关于大气臭氧测量介绍

[拼音]：daqi chouyang celiang

[外文]：measurement of atmospheric ozone

大气臭氧的测量包括铅直气柱中臭氧总量的测量和臭氧浓度铅直分布的测量两种。测量方法分直接法和间接法：前者对臭氧进行采样分析；后者在臭氧层外进行测量，大都用光谱分析方法。臭氧测量结果，除采用通常的单位表示外，还用多布森单位，记为DU，它等于千分之一厘米（标准状态臭氧层厚）。

臭氧间接测量法

光谱分析法是观测穿过大气层的太阳直射光或散射光的光谱，然后计算出臭氧含量及其铅直分布。在臭氧吸收带中（见大气臭氧层），太阳直射光或散射光穿过大气层，受到臭氧分子的吸收，并受到气体分子和气溶胶粒子的散射。波长为λ的单色太阳光，通过大气层时辐射强度的削弱服从比尔定律：

式中Ioλ、Iλ分别为通过大气层前后的辐射强度；αλ为臭氧的吸收系数，βλ为单位铅直气柱空气的散射系数;ζλ为气溶胶粒子的散射系数;μ为光线通过臭氧层的路径长度和铅直厚度的比;m为光线通过大气层的路径长度和铅直厚度的比;Ω为臭氧总量;θ为天顶角。其中μ、m和secθ均随天顶角θ的增大而增大，故透过的光强Iλ随天顶角的增大而减小。为了消除大气的影响，可以选择臭氧吸收差异大的两个波段，两个波长λ、λ′的辐射强度之比的对数同太阳天顶距secθ成直线关系，其斜率为tgφ，则臭氧总量Ω为

测量臭氧的常用光学仪器有多布森分光光度计和M-83滤光片臭氧仪。多布森分光光度计被认为是测量臭氧的标准仪器。其他类型的仪器都必须定期用它校准。M-83滤光片臭氧仪主要在苏联和欧洲的部分国家使用。

G.M.B.多布森在1931年制成了测量紫外辐射（3000～3400埃）的分光光度计（见图）。太阳光通过两个棱镜的折射分光，借助转动轮和挡光板，使从紫外区选择的两条不同波长的单色光交替地落到光电接收器上，产生交流电，经过放大和整流，输出到微安计，就能指示臭氧含量。

光线经过窗口W 进入仪器，通过狭缝S1射到水晶棱镜D1，狭缝S2、S3、S4分离出三个狭窄的光谱带，它们的波长分别是3110埃、3290埃和4435埃，其中第三个波长不受大气臭氧的影响，它是用来测量大气的透明度的。当光线通过这些狭缝以后，射落到与D1完全相同的对称的棱镜D2上，再次分光后，都通过狭缝S5，射到光电管上。在S3的前面，放置了两块光楔ω，其方向相对，可以连续调节通过S3的光强。转动轮上面有三个开口，在轮子转动的时候，调好挡光板的位置，于是让S2及S3的光线，或者S3及S7的光线交替通过，在光电管上感应的信息经放大，整流输出。波长大于3110埃的太阳辐射，经棱镜和透镜表面，可能散射到光电管上引起干扰。采用双棱镜系统以后，可以抑制这种影响。调节光路上光楔的位置，使微安计电流为零，利用事先做好的光楔位置对应曲线的刻度，测量时读出值，从而可计算臭氧总量。为了提高测量精度，采用两组波长进行观测。通用的波长有四组:A组（3055埃、3254埃），B组（3088埃、3291埃），C组（3114埃、3324埃），D组（3176埃、3398埃）。为了进一步消除气溶胶粒子的影响，多用A、D两组波长联合测量大气臭氧。

用滤光片分光，用电光光度计接收。为了消除大气和气溶胶的影响，除了臭氧吸收波段外，还有几条测量大气透明度的波段。M-83滤光片臭氧仪共有8个通道。第1通道（0.298微米）在哈特莱带的边缘，臭氧有较强的吸收；第2通道（0.326微米）在哈根斯带，臭氧有较弱的吸收，臭氧吸收量在第1通道比在第2通道大几十倍之多。第3～8通道(0.344～0.627微米)用以测量大气透明度，以订正大气臭氧测量中分子散射和大颗粒散射作用。

用气象卫星也可以测得全球臭氧的分布。如雨云4号卫星上用后向散射紫外光谱仪(BUV)和红外干涉光谱仪(IRIS)进行大气臭氧的观测。前者测量大气对太阳光的后向紫外散射，它接收2500～3400埃中12个波段的紫外光谱，由此反演出大气臭氧含量全球的分布；后者除了测量大气温度和湿度外，还测量大气臭氧（9.6微米波段，在此波段中接收 4个波长的辐射）。将这两种光谱仪结合起来，可以探测大气臭氧浓度随高度的分布，例如在雨云 6号卫星上，有临边辐射反演辐射仪(LRIR)，它接收大气臭氧9.6微米辐射带的信息，用辐射传输方程反演，可获得臭氧的铅直分布。

臭氧直接测量法

用电化学或化学发光方法测量臭氧含量，可不受大气透明度和天气条件的限制，白天或黑夜均可进行观测。

电化学方法测量臭氧：将含臭氧的空气通过碘化钾水溶液，其反应为

O3+2KI+H2O→I2+2KOH+O2

反应生成的碘分子数与臭氧含量成正比，当溶液中加进正（铂）、负（银或汞）电极和一个外电势后，回路中的电流正比于碘分子数，所以由测得的电流可以求得臭氧含量。

化学发光法：用一种含有有机物若丹明B(rhodaminB)的硅土胶荧光粉和臭氧反应，反应中所发出的荧光和臭氧浓度成正比，再用光电倍增器测量发光强度即可测得臭氧含量，但其结果是相对值，经常要用其他臭氧仪器校准。这种方法反应快又无原子氧干扰，适用于室外测量。一般除在地面上使用外，还可制成探空仪进行高空测量，高度可达30公里。

若用火箭携带小型水晶光谱仪或滤光片测量高空的臭氧分布，测量的高度可大为增加。

臭氧测量方法各有优缺点，常常要用多种方法互相补充，互相比较，以求获得完整可靠的资料。