УДК 551,508.25«2001.09.16/17»(470.318)
Сравнение и интеркалибровка приборов для измерения ультрафиолетовой радиации в г. Обнинск 16—19 сентября 2001 г.
Г. П. Гущин», С. А. Соколенко**, А. Ф. Нерушев***, В. И. Васильев***, А. М. Шаламянский*, В. И. Привалов*
Излагаются результаты сравнений и интеркалибровки приборов, измеряющих ультрафиолетовую радиацию, в г. Обнинск 16—19 сентября 2001 г. В сравнениях и интеркалибровке участвовали спектрофотометр Брюера (Канада) и ультрафиолетметр Гущина (Россия), а также экспериментальный образец УФ-полихроматора, представленный филиалом ГГО. Было сделано заключение, что отклонения показаний улътрафиолетметра Гущина от показаний спектрофотометра Брюера для эритемной УФ-Б радиации не превышают оценку погрешности измерений этой радиации, найденную для ультрафиолетметра (15%). Эта оценка погрешности не выходит за пределы погрешностей для приборов, измеряющих эритемную УФ-Б радиацию, которая приведена в "Руководстве по метеорологическим приборам и методам наблюдений" ВМО.
На территории НПО "Тайфун" (ИЭМ) в г. Обнинск 16—19 сентября 2001 г. состоялись официальные сравнения и интеркалибровка приборов, измеряющих ультрафиолетовую (УФ) радиацию. В организации сравнений и интеркалибровки приборов приняли участие учреждения Росгидромета: ГГО, филиал ГГО, ИЭМ и ЦАО. Непосредственные измерения УФ радиации проводили В. И. Васильев, С. А. Соколенко, А. М. Шаламянский и В. И. Привалов. Указанная интеркалибровка приборов, измеряющих УФ радиацию, была проведена впервые на территории России и СНГ.
В сравнениях участвовали приборы:
1. Спектрофотометр Брюера № 044 (Канада) [22, 23, 26], принадлежащий ИЭМ и использовавшийся в качестве образцового средства измерения;
2. Ультрафиолетметр, разработанный Г. П. Гущиным при участии С. А. Соколенко на базе озонометра М-124 № 282 с корригирующей насадкой — шаром Лярше [1, 13, 15, 24]. В основу создания ультрафиолетметра был положен новый метод измерения УФ радиации, разработанный Г. П. Гущиным [9, 18]. Метод основан на использовании редукционных множителей для приборов с широкими полосами спектральной чувствительности [12]. При этом показания ультрафиолетметра приводятся к показаниям идеаль-
* Филиал Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова.
** Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова.
*** Научно-производственное объединение "Тайфун ".
ного ультрафиолетметра, у которого спектральная чувствительность совпадает со спектральной чувствительностью белой кожи человека. Указанный метод в 1977 г. был рассмотрен Центральной комиссией по методам и приборам Гидрометеослужбы и рекомендован для применения на сети станций [18].
В интеркалибровке приборов участвовал, помимо упомянутых, экспериментальный образец УФ полихроматора, представленный А. М. Шала-мянским и В. И. Приваловым.
Спектрофотометр Брюера и ультрафиолетметр Гущина уже много лет используются на мировой сети станций [9, 23]. Ультрафиолетметр применяется на трех станциях РФ, включая Воейково, на трех станциях Украины, включая Карадаг (Крым), и на трех станциях Вьетнама, включая Ханой.
Ультрафиолетметр, участвовавший в сравнениях, был откалиброван в Воейково в 1996 г. по методике, изложенной в [9, 14]. Непосредственное участие в калибровке ультрафиолетметра принимал С. А. Соколенко, разработавший установку для калибровки. В 1998 г. там же параметры калибровки были уточнены (независимо от спектрофотометра Брюера). Спектрофотометр Брюера № 044 был откалиброван фирмой-изготовителем {22] перед его продажей, и в августе 2001 г. эта калибровка была уточнена в г. Обнинск представителем этой фирмы. Характеристики приборов, участвовавших в сравнениях, представлены в табл. 1.
Главной целью сравнений и интеркалибровки в г. Обнинск являлось создание в ближайшие годы на территории России сети постоянно действующих станций с целью измерения и контроля УФ радиации и привязки показаний приборов, применяемых на территории России для измерения УФ радиации, к показаниям приборов, используемых на аналогичных станциях мировой сети.
Основной измеряемой величиной на сети станций УФ мониторинга является величина эритемной радиации УФ-Б (Е,ь), т. е. эритемная освещенность в спектральной области 280—315 нм, создаваемая эритемным излучением, приходящим от Солнца, включая излучение, рассеянное земной атмосферой, облаками и отраженное земной поверхностью. При этом имеется в виду, что указанное эритемное излучение поступает от верхней полусферы и падает на горизонтальную поверхность. В свою очередь эри-темным излучением называется УФ излучение, которое регистрируется оптическим прибором, обладающим относительной спектральной чувствительностью (приведенной к единице при X = 297 нм), одинаковой со спектральной чувствительностью белой кожи человека [21]. В [21] эту величину спектральной чувствительности рекомендуется называть "относительная эритемная спектральная эффективность оптического излучения", в [20] — "эритемная функция". В [9] приводится формула, а в [20] — график, представляющий эту функцию, применяемую в последние годы в практике измерения УФ радиации и, в том числе, в настоящей работе вместо "устаревшей" эритемной функции, опубликованной ранее в работах [2, 17, 21]. В некоторых случаях спектральная область УФ-Б полагается равной 280—320 нм [20], что должно специально оговариваться. Измеряется эритемная радиация, как и УФ радиация, в Вт-м'2 [25]. На отечественных и
Таблица 1
Сравнительные характеристики приборов, применяемых в настоящее время для измерения УФ радиации на мировой сети станций [9,11,13,22,24,26]
_Характеристика
Диспергирующая система
Масса, кг Габариты, см
Вида измерений УФ радиации
Затраты времени на взятие отсчета при измерении УФ-Б радиации, мин
Точность средства измерения, выраженная через среднее квадратическое отклонение результата измерения суммарного озона, %
Наличие автоматизации измерений
Квалификация обслуживающего персонала
Стоимость полного комплекта прибора в пересчете на доллары США
Фирма-изготовитель
Спектрофотометр Брюера
Топографическая дифракционная решетка (1800 линий/им)
25 (основной блок) 70 х 46 х 21 (основной блок) Эритемная радиация УФ-Б (280—315 км)
3,5
1 [22]
Есть
Инженер, специалист по
электронно-оптическим
приборам
140000»
Фирма SCI-TEC Instruments (Саскатун, Канада)
Ультрафиолетметр Гущина
Комбинации цветных стекол, изготовленных по ГОСТ 9411-75 и применяемых в озо-нометрах Гущина [5,11,15] 6 (весь прибор) 27,5 х 27 х 16 (основной блок) Энергетическая и эритемная радиация УФ-Б и УФ-А, измеряемая отдельно 0,3
Ц7,И]
Нет
Техник-метеоролог
1500
ЦКБ ГПМ (г. Обнинск) и филиал ГГО (п. Воейково)
Примечание. 'Стоимость приведена на 1998 г. по сообщению представителя метеослужбы Кубы,
некоторых зарубежных станциях измеряется также УФ радиация (энергетическая и эритемная) в спектральной области УФ-А (315—400 нм) (£эа).
УФ излучение, идущее к нам от Солнца и неба в области длин волн УФ-Б, ослабляется атмосферным озоном, частично поглощающим это излучение. При облучении УФ-Б излучением в течение нескольких часов на белой коже человека образуется эритема, т. е. покраснение кожных покровов, переходящее потом в коричневый загар, а при избыточном облучении — в ожог кожи разной степени. Поэтому излучение в области длин волн УФ-Б, вызывающее эритему, называют эритемным излучением УФ-Б. Ультрафиолетовое излучение в области А при таком же времени облучения образует на белой коже человека коричневый загар без появления заметной эритемы.
Излучение в спектральной области УФ-Б влияет на рост и воспроизводство фитопланктона (и, следовательно, морепродуктов) — основной пищевой цепи в море. У людей избыточное облучение в области УФ-Б вызывает рак кожи и, в том числе, злокачественному меланому с большой наклонностью к метастазированию, каракакту и иммунодефицит [12]. С другой стороны, вредное последствие для человека оказывает недостаточность ультрафиолетовой радиации, имеющая место в полярных и еубпо-96
лярных районах земного шара. В то же время эритемная радиация УФ-Б и УФ-А в умеренных дозах является мощным стимулирующим средством, нормализующим функции периферической нервной системы, улучшающей физиологическую деятельность кожи человека [2]. Отсюда с неизбежностью следует вывод о необходимости контроля поступающего к земной поверхности ультрафиолетового излучения, тем более, что в последние 20 лет наблюдаются значительные колебания слоя атмосферного озона, регулирующего поступление солнечного УФ-Б излучения к поверхности Земли. Колебания слоя атмосферного озона в высоких и средних широтах были вызваны неконтролируемыми антропогенными загрязнениями стратосферы газообразными хлорсодержащими соединениями и проявились в наибольшей степени в Антарктике, где в весеннее время образовалась озонная дыра [3, 6].
Одной из основных задач сравнений приборов в Обнинске была оценка качества работы приборов в существующих условиях наблюдений за УФ радиацией. Для суждения о качестве работы прибора, измеряющего УФ радиацию, и его возможностях важна оценка погрешности измерения искомой величины. Согласно Руководству ВМО № 8 [20], погрешность измерения эритемной УФ-Б радиации для существующих приборов лежит в диапазоне 5-20%.
В ряде случаев в публикациях приводятся разные погрешности измерения и средств измерения, в результате чего становится затруднительным оценить действительную погрешность измеряемой величины. Согласно ГОСТ 16263-70 [4], имеется 15 разновидностей погрешности измерения, и без точного указания, о какой погрешности идет речь, нельзя судить о погрешности измеряемой величины. Ряд фирм и производителей приборов указывают в своих проспектах в качестве погрешности или точности измеряемой величины для своих приборов среднее квадратическое отклонение результата измерения, которое раньше, до введения ГОСТ 16263-70 [4, 16], называлось среднеквадратичной погрешностью или стандартом измерения. Эта величина характеризует только рассеивание результатов измерений (как, например, в табл. 1 строка 6), но не погрешность измерения, которая в рассматр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.