Ozonmålinger i Solis

Av Tove Svendby, Fysisk institutt, UiO

 Målinger av ozonlaget baserer seg på relativt enkle fysiske prinsipper. Intensiteten av stråling som går gjennom et medium med svekkingskoeffisient k (svekking pr. lengdeenhet), er gitt ved Lambert-Beers lov

I = I₀ 10^-ks (1a)

log I = log I₀ - ks (1b)

der s er tilbakelagt strekning og I₀ representerer intensiteten utenfor mediet (i dette tilfellet atmosfærens ytterkant). Jo større solas senitvinkel Z er, desto større blir gangveien gjennom atmosfæren og ozonlaget (se figuren under). Det er vanlig å definere størrelsen m (kalt airmass) som angir relativ gangvei gjennom atmosfæren. For en flat atmosfære er m=1/cos Z. Dersom m=1 betyr det at sola står i senit (rett opp).

Svekkingskoeffisienten k kan deles opp i tre komponenter:

a : absorpsjonskoeffisient til ozon (absorpsjon per lengdeenhet gjennom ozonlaget).

b : molekylær spredningskoeffisient for hele atmosfæren.

d : storpartikkelspredning (Mie-spredning).

Likning (1a) og (1b) kan dermed skrives på formen

I = I₀ 10 ^{-(ax +b + d )m} (2a)

log I = log I₀ - (ax + b + d )m (2b)

der x er ozonlagets tykkelse.

Ved beregninger av ozonlaget er det vanlig å studere intensiteten av to ulike bølgelengder i det ultrafiolette området av solspekteret. For Solis instrumentene brukes bølgelengdene l=310nm og l´=330nm. Intensiteten for disse bølgelengdekomponentene kan uttrykkes matematisk:

310 nm: log I = log I₀ - (ax + b + d )m    (3a)

330 nm: log I' = log I₀'- (a'x+ b' + d ' )m (3b)

 Ved å subtrahere likning (3a) fra (3b) og deretter omskrive likningen, få vi følende uttrykk for ozonlagets tykkelse:

(4)

Vi har her forutsatt at (d - d ' )» 0.

For å bestemme ozonverdien må vi kjenne intensitetsforholdene log(I₀'/ I₀) og log(I'/ I). I tillegg må vi kjenne absorpsjons- og spredningskoeffisientene a , a' , b   og b'.

Men først må vi kalibrere UV-sensorene. Det gjøres med Langley-plott.