодисперсного и мелкодисперсного фракционных составляющих аэрозоля.

Для решения системы уравнения (38) воспользуемся формулой Ангстрома

Тс = вс ^ ,

т / =в / ' ,

(39)

где вс и в/ — соответственно коэффициенты аэрозольной мутности Ангстрома для крупнодисперсного и мелкодисперсного составляющего.

С учетом уравнений (39) система уравнений (38) принимает следующий вид

\х:

—а, 7 л —а, » л —а, ^330 ■ к1 +Л630 ■ к2 =л400 ,

[Х—зоГ ■ к1 +Х—зоГ ■к2 00.

(40)

В целях экспериментально-модельных исследований примем ас = 0; аа = 0 [8, 9]. В этом случае система уравнений (28) принимает следующий вид

к1 + к2 = 1,

1

0,33 0,63 0,4

(41)

Решение системы (41) дало

кх = 0,709; к2 = 0,291.

С учетом данных табл. 4 и вычисленных величин к1 и к2 вычисленная величина х1 составила 0,07. Из выражения (37) получаем

0,709т02 (330)+ 0,291 Тн2о (630) =

1 (1 20,709 - 470,291

= - 1п

2

0,07-10,6

= 0,5928.

(42)

Рассмотрим данные по второй тройке длин волн (330, 430, 630 нм). По аналогии с выражением (37) имеем

1К (330)- 1к2 (630) 1,2к1 ■ 4,7к2 22 = I (430) = 12,25

х ехр{-т [к1 ( (330) + таег (330))] +

+ к2 |_ТН20

(630) + Таег (б30)-Таег (430)]^

Условия исключения влияния аэрозоля имеют следующий вид

к[тс (330) + к2тс (630} = тс (430) к'ту (330) + к2т} (630) = т; (430).

С учетом формул (39) система уравнений (44) принимает следующий вид

П ~ас у у _\-ас

|Л330 -«1+Л630 "л2 _л430 >

1 —а / / ' 1 —а / 1 г л —а / 1^330 'к1 + Л630 'к2 = ^430 '

(45)

Для упрощения расчетов примем ас = 0; с/ = 1. В этом случае система уравнений (45) принимает следующий вид

к{ + к2 = 1,

1

1

(46)

0,33 0,63 0,43

Решение системы уравнений (46) дает к/ = 0,61,- к2 = 0,39 Вычисленное значение х2 для второй тройки длин волн, с учетом данных табл. 5 и значений к1' и к2 составило 0,05. В этом случае из выражения (46) нетрудно получить следующее уравнение

0,61т02 (330)+ 0,39Тн2о (630) = = 0,7991.

=

2

(у 20,61. 4 70,39 ^

0,05 -12,25

(47)

Таким образом, выражения (42) и (47) составляют систему уравнений, решение которых позволяет вычислить оптические толщины озона и водяных паров с полной нейтрализацией влияния аэрозоля.

Решение системы уравнений (42) и (47) дало тох = 0,018; тн о = 2. С учетом тн 0 = а■ т-Ш, где а = 0,5 имеем Ж = т^о, где Ж — общее количество паров воды, см.

С учетом известного выражения тох = а^ Х, где а^)—коэффициент поглощения озона, а(330 нм)=0,06 см-1; X — общее содержание озона, имеем

0,018

а (Я,) 0,06

см.

Заключение

В настоящей статье показано, что актуальная задача исключения влияния атмосферного аэрозоля на результат проводимых измерений атмосферных малых газов может быть эффективно решена путем реализации двухступенчатого варианта известного трехволнового измерителя. В то время как известный трехволновый метод с двухпараметри-ческой коррекцией позволяет определить общее количество одного исследуемого газа с нейтрализацией влияния аэрозоля, то в предложенном методе количество измеряемых газов

т

Vol 12 No 4-2020, H&ES RESEARCH AVIATION, SPASE-ROCKET HARDWARE

увеличивается до двух. Увеличения количества измеряемых газов при незначительном увеличении проводимых операций безусловно повышает эффективность проводимых измерительных работ по исследованию атмосферных газов. В результате проводимых экспериментально-модельных исследований четырех волнового двухступенчатого метода получены следующие оценки общего количества паров воды и озона: W = 2 см; X = 0,3 см. Эти данные неплохо согласуются с известными данными по Азербайджану, согласно которым средние значения W и X составляют 2-3 см1 и 0,3-0,33 см2 [10-13] соответственно.

Литература

1. Гущин Г. П., Виноградова Н. Н. Суммарный озон в атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 239 с.

2. Fuller K., Kreidenweis S. Modeled Aerosol Optical Properties from Measurement-Based Mixtures of Chemical Species: Assessing the impacts of Particle Morphology and absorption. Summary of Research // Internet Archive. URL: https://archive.org/ details/NASA_NTRS_Archive_20020039335/page/n1/mode/2up (дата обращения 15.04.2020).

3. Асадов Х. Г., Исаев А. А. Общая теория трехволновых озонометрических измерений // Измерительная техника. 2005. № 8. C. 66-68.

4. Асадов Х. Г., Сулейманов Ш. Т. Синтез трехволновых скорректированных измерителей малых компонент атмосферы в ультрафиолетовом диапазоне // Метрология. 2007. № 9. С. 3-9.

'Карга распределения водяных паров над Европой, составленная по данными ATOVS (спутник NOAA 14/16). ESR. European SkyRad users network. Background

2Global ozone maps. URL: http: exp_studies.tor.ec.gc.ca/e/ozone/Curr)almap_ghtm (дата обращения 15.04.2020)

5. АсадовХ. Г., Ибрагимов Э. А., Джавадов Н. Г., Гашимов Дж. Г. Двухступенчатый трехволновый метод построения двух-параметрической коррекции // Альтернативная энергетика и экология. 2011. № 4. С. 70-73.

6. Holben B. N., Eck T. F., Slutsker I., Tanre D., Buis J. P., Setzer A., Vermote E., Reagan J. A., Kaufman Y., Nakajima T., Lavenu F., Jankowiak I., Smirnov A. AERONET — A federated instrument network and data archive for aerosol characterization // Rem. Sens. Environ. 1998. No. 66. Pp. 1-16.

7. Eck T. F., Holben B. N., Reid J. S., Dubovik O., Smirnov A., O'Neill N.T., Slutsker I., Kinne S. Wavelength dependence of the optical depth of biomass burning, urban and desert dust aerosols // J. Geophys. Res. 1999. Vol. 104. D24. Pp. 31 333-31 350.

8. HeintrenbergJ., RaesF., SchwartzS. Tropospheric aerosols // Atmospheric Chemistry in a Changing World. Global Change — The IGBP Series. Springer, Berlin, Heidelberg, 2003. Pp 125-156.

9. Zheng Y., Lin J., Wu R., Li Z., WangB., Tamio T. Seasonal statistical characteristics of aerosol optical properties at a site near a dust region in China // Journal of geophysical research. 2008. Vol. 113 D16205. Pp. 1-11.

10. Euroskyrad. European Skynet Radiometers network. URL: http: www.euroskyrad.net/objectives.html (дата обращения 15.04.2020).

11. HoodL.L., McCormack J.P., Labitzke K. An investigation of dynamical contributions to mid-latitude ozone trends in contributions to mid-latitude ozone trends in winter // J. Geophys. Res. 1997. Vol. 102. No. D11. Pp. 13,079-13,093.

12. Rowland F. S. Stratospheric ozone depletion // Ann. Rev. Phys. Chem. 1991. No. 42. Pp. 731-741.

13. Reinsel G. C., Tiao G. C., Wuebbles D. J., Kerr J.B., Miller A. J., Nagatani R.M., Bishop L., Ying L. H. Seasonal trend analysis of published ground-based and TOMS total ozone data through 1991 // J. Geophys. Res. 1994. No. 99. Pp. 5449-5464.

TWO STAGES FOUR WAVELENGTHS METHOD FOR MEASURING TWO GAS COMPONENTS OF ATMOSPHERE USING SUN PHOTOMETER WITH TWO PARAMETRIC AEROSOL CORRECTION

HIKMAT H. ASADOV

Baku, Azerbaijan, asadzade@rambler.ru

SEVINJ N. ABDULLAYEVA

Baku, Azerbaijan, abdullayevasn@rambler.ru

ABSTRACT

The latest achievements in development of multiwavelength photometry in direction of increase of number of channels and spectral resolution are hyper-spectrometers and differential optical absorption spectrometers. In these devices the mechanism of formation of multi number wave channels is almost identical and neutralization of

FUAD F. AGAYEV

Baku, Azerbaijan

KEYWORDS: photometer; aerosol; low gases; calibration; measurements.

aerosol effect is carried out using such methods as averaging, integration etc don't accounting differences in wavelength dependence of optical depth of aerosol fractions. It is noted that in high precision sun photometry the high accuracy separate accounting of each aerosol fraction is necessary. The reason for that is at least following

factors: multifractionality of atmospheric aerosol, taking into account that wavelength dependences of these fractions differ each-other. The factual differences between sources of aerosol that is the generated by them aerosol has different physical-chemical properties. In the paper two-stages four wavelengths method with two parametric correction is suggested where number of measured gases is increased twofold. Despite its two stage construction the suggested method doesn't require twofold increase of volume of operations carried out in known three wavelength method with double parametric corrections. The matter of novelty is that in suggested method the measurements are carried out at specially selected four wavelengths upon which increase of number of wavelengths by one-third leads to twofold increase of number of measured gases. As a result of carried out experimental-model researches of four wavelengths two stage method following estimates of total amount of water vapors (W) and ozone (X) are derived: W = 2 cm and X = 0,3 cm. Such an estimates well accord with known data on Azerbaijan in line with mean values of W and X are 2-3 cm and 0,3-0,33 cm.

REFERENCES

1. Gushhin G. P., Vinogradova N. N. Summarnyj ozon v atmosphere [Symmarnyy ozon v atmosfere]. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1983. 239 p. (In Rus)

2. Fuller K., Kreidenweis S. Modeled Aerosol Optical Properties from Measurement-Based Mixtures of Chemical Species: Assessing the impacts of Particle Morphology and absorption. Summary of Research. Internet Archive. URL: https://archive.org/details/NASA_NTRS_Ar-chive_20020039335/page/n1/mode/2up (date of access 15.04.2020).

3. Asadov H. G., Isaev A. A. Obshhaja teorija trehvolnovyh ozonomet-richeskih izmerenij [General theory of three-wave ozonometric measurements]. Izmeritel'naja tehnika. 2005. No. 8. Pp. 66-68. (In Rus)

4. Asadov H. G., Sulejmanov Sh. T. Sintez trehvolnovyh skorrektirovannyh izmeritelej malyh komponent atmosfery v ul'trafioletovom diapazone [Synthesis of three-wave corrected meters of small atmospheric components in the ultraviolet range]. Metrologiya. 2007. No. 9. Pp. 3-9. (In Rus)

5. Asadov H. G., Ibrahimov E. A., Javadov N. H., Hashimov J. H. Two stages three-wavelength method for development of sun photometer with

two-parametric correction. Alternativnaya Energetika i Ekologiya [Alternative energy and ecology]. 2011. No. 4. Pp. 70-73. (In Rus)

6. Holben B. N., Eck T. F., Slutsker I., Tanre D., Buis J. P., Setzer A., Ver-mote E., Reagan J. A., Kaufman Y., Nakajima T., Lavenu F., Jankowi-ak I., Smirnov A. AERONET - A federated instrument network and data archive for aerosol characterization. Rem. Sens. Environ. 1998. No. 66. Pp. 1-16.

7. Eck T. F., Holben B. N., Reid J. S., Dubovik O., Smirnov A., O'Neill N.T., Slutsker I., Kinne S. Wavelength dependence of the optical depth of biomass burning, urban and desert dust aerosols. J. Geo-phys. Res. 1999. Vol. 104. D24. Pp. 31 333-31 350.

8. Heintrenberg J., Raes F., Schwartz S. et al. Tropospheric aerosols. Atmospheric Chemistry in a Changing World. Global Change - The IGBP Series. Springer, Berlin, Heidelberg^2003. Pp 125-156.

9. Zheng Y., Lin J., Wu R., Li Z., Wang B., Tamio T. Seasonal statistical characteristics of aerosol optical properties at a site near a dust region in China. Journal of geophysical research. 2008. Vol. 113. D16205. Pp. 1-11.

10. Euroskyrad. European Skynet Radiometers network. URL: http: www.euroskyrad.net/objectives.html (date of access 15.04.2020).

11. Hood L. L., McCormack J.P., Labitzke K. An investigation of dynamical contributions to mid-latitude ozone trends in contributions to mid-latitude ozone trends in winter. J. Geophys. Res. 1997. Vol. 102. No. D11. Pp. 13,079-13,093.

12. Rowland F. S. Stratospheric ozone depletion. Ann. Rev. Phys. Chem. 1991. No. 42. Pp. 731-741.

13. Reinsel G. C., Tiao G. C., Wuebbles D. J., Kerr J. B., Miller A. J., Na-gatani R. M., Bishop L., Ying L. H. Seasonal trend analysis of published ground-based and TOMS total ozone data through 1991. J. Geophys. Res. 1994. No. 99. Pp. 5449-5464.

INFORMATION ABOUT AUTHORS:

Asadov H.H., PhD, Full Professor, Head of department of Research Institute of Aerospace Informatics of National Aerospace Agency; Abdullayeva S.N., PhD, Docent, Assistant professor of Azerbaijan State University of Oil and industry;

Agayev F.F., postraduate student of of National Aerospace Agency.

For citation: Asadov H.H., Abdullayeva S.N., Agayev F.F. Two stages four wavelengths method for measuring two gas components of atmosphere using sun photometer with two parametric aerosol correction. H&ES Research. 2020. Vol. 12. No. 4. Pp. 6-14. doi: 10.36724/24095419-2020-12-4-6-14 (In Rus)