SISTEMAS DE MEDICIÓN DEL OZONO

Las mediciones de concentración de ozono en la atmósfera se realizan con los siguientes sistemas:

1. Globos meteorológicos2. Cohetes3. Lidar (Laser imaging detection and ranging)4. Medidores de tierra (Espectrometros)5. Satétites

1. GLOBOS METEOROLÓGICOS

Se utiliza para recopilar datos sobre las condiciones de tiempo atmosférico. Algunas personas también pueden llamar a globos meteorológicos “globos sonda”, porque toman los sondeos de la atmósfera. Estos datos son utilizados en la predicción meteorológica, y para rastrear las tendencias generales del clima. Numerosas agencias en todo el mundo liberación de globos meteorológicos a diario, y por lo general comparten la información recogida, en el interés de la cooperación científica.

Un globo meteorológico de base recogerá información sobre la temperatura ambiente , presión atmosférica y humedad . Normalmente, esta información será recabada durante el ascenso del globo meteorológico y mientras se cierne en la altura.

El sensor de ozono es una celda electroquímica (pila) que contiene ioduro de potasio el cual reacciona con el ozono presente en el aire produciendo una débil corriente eléctrica que es proporcional a la concentración instantánea de ozono presente en el aire.

Los datos se envían de vuelta a la Tierra con transpondedores . Un globo meteorológico también se puede utilizar para recopilar información acerca de la velocidad del viento y los patrones, mediante la transmisión de su ubicación geográfica a la Tierra.

El paquete de instrumentos en un globo meteorológico se llaman una radiosonda. Los primeros radiosondas apareció en la década de 1930 en Rusia y otras naciones adoptaron rápidamente la tecnología también.

Estos aparatos constan de unos sensores que miden las variables anteriormente citadas y de una pequeña emisora de radio para transmitir los datos a la estación de lanzamiento. Todo esto (radiosonda), va dentro de una pequeña caja protectora de poliestireno, de apenas algo más de 200 gramos de peso; muy alejada de las primeras que se lanzaron en la década de los años 30 del siglo pasado que llegaban a pesar algo más de un kilo.

Por lo general, una radiosonda está diseñado para usos múltiples, y se recuperará después de que vuelve a la Tierra. De vez en cuando los paquetes de instrumentos se han perdido, pero los datos que recogieron durante el vuelo ya ha sido enviado de vuelta a la Tierra.

También ha evolucionado notablemente el método de seguimiento de la radiosonda, que en la actualidad se realiza mediante la red de navegación de satélites, GPS; mientras que, hasta no hace muchos años, debía de llevarser a cabo mediante el teodolito meteorológico, instrumento que permitía conocer la posición del globo mediante la medida de angulos con respecto al horizonte y con respecto a los puntos cardinales.

Radiosondas también pueden ser lanzados desde aviones , en algunos casos, más que flotaba en un globo meteorológico.

Para elevar la radiosonda se utiliza en la actualidad un globo de goma natural (latex) o material flexible similar.

Para elevar la radiosonda se utiliza en la actualidad un globo de goma natural (latex) o material flexible similar, esto es debido a que el estado de expansión del globo va a ir en aumento al ascender y disminuir la presión atmosférica, llegando en ocasiones hasta 3 y 5 veces su tamaño..Es inflado con hidrógeno o helio , con diferentes niveles de gas flado en función de la altura del globo meteorológico que está pasando (aproximadamente 1 metro). La radiosonda es suspendido del globo en un cordón o cuerda resistente, al igual que la canasta de un globo de aire caliente. Antes de llegar a explotar puede alcnzar los 51.850 metros. Con la explosión se inicia la caída de la sonda, que va provista de un paracaídas que al desplegarse cae a la tierra suavemente la parte posterior en la Tierra. Los científicos rastrear su señal de posicionamiento para recuperarlo, si es posible.

La mayor parte del tiempo las organizaciones de vigilancia de las emisiones globos meteorológicos, por lo menos dos veces al día, ya veces con mayor frecuencia. Lanzamientos frecuentes se utilizan cuando las condiciones meteorológicas cambian rápidamente, lo que sugiere la necesidad de más datos de la atmósfera. Los datos recogidos por lo general los suplementos de otras formas de observación meteorológica, como los satélites meteorológicos y de observación de la tierra, creando una imagen

completa de la situación meteorológica para los científicos. Las estaciones meteorológicas llevar un registro exhaustivo de sus datos meteorológicos del globo, permitiendo a los científicos para estudiar los patrones del clima durante muchas décadas.

2. COHETES (Nave espacial)

La nave espacial “GALILEO” en su ruta hacia Júpiter, estudio la capa de ozono, determinando que el principal agujero es más grande de lo que se sabe y está rodeado de una capa fina de hielo cristalizado.

3. LIDAR (Laser imaging detection and ranging)

Las moléculas de los gases que componen la atmósferaabsorben y emiten radiación. Ellas pueden dispersar la radiación de vuelta a la Tierra o cambiar su estado y emitir una radiación menos energética de otra longitud de onda.

El tipo de luz revela algo sobre el carácter de los compuestos. La intensidad de la luz revela su concentración.

El instrumento LIDAR tiene como corazón a un láser. Una pulsación de láser que consta de una luz muy intensa y monocromática y se envía al cielo. Después de un tiempo la radiación dispersada o reemitida vuelve y se mide. De acuerdo con la longitud de onda de la radiación que vuelve se deduce de qué gas está siendo emitida (sólo interesan unas ciertas longitudes correspondientes al ozono) y de acuerdo con la intensidad con que vuelve se deduce en qué concentración se encuentra el gas (ozono).

¿ Pero desde qué altitud vuelve la luz? ¿ Desde 10 km? ¿30 km? La luz tiene una velocidad concreta; cuanto más tarda después de la pulsación de láser, más altas están las moléculas desde donde la luz vuelve. De esta manera se puede obtener la concentración de ozono por capas (PERFIL DE OZONO).

4. MEDIDORES DE TIERRA (Espectrometros)

El ozono se mide con un instrumento llamado espectografo de Dobson. Se basa en la técnica de absorción diferencial de la radiación UV por parte de la atmósfera: compara la radiación que llega a una superficie en dos longitudes de onda , una en la que la absorción por parte del O3 es muy importante y otra en la que es despreciable, regitrando la intensidad de los rayos solares en 4 longitudes de onda distintas (2 correspondientes a la luz ultravioleta y otras 2 correspondientes a la luz normal)

Espectrometro de absorción diferencial (AD)

El medidor del espesor de la capa de ozono funciona con dos detectores trabajando a 315 nm y 300 nm. La pareja de detectores se acopla a un soporte ecuatorial que permite el seguimiento del sol. Todos los equipos utilizados fueron conjuntamente calibrados en la ciudad de La Plata antes de su puesta en funcionamiento en los diversos lugares elegidos que se indican en el mapa(9K) de Argentina y Chile.

Método de Absorción Diferencial (AD)

Los medidores en tierra están basados en la técnica de Absorción Diferencial (AD). La molécula de ozono (O3) presenta una banda de absorción ancha con un máximo centrado en 250 nm y que se extiende hasta los 300 nm por el lado de baja energía como indica la figura. Así se mide la irradiancia solar Ll a dos longitudes de onda próximas, una que presenta absorción debido al ozono (Lon) y la otra que esta sensiblemente menor (Loff). El cuociente de ambas irradiancias da una medida, después de un calibrado previo, del valor de la columna de ozono. Los posibles efectos de atenuación debido a otros procesos físicos, tales como dispersión Rayleigh y Mie por agentes atmosféricos como aerosoles y nubes, son corregidos al trabajar con dos longitudes de onda próximas.La técnica de AD descrita puede ser también utilizada en satélites artificiales representando ahora Il la intensidad de la luz solar retrodispersada. Midiendo a dos longitudes de onda próxima, su cuociente proporciona también una medida del valor de la columna de ozono.

OTROS EJEMPLOS

Espectrofotómetro Brewer:

a) Espectroradiómetro doble monocromador  290-365 nm rango, focal 160 mm, FHWM=0.6 nm.

b) Instrumento automatico  preparado para operar a la interperie.

Productos:

Ozono total en columna SO2 total en columna Radiación espectral  UV Espesor óptico de Aerosoles

Espectrofotómetro Bentham:

Bentham DM 150: 

a) Espectroradiómetro de doble monocromador

b) 250-600 nm rango, FWHM 0.6 nm.

c) Optica de enrada: Global y directa.

d) Establizado en temeperatura

NILU-UV Radiómetro multibanda

a) Cinco canales en el UV en  305, 312, 320, 340 and 380 nm (10nm FWHM)

b) PAR (Photosynthetic Active Radiation) 400-700nm

c) Estabilizado en temeperatura

Productos:

Ozono total en columna

Radiacion UV-A and UV-B

Factor de Transmisión de nubes (CLT)

Dosis efectivas de radiación UV (CIE ,Erithema, Vitamina D etc…)

CCD- Spectrometer

a) Optica de entrada Global y directab) Estabilizado en temeperaturac) Operación automáticad) Pixels totales 3648 rango: 284-607 nm  FWHM: 1nmA/D resolucion: 16 bit

 

5. SATELITES

Aun con los datos obtenidos en los sondeos aerológicos, la visión del conjunto para el predictor todavía no es completa; pero gracias a la llegada de la Astronáutica con los satélites artificiales, la predicción meteorológica ha dado un paso de gigante hacia adelante. Con ellos se intenta observar el conjunto tierra-atmósfera y mediante el estudio de las imágenes que nos proporcionan ver la clase y evolución de las capas nubosas, observar el vapor de agua existente en distintas zonas de la atmósfera y conocer la temperatura de la superficie terrestre y de la superficie del mar, etc. Muchos de estos datos se introducen como una información más en la cadena de predicción de

los modelos numéricos, dando lugar a mejores análisis de partida para toda la atmósfera con la que el modelo hará sus predicciones.

Los satélites meteorológicos se pueden clasificar en dos grandes grupos según el tipo de órbita que sigan en su movimiento alrededor de la Tierra:

a) Los polares o heliosincrónicos. Son satélites que están sincronizados con el Sol y compensan la translación de la tierra independientemente de su rotación o en palabras de más fácil comprensión, son los que orbitan nuestro planeta de polo a polo. En la actualidad los satélites de este tipo son los TIROS, cuyos nombres figuran como NOAA, en estos momentos el NOAA-14 y el 15, y el QuikSCAT, todos de EEUU; el METEOR 3-5, operado por Rusia y los satélites chinos de la clase FY-1. Europa no posee en la actualidad satélites polares estrictamente meteorológicos pero sí de tipo medioambiental (ENVISAT).

Sus características principales son:

Órbita baja, entre los 800 y 1.200 kilómetros de altura. Lo que permite muy buena resolución, destacando los satélites de la serie TIROS que pueden alcanzar los 1.100 metros en la vertical del satélite.

No rotan sobre su eje y su sensor barre línea por línea la superficie de la Tierra a medida que el satélite se desplaza; explorando una anchura aproximada de 2.600 a 3.000 kilómetros; con la excepción del satélite chino que sólo explora una banda de 300 kilómetros.

Pasan dos veces al día por el mismo punto y a la misma hora, realizando 14 órbitas al día.Con un sólo satélite se puede obtener la cobertura global del planeta.Vida operativa relativamente corta, unos dos años o tres años.

Suelen llevar varios sensores y canales para analizar la Tierra. Los de la serie TIROS, por ejemplo, poseen 5 canales, dos en el espectro visible y tres en el infrarrojo.

b) Los geoestacionarios o geosincrónicos. Están sincronizados con el movimiento de rotación de la Tierra; es decir, tienen la misma velocidad de rotación que la Tierra y por eso se encuentran siempre sobre el mismo punto de la superficie terrestre y por tanto su campo de visión siempre es el mismo. Los satélites de este tipo operativos en este momento son, elGOES-8 y 9 que pertenecen a los EEUU, situados a 75º O y 135º O, respectivamente; METEOSAT-5, 6 y 7, estando el 8 en pruebas, que son gestionados por un consorcio europeo, EUMETSAT, y situados respectivamente a 63º E, 10º E y 0º E; el INSAT-2E, satélite indio, situado a 74º E; el satélite ruso GOMS, a 76º E; el FY-2B que pertenece a China y que está colocado a 105º E y finalmente el GMS, satélite japonés, situado a 140º E.

Sus características principales son:

Tienen una órbita mucho mayor, estando situados aproximadamente a 36.000 kilómetros sobre la superficie terrestre.

Exploran tres canales, visible, infrarrojo y vapor de agua. Su resolución depende del canal utilizado; por ejemplo, en el visible va de 1.000 metros de los GOES hasta los 2,5 kilómetros de la serie METEOSAT.

Las imágenes generales del globo se toman cada 30 minutos y cada satélite ve una porción aproximada del 42% de la superficie de la tierra.

Se encuentran situados sobre el ecuador de la Tierra. Rotan sobre su eje con una velocidad de giro de 100 revoluciones por minuto. Se necesita una red de 5 o 6 satélites para poder cubrir toda la superficie

terrestre, ya las zonas externas de la visión del satélite son demasiado oblicuas para un útil y nítido seguimiento. Además las zonas polares no son observables.

Mayor vida útil del satélite, unos 5 años.

Un ejemplo de estos satélites es el UARS, la NASA lanzó en 1991 un satélite de investigación de 7 toneladas.

Orbitando a una altitud de 600 km, el satélite mide las variaciones de la concentración de ozono a diferentes altitudes. El UARS registro los primeros datos completos sobre la química de la atmósfera superior.