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Charakterisierung der Referenzgeräte für die Messungen der Gesamt-Ozonsäule in der Atmosphäre

04.01.2016

Für die Bestimmung der Gesamtozonsäule in der Atmosphäre werden traditionell Geräte zweier Typen eingesetzt: die sogenannte Dobson- und Brewer-Spektrophotometer. Die Messungen in globalen Netzwerken für die Überwachung der Ozonschicht werden auf regionale und letztendlich auf Weltreferenzgeräte zu-rückgeführt. Im Rahmen des EMRP Projektes "Traceability for atmospheric total column ozone" wurden neulich sowohl das Europäische Dobson-Referenzgerät, bewahrt vom Deutschen Wetterdienst im Hohenpeißenberg, als auch die Dobson-Weltreferenz, geführt vom NOAA/ESRL in Boulder, USA, bei der PTB in Braun-schweig charakterisiert. Ziele der Untersuchungen waren die Bestimmung der Bandpassfunktionen der Geräte sowie die Wellenlängenkalibrierung. Eine genaue Kenntnis der Geräteeigenschaften soll helfen, die beobachteten systematischen Abweichungen zwischen Werte für die Gesamtozonsäule ermittelt von Dobson- und Brewer-Gerätetypen zu erklären. Demnächst werden auch Europäische Brewer-Referenzgeräte bei der PTB charakterisiert.

Für die Bestimmung der Gesamtozonsäule in der Atmosphäre werden traditionell Geräte zweier Typen eingesetzt: die sogenannte Dobson- und Brewer-Spektrophotometer. Die Messungen in globalen Netzwerken für die Überwachung der Ozonschicht werden auf die regionale und letztendlich auf die Weltreferenzgeräte zurückgeführt. Im Rahmen des EMRP Projektes ,,Traceability for atmospheric total column ozone“ wurden neulich sowohl das Europäische Dobson Referenzgerät, bewahrt vom DWD im Hohenpeißenberg, als auch das Weltreferenz Dobson, geführt vom NOAA/ESRL in Boulder, USA, bei der PTB in Braunschweig charakterisiert. Ziele der Untersuchungen waren die Bestimmung der Bandpassfunktionen der Geräte sowie die Wellenlängenkalibrierung. Eine genaue Kenntnis der Geräteeigenschaften soll helfen, die beobachteten systematischen Abweichungen zwischen Werte für die Gesamtozonsäule ermittelt von Dobson- und Brewer-Gerätetypen erklären zu können.

Für die Charakterisierung der Referenzgeräte wurde ein spektral durchstimmbarer Laser des Fachbereiches 4.1 eingesetzt (s. Abb. 1) [1]. Der Strahl des Lasers würde über einen Lichtwellenleiter in eine Ulbricht-Kugel geführt, die dann den Eingangsport des Dobson-Gerätes homogen bestrahlte. Die Messsignale des Photomultiplier (PMT) Detektors im Dobson und einer Silizium-Photodiode als Monitordetektor wurden von einem 2-Kanal Oszillograph erfasst. Die eingestellte Laserwellenlänge wurde von einem Wavemeter und hochauflösendem Spektrometer gemessen. Mit Durchlauf der Laserwellenlänge über den jeweiligen Bandpassbereich des Dobson-Spektrophotometers konnten somit die Bandpassfunktionen der Geräte bestimmt werden. Abb. 2 zeigt die Messergebnisse für beide Referenzgeräte für den sogenannten C-S2 Spalt. Für beide Geräte weichen die tatsächliche Werte von der nominellen Bandpassfunktion, die als eine dreieckige Funktion definiert wurde, deutlich ab. Die Übereistimmung zwischen den zwei Geräten war jedoch sehr gut. Das Messergebnis bestätigte damit eine gute Konsistenz zwischen der beiden Geräten in den Dobson-Vergleichskampagnen. Demnächst werden auch Europäische Brewer Referenzgerät bei der PTB charakterisiert.

Literatur:

[1]   S. Nevas, M. Lindemann, A. Sperling, A. Teuber and R. Maass, “Colorimetry of LEDs with array spectroradiometers,” MAPAN—J. Metrol. Soc. India 24, 153-162 (2009).

Abb.: 2