بخشی از مقاله
چکیده -هواویزها ذرات جامد یا مایع معلق در هوا هستند که تاثیرات زیادی در کیفیت هوا، سلامتی انسان و تغییرات اقلیم دارند. شیدسنج خورشیدی طیفسنجی است که شدت نور خورشید را در طول موجهای مختلف اندازهگیری میکند. از اندازهگیری شیدسنج خورشیدی میزان هواویزهای داخل جو زمین یا عمق اپتیکی هواویزها استخراج میشود. در این مقاله، به معرفی شیدسنج خورشیدی تککاناله ساخته شده در دانشگاه زنجان میپردازیم.
-1 مقدمه
ایران در منطقه خاومیانه و در کمربند غبار کره زمین قرار دارد و با بارش میانگین کمتر از 400 میلیمتر درسال، جزء کشورهای خشک و کم باران محسوب میشود.خشک سالی های اخیر، خشک شدن تالابها و دریاچهها،از بین رفتن پوشش گیاهی مراتع ودرختان جنگلها ،سدسازیهای غیر اصولی وگسترش زندگی شهری و افزایش مصرف بیرویه سوختهای فسیلی باعث رشد چشمگیر تولید آلایندههای هوا و گازهای موسوم به گازهای گلخانهای در کشور شده است .[1] از طرفی غبار ایجاد شده از برخی منابع داخلی و غبار منطقه ای که از کشورهای دیگر از جمله عراق به سمت ایران میآیند باعث تقویت این اثر میگردد.
به طوری که سالانه شاهد افزایش تعداد روزهای ناسالم در اکثر شهرهای بزرگ می باشیم.برای نمونه روزهای سالم در تهران و شهرهایی مانند اهواز هرساله روبه کاهش است و همه ساله شاهد افزایش روزهای تعطیل مدارس و ادارات دولتی بدلیل آلودگی هوا و افزایش بیماریها و مرگ و میر ناشی از تاثیرات افزایش هواویزها هستیم .[2]
هواویزها که ذرات جامد یا مایع معلق در هوا هستند، تاثیرات زیادی بر بودجه تابشی ،کیفیت هوا و سلامتی انسان دارند .[3,4] همچنین افزایش تولید هواویزها موجب تغییر الگوی آب و هوای زمین می شود که از دغدغه های مهم جهان امروز به حساب می آید. از سوی دیگر بر اساس تحقیقات بانک جهانی، آلودگی هوا سالانه باعث مرگ زودرس حدود 5/5 میلیون نفر شده و بیش از 5 تریلیون دلار هزینه برای اقتصاد جهانی به همراه دارد و چهارمین عامل موثر در بروز مرگ زودرس جهانی محسوب میشود .[5]
از این رو پایش و اندازهگیری ذرات معلق در جو و بررسی تاثیرات و همبستگی آن با دیگر پارامترهای جو نظیر دما از اهمیت خاصی بر خوردار است. به همین خاطر اغلب کشورها با راه اندازی ایستگاههای زمینی سنجش درمحل و سنجش از راه دور و با استفاده از مدل های هواشناسی و اندازهگیریهای ماهوارهای به بررسی هواویزها می پردازند .[1]
از ابزارهای مهم اندازهگیری هواویزها میتوان به شیدسنج خورشیدی اشاره کرد. شیدسنج خورشیدی نوعی ایران در منطقه خاومیانه و در کمربند غبار کره زمین قرار دارد و با بارش میانگین کمتر از 400 میلیمتر درسال، جزء کشورهای خشک و کم باران محسوب میشود.خشک سالیهای اخیر، خشک شدن تالابها و دریاچهها،از بین رفتن پوشش گیاهی مراتع ودرختان جنگلها ،سدسازیهای غیر اصولی وگسترش زندگی شهری و افزایش مصرف بیرویه سوختهای فسیلی باعث رشد چشمگیر تولید آلایندههای هوا و گازهای موسوم به گازهای گلخانهای در کشور شده است .[1]
از طرفی غبار ایجاد شده از برخی منابع داخلی و غبار منطقه ای که از کشورهای دیگر از جمله عراق به سمت ایران میآیند باعث تقویت این اثر میگردد. به طوری که سالانه شاهد افزایش تعداد روزهای ناسالم در اکثر شهرهای بزرگ می باشیم.برای نمونه روزهای سالم در تهران و شهرهایی مانند اهواز هرساله روبه کاهش است و همه ساله شاهد افزایش روزهای تعطیل مدارس و ادارات دولتی بدلیل آلودگی هوا و افزایش بیماری ها و مرگ و میر ناشی از تاثیرات افزایش هواویزها هستیم.[2]
هواویزها که ذرات جامد یا مایع معلق در هوا هستند، تاثیرات زیادی بر بودجه تابشی ،کیفیت هوا و سلامتی انسان دارند .[3,4] همچنین افزایش تولید هواویزها موجب تغییر الگوی آب و هوای زمین می شود که از دغدغه های مهم جهان امروز به حساب می آید. از سوی دیگر بر اساس تحقیقات بانک جهانی، آلودگی هوا سالانه باعث مرگ زودرس حدود 5/5 میلیون نفر شده و بیش از 5 تریلیون دلار هزینه برای اقتصاد جهانی به همراه دارد و چهارمین عامل موثر در بروز مرگ زودرس جهانی محسوب میشود .[5]
از این رو پایش و اندازهگیری ذرات معلق در جو و بررسی تاثیرات و همبستگی آن با دیگر پارامترهای جو نظیر دما از اهمیت خاصی بر خوردار است. به همین خاطر اغلب کشورها با راه اندازی ایستگاههای زمینی سنجش درمحل و سنجش از راه دور و با استفاده از مدل های هواشناسی و اندازهگیریهای ماهوارهای به بررسی هواویزها می پردازند .[1]
از ابزارهای مهم اندازهگیری هواویزها میتوان به شیدسنج خورشیدی اشاره کرد. شیدسنج خورشیدی نوعی چیدمان و روش کار دستگاه چیدمان اپتیکی شیدسنج خورشیدی تککاناله ساخته شده در دانشگاه زنجان در شکل - 1 - آورده شده است. مکانیک شیدسنج با نرم افزار سالیدورک و اپتیک آن با نرم افزار زیمکس طراحی شده است. اجزای بخش اپتیکی که عبارتند از:
- 1 عدسی با قطر 1 اینچ و فاصله کانونی 175 میلیمتر
- 2 فیلتر تداخلی با طول موج عبور 440 نانومتر و پهنای باند 10 نانومتر
- 3فیلتر شدتی مایلار
CCD - 4 تورلب، 1080×1240 پیکسل
- 5 دو روزنه بند برای حذف نورهای سرگردان
- 6بخش تنظیم کننده فاصله آشکار ساز تا عدسی
- 7 بدنه آلومینیومی
طول بخش اپتیکی حدود 40 سانتیمتر بوده و زاویه دید 1 درجه برای کل شیدسنج تعیین شده است. برای اندازهگیری نور مستقیم خورشید و حذف نورهای سرگردان از روزنهبندها و اندایزینگ سطح داخلی شیدسنج استفاده شده است. برای اطمینان از اندازهگیری دقیق تغییرات شدت نور خورشید در تصاویر ثبت شده از CCD تورلب که دارای پاسخ دهی کاملا خطی است استفاده شده است - شکل . - 2 همچنین از یک فیلترشدتی مایلار برای کاهش شدت نور خورشید و فیلتر تداخلی برای جداسازی طول موج 440 نانومتر مورد مطالعه از نور خورشید استفاده شده است.
پاسخ CCD تورلب در شدتهای مختلف به شرح زیر اندازه-گیری شد. - 1 از یک سطح صاف و روشن دو تصویر با فاصله زمانی کم تهیه شد. - 2 از هر دو تصویر، سطحی به اندازه100×100پیکسل انتخاب گردید و میانگین شدت هر کدام را تعیین شد. - 3 نسبت دو میانگین شدت در میانگین شدت تصویر اول ضرب شد. - 4 سپس شدت تصویر دوم از مقدار بدست آمده در قسمت 3 کم میشود.
- 5 انحراف معیار و واریانس تصویر بدست آمده از مرحله 4 محاسبه میشود .[7] این پنج مرحله برای شدتهای مختلف تکرار میشود. در شکل 2 نمودار شدت بر حسب واریانس رسم شده است. این نمودار با دقت 98 درصد خطی رفتار میکند. پس از طراحی و ساخت، بخش اپتیکی روی پایه تلسکوپ Mead Lx100 نصب گردید. در شکل 3 بخش اپتیکی ساخته شده نشان داده شده است.
-2 روش محاسبه عمق اپتیکی هواویزها
نور خورشید هنگام عبور از جو به خاطر پراکندگی و جذب توسط مولکولها و هواویزهای موجود در جو تضعیف می-شود. طبق قانون بیر- لامبرت میزان تضعیف شدت تابش نور خورشید در طول موجهایی که جذب شدیدی ندارند هنگام عبور از یک جزء کوچک به ضخامت dr و سطح مقطع واحد، با چگالی ذرات جاذب و پراکننده در طول موج و در ارتفاع z ، ضخامت جزء dr رسیده به سطح مقطع I رابطه مستقیم دارد.
