EnglishEnglishنقشه سایتنقشهصفحه اول پرتالپرتالایرانایران
 
نشرياتاطلاعیه هامعرفی ساختار و تشکیلات دستگاهارتباط با مادرباره مانظرسنجیپرسش و پاسخ
ابزار و ادوات هواشناسي

 

  

روشها و ادوات اندازه گيري ازن جو
 در حال حاضر اندازه گيري مقادير ازن موجود در جو با استفاده از 3 نوع ايستگاه متداول است، كه عبارتند از:
1.        ايستگاههاي مبناي زميني   Ground based station
2.        ايستگاههاي ماهواره اي     Satellites station
3.        پرواز هواپيماهاي ويژه       Special aircraft
كه در ذيل به توضيح هر يك پرداخته شده است. در شكل زیر روشهاي اندازه گيري ازن جوي آورده شده است.
 
 
 
ايستگاههاي مبناي زميني (Ground based station)
 اندازه گيري مقادير ازن كلي جو در ايستگاههاي مبناي زميني بر اساس 2 روش طيفي و شيميايي صورت مي گيرد. در روش طيفي، با مقايسه ميزان جذب تابش خورشيد توسط ازن جوي و ميزان تابش رسيده به سطح زمين، مقدار ازن كلي محاسبه مي شود. جهت اين كار تابش خورشيدي رسيده به سطح زمين در 2 تا 5 طول موج در محدوده 280 تا 330 نانومتر مورد آناليز و تجزيه نوري قرار مي گيرد و شدت امواجي كه توسط ازن جذب حداكثر دارند و همچنين امواجي كه هيچ گونه جذبي توسط ازن و گازهاي ديگر جوي ندارند، محاسبه مي شود. در نهايت با مقايسه شدت امواج، مشخص مي شود كه چقدر گاز ازن در يك ستون عمودي از جو، وجود داشته است.اين مقدار ازن جوي، به ازن كلي (OzoneTotal) معروف است. در روش شيميايي بر اساس واكنش الكتروشيميايي بين ازن موجود در هوا و محلول الكتروليت و ميزان الكتروني كه در حين اين واكنش آزاد مي شود غلظت ازن محاسبه مي شود. درحال حاضر دستگاهها و ادواتي كه جهت اندازه گيري ازن كلي به روش طيفي و شيميايي، در ايستگاههاي مبناي زميني مورد استفاده قرار مي گيرند عبارتند از:
1.       طيف سنج بروئر Spectrophotometer Brewer
2.       طيف سنج دابسون Spectrophotometer Dobson
3.       ازن فيلتر Filter Ozonometer
4.       ازن ليدار Ozone Lidar
5.       ازن ميكروويو Ozone Microwave  
6.       ازن سوند Ozonesonde
راكت سوند Rocet sond7.
 
 
تعيين توزيع قائم ازن توسط دستگاه ازن سوند:
يكي از راههاي اندازه گيري ازن قائم جو كه در واقع توزيع عمودي ازن موجود در جو را مشخص مي كند توسط ازن سوند انجام مي گيرد. شبكه ازن سوند فعاليت خود را از اوايل دهه 1960 در نقاطي از دنيا شروع كرده است و اين كار در ايران از سال 1995 در ايستگاه ازنسنجي اصفهان شروع شده است و با اين روش توزيع عمودي ازن در لايه تروپوسفر (زيرين سپهر) و استراتوسفر (آرام سپهر) تحتاني مشخص و تغييرات عمودي غلظت ازن در اين لايه ها تعيين مي گردد. توسط ازن سوند مي توان تا ارتفاع حدود 30 كيلومتري از سطح زمين توزيع عمودي ازن را به دست آورد لازم به ذكر است كه ايستگاههاي ازن سوند بيشتر در عرض هاي مياني نيمكره شمالي واقع شده اند.

 

 

 

دستگاه ازن سوند

 

 

در قسمت مكانيكي موتور با به حركت درآوردن پيستون در داخل سيلندر باعث مكش هوا و ارسال آن به سيلندر شده و در نهايت هوا را تحت فشار 6/0 ميلی بار وارد كاتد مي كند.
هواي وارد شده به كاتد داراي مقاديري ازن مي باشد و اين ازن با يديد پتاسيم موجود در محلول الكتروليت واكنش مي دهد و از اين واكنش الكترون آزاد مي شود. الكترون حاصل توسط سيم هاي رابط به اينترفيس رفته و در اين بخش تبديل به امواج راديويي مي شوند.
 در واقع ازن سوند پس از 3 مرحله تست به يك راديو سوند پيوست شده و توسط يك بالن 1000 گرمي پر از گاز هيدروژن در رأس ساعت 12 گرينويچ رها مي شود لازم به ذكر است كه اين كار در ايستگاه ازن سنجي اصفهان در هر ماه ميلادي دو بار انجام مي شود. در اينجا طرز تهيه محلول الكتروليت و مراحل سه گانه تست آن آورده شده است.
 
روش تهيه محلول الكتروليت ازن سوند:
در اينجا دو محلول ساخته مي شود، محلولي كه در كاتد بكار مي رود و محلولي كه در آند مورد استفاده قرار مي گيرد.
1)محلول كاتد:
مواد مورد نياز عبارتند از:
الف) آب مقطر بدون يون (بهتر است كه از آب مقطرهاي تزريقي استفاده شود)
ب) يديد پتاسيم (KI)
ج) برميد پتاسيم (KBr)
د)دي هيدروژن فسفات سديم يك آبه (NaH2PO4    .     H2O)
ه)هيدروژن فسفات دي سديم دوازده آبه (Na2HPO4    .     12 H2O)
وسايل مورد نياز عبارتند از:
الف) استوانه مدرج
ب) بالن ژوژه 100 سي سي
ج) بشر
د) ترازوي الكتريكي با دقتی تا دو رقم اعشار
ه) ظروف تيره رنگ با درب پلاستيكي محكم
براي تهيه 100 سانتی مترمکعب محلول كاتد به روش زير عمل مي كنيم:
50 سانتی مترمکعب آب مقطر بدون يون را توسط استوانه مدرج اندازه گرفته در يك بشر مي ريزيم سپس مواد زير را با ترازو اندازه گيري كرده در آب مقطر ريخته و به شدت تكان مي دهيم تا كاملاً حل شوند.
- 00/1 گرم يديد پتاسيم 
- 50/2 گرم برميد پتاسيم 
- 125/ . گرم دي هيدروژن فسفات سديم بعلاوه يک مولکول آب        
- 500/ . گرم هيدوژن فسفات دی سديم بعلاوه دوازده مولکول آب        
پس از اينكه مواد فوق كاملاً در آب مقطر حل شد، محلول را به بالن ژوژه 100 سي سي (سانتی مترمکعب) منتقل كرده و حجم محلول را با اضافه كردن آب مقطر به 100 سانتی مترمکعب مي رسانيم. محلول حاصل، محلول كاتد است.
2) محلول آند:
50 سانتی مترمکعب از محلول كاتد ساخته شده را توسط استوانه مدرج جدا كرده و به يك بشر منتقل مي كنيم و مقدار 125 گرم يديد پتاسيم را توسط ترازو وزن كرده و به محلول جدا شده اضافه مي كنيم و آن را به شدت تكان مي دهيم. لازم به ذكر است كه انحلال گرماگير بوده و محلول فوق اشباع به وجود مي آيد. محلول حاصل، محلول آند است.
 
روش نگهداري محلولها:
محلولهاي ساخته شده را به بطري هاي تيره رنگ كه داراي درب پلاستيكي محكم هستند منتقل كرده و مشخصات محلول و تاريخ ساخت محلول را با برچسب روي شيشه ها مي چسبانيم محلولهاي ساخته سده بايستي در جاي تاريك و دماي 20 تا 25 درجه سانتيگراد نگهداري شوند و پس از دو ماه بايد محلولهاي تازه ساخته شود.
 
 
 نمایی از آزمایشگاه شیمی جو
 
واكنشهاي شيميايي در ازن سوند:
پس از اينكه محلولها در آند و كاتد قرار گرفتند و پمپ هوا را از محيط بيرون به داخل كاتد تزريق كرد، واكنش زير بين يديد پتاسيم و ازن هوا صورت مي گيرد:
1)    2KI+ O3 + H2O        2KOH + I2 + O2
 
واكنشهايي كه در محفظه آند و كاتد صورت مي گيرد به شكل زير است.
الف) در كاتد:
2)    3I-            I3- + 2e- 
ب) در آند:
3)    I2+ 2e-            2I- 
 
 ج) واكنش كلي:
4)    3I + I2            I3 + 2I

 

ازن سوند از سه قسمت مكانيكي، شيميايي و الكترونيكي تشكيل شده است كه قسمت مكانيكي آن شامل موتور الكتريكي، پيستون،سيلندر و لوله هاي ارتباطي است و قسمت شيميايي شامل آند، كاتد و سيم انتقال الكترون بوده و قسمت الكترونيكي آن شامل اينترفيس مي باشد. در شكل بالا شمائي از دستگاه ازن سوند آورده شده است.

 

اندازه گيري ازن توسط دستگاه اسپكتروفتومتر بروئر
اندازه گيري ازن كلي جو (Total Ozone) در ايستگاه ازن سنجي اصفهان تا ژوئن سال 2000 توسط دستگاه دابسون انجام مي شد. از ماه آوريل سال 2000 ميلادي دستگاه اسپكتروفتومتر بروئر (Brewer) جايگزين دستگاه فوق گرديد كه نسبت به دستگاه قبلي داراي مزاياي بسياري است. اين دستگاه با نرم افزار WINDOWS 95 جهت اندازه گيري ازن كلي جو توسط كشور كانادا طراحي و ساخته شد. اين دستگاه الكترونيكي كه كاملاً اتوماتيك است علاوه بر اندازه گيري مقادير روزانه ازن کلی (o3) پارامترهاي ديگري را هم مي تواند اندازه گيري نمايد كه عبارتند از: دي اكسيد نيتروژن کلی (NO2)، دي اكسيد گوگرد کلی (SO2) و تابش ماوراء بنفش (UV).
اين دستگاه توانايي اندازه گيری پارامترهای ياد شده را با استفاده از نور مستقيم و پراکنده خورشيد دارد. اگر تابش مستقيم خورشيد در دسترس باشد، جهت اندازه گيری غلظت ازن کلی جو، 5 طول موج فرابنفش خورشيد مورد بررسی و آناليز طيفی قرار می گيرد و برای مواقعی که آسمان ابری است و نور مستقيم خورشيد در دسترس نمی باشد مقدار ازن کلی از تابش فرابنفش نور پراکنده شده، مشخص می گردد. بنابراين بيشتر اندازه گيری های دستگاه بروئر با استفاده از نور مستقيم خورشيد در 5 باند طول موجی محدوده UV-B انجام می شود که عبارتند از: 3/306، 1/310، 5/313، 8/316 و 1/320 نانومتر.
تفكيك طول موجي براي ازن برابر 6/0 نانومتر، در محدوده 2/303 تا 1/320 و تفكيك طول موجي براي دي اكسيد ازت برابر 9/0 نانومتر، در محدوده 4/431 تا 2/443 و تفكيك طول موجي براي UV-B برابر 5/0 نانومتر و در محدوده 290 تا 325 نانومتر است. همچنين اين دستگاه قادر است در 5 طول موج تابش UV را بر اساس طول موج هاي مختلف تجزيه نموده و سپس با مقايسه UV دريافتي از لامپ استاندارد R6 از روي سنجش ميزان اختلاف UV لامپ استاندارد UV رسيده از خورشيد در طول موج هاي 263 تا 363 نانومتر، مقدار ازن كلي و غلظت SO2 را محاسبه نمايد. ولي دامنه موج مؤثر در اندازه گيري ازن از 5/286 تا 363 نانومتر مي باشد.
دستگاه بروئر مي تواند با تنظيم برنامه نرم افزاري آن از طلوع تا غروب خورشيد نسبت به اندازه گيري پارامترهاي فوق به فاصله زماني هر 8 دقيقه اندازه گيري و در حافظه خود ذخيره نمايد. اين دستگاه در طول روز قادر است خود را با زاوية سمت خورشيد تنظيم نمايد. در مواقعي از روز كه آسمان ابري است اين دستگاه مي تواند مقدار ازن کلی را از طريق تابش آسمان اندازه گيري نمايد.
 
 

شمایی از دستگاه اسپکتروفتومتر بروئر

 

طيف سنج دابسون (Spectrophotometer Dobson)
طيف سنج دابسون قديمي ترين نوع دستگاههاي سنجده ازن به روش طيفي است و در دهه 1920 توسط پروفسور دابسون در دانشگاه آكسفورد انگلستان طراحي و ساخته شد و به مرور با استفاده از سيستمهاي الكترونيكي ارتقاء داده شد. اما قسمت هاي اصلي اپتيكي و نوري آن بدون تغيير باقي مانده است. پس از شكل گيري انجمن بين المللي ژئوفيزيك در سال 1958 و كشف لايه ازن، اين دستگاه در پهنه وسيعي از شبكه جهاني سنجش ازن كلي جو نصب شد و با وجودي كه دستگاههاي پيشرفته ديگري در حال گسترش هستند، وليكن دستگاه دابسون هنوز به عنوان يك دستگاه مرجع مشاهدات ازن كلي مطرح است. جهت اطمينان از كيفيت اندازه گيريهاي دستگاههاي طيفي دابسون، هر چند سال يكبار توسط دستگاه دابسون استاندارد، كاليبره و تنظيم مي شوند.

شمائی از دستگاه ازن سنج دابسون

ازن فيلتر (Filter Ozonometer)
اين دستگاه از دهه 1950 توسط كشورهاي بلوك شرق ساخته و گسترش يافت و اساس كار اين دستگاه نيز شبيه به دستگاههاي بروئر و دابسون است.

  

ازن ميكروويو (Ozone Microwave)
 
اين دستگاه در يك پروفايل عمودي مقادير ازن استراتوسفري را از ارتفاع 20 تا 70 كيلومتر را اندازه گيري مي كند.

 

 

راكت سوند (Rocet sonde)
 راكت سوندها اندازه گيري ازن را از سطح زمين تا ارتفاع حدود 75 كيلومتر انجام ميدهند. اين كار توسط بيناب نمائي نوري انجام ميگيرد.  در شكل زیر شمائي از انواع راكت سوندها آورده شده است.

 

 

 ازن ليدار (Ozone Lidar)

ازن ليدار (Light Detection and Ranhing) دستگاهي است كه بر اساس جذب نور ليزر پايه ريزي شده است. يك تلسكوپ براي جمع آوري نور ماوراء بنفش كه توسط دو پرتو ليزري يكي در باندي كه بوسيله ازن جذب مي شود (380 نانومتر) و ديگري در باندي كه توسط ازن جذب نمي شود (351 نانومتر) استفاده مي شود. ازن ليدار، پروفايل عمودي از ازن را از تروپوپاز تا ارتفاع 40 كيلومتر اندازه گيري مي كند. همچنين مي توان ميزان ازن موجود در لايه تروپوسفر از سطح زمين تا تروپوپاز را اندازه گيري نمود.

 

ايستگاههاي ماهواره اي (Satellites station)

اولين سفينه فضائي بنام TIROS توسط NOAA در سال 1960 مطالعات جوي را از فضا شروع كرد و اولين مشاركت ماهواره اي در اندازه گيري ازن توسط ماهواره ECHO I انجام گرفت.بطور كلي اكثر اندازه گيري ها در ارتفاع بين 25 تا 50 كيلومتري انجام مي شود تنها اندازه گيريهاي سوند و HALOE، SAGE (حساسگرهاي ماهواره) مي توانند اندازه گيريهاي جو پائين را نيز انجام دهند. در شكل زیر شمائي از اندازه گيري ازن توسط ماهواره نيمبوس 7 آورده شده است.

سه نوع تجهيزات ماهواره اي جهت اندازه گيري غلظت ازن كلي جو مورد استفاده قرار مي گيرد كه عبارتند از:
 الف: طيف سنج ترسيم كننده غلظت ازن كلی TOMS )):
در اندازه گيري ماهواره اي هم اكنون سه ماهواره نيمبوس 7، مته اور 3 و ماهواره  EPبه روش طيف سنج ترسيم كننده غلظت ازن كل (TOMS)، مقدار ازن موجود در جو را محاسبه و اندازه گيري مي كنند.
ب: اندازه گيري ميزان تشعشعات فرابنفش خورشيدي

   ج: تجهيزات TOVS 

شمائی از اندازه گیری ازن توسط ماهواره نیمبوس 7

 

پرواز هواپيماهاي ويژه (Special aircraft)

هواپيماهاي ويژه از سال 1957 شروع به اندازه گيري ازن نموده اند. از اين روش براي اندازه گيري جزئي تر ازن و مواد شيميايي مربوطه در تروپوسفر و استراتوسفر تحتاني استفاده مي شود.

 

۱۴۰۱ سه شنبه ۱۴ تير
بازدید کنندگان
تعداد بازدیدکنندگان امروز 2
تعداد بازدیدکنندگان دیروز 24
تعداد کل بازدیدکنندگان تا امروز 343987
تعداد کاربران بر خط 54
تعداد کاربران لاگین بر خط 0
/
اقلیم شناسی
//
/
مرکز ملی اقیانوس شناسی
//
Powered by DorsaPortal