海岸带管理杂志

抽象的

气候变化 2019：通过对天空进行偏振测量来修复地球平流层气溶胶参数 - O Zbrutskyi - Igor Sikorsky 基辅理工学院，乌克兰

P. Nevodovskyi、A. Vidmachenko、O.Ovsak、O.Zbrutskyi、Ðœ. Geraimchuk 和 О. Ivakhiv

地球气候变化是太阳辐射能量平衡的自然变化以及人为因素对臭氧层厚度和平流层气溶胶丰度变化的影响的结果。研制了一种微型紫外偏振仪，用于在太阳光谱的紫外区域进行卫星偏振实验。该装置的主要任务是通过天空光偏振测量获得有关气溶胶物理特性的信息。该装置在我们专门设计和制造的工作台上进行了测试。开发了一套特殊的计算机程序来分析在 AZT-2 望远镜（乌克兰基辅主天文台）进行的无云天空光谱偏振测量数据。因此，可以计算出地球大气散射的太阳辐射线性偏振度的光谱相位依赖性。当气溶胶粒子特性及其尺寸分布函数参数发生变化时，使用均匀的气体-气溶胶介质模型。也就是说，通过地面无云天空的偏振观测，可以研究地球对流层和平流层底部大量的气溶胶物理特性。

提出了基于紫外偏振仪（UVP）操作的平流层气溶胶研究方法。证实了通过对白天和日落后立即进行的无云天空偏振地面测量数据的近似分析来确定地球大气对流层和平流层中气溶胶颗粒微物理特性的可能性。

三家机构共同努力，准备进行一项可能的实验，从航天器上研究平流层气溶胶的物理特性。结果，模拟无人机诞生了。该设备允许从航天器上测量地球平流层的偏振。

光电倍增管 R1893 以光子计数模式运行。温度传感器检查介质和接收器的温度。专门设计的空心转子压电马达旋转偏振元件。来自温度传感器（接收器、发动机等）的必要数据传输到计算机接口，以便进行处理和进一步分析。已经开发了专用软件来控制相应元件的偏振平面位置控制，分别控制放置的目标。

开发了一种专用台架，用于安装和研究 UVP 的现有原型、其各个模块及其组合。它可以分为单独的可互换零件、单元和模块。这样的设计使得可以轻松快速地更改研究任务以及不断改进台架本身。在测试台上进行的 UVP 研究使人们能够确定其技术参数和性能特征。

利用该设备，彻底研究了光发射接收器（R1893 光电倍增管）的运行，以确定其在 1050-1500V 电源电压范围（暗脉冲为 2-4 个脉冲/秒）下的噪声阈值，并选择了设备工作电压。对设备输出信号的读数稳定性进行了广泛研究。它是在长时间的暗信号和有用信号测量中确定的。为了验证对无云天空进行偏振观测的方法，使用了当前原型机载紫外偏振仪 UVP 的改进版。它安装在 AZT-2 望远镜上（70 厘米镜子和 15 米焦距）。我们已经在 2017 年 9 月 26 日和 27 日使用改进的紫外偏振仪原型进行了偏振观测。请注意，从 9 月 24 日到 29 日，乌克兰基辅上空的所有白天和夜晚都万里无云。我们将望远镜对准天空中太阳偏角为零度的部分，与中央子午线成 1h 角。操作开始于 14:00 UTC+2 关闭望远镜的发条装置，并于 20:00 完成观测。我们使用位于可见光和紫外光光谱区域之间的 λ = 362 nm 滤光片进行观测，并使用直径为 0.5 mm 的光圈切割天空的一部分。压电马达以 45° 相同的角度旋转带有偏振元件（格兰棱镜）的调制器单元。因此，调制器分 8 步完成 360° 旋转。曝光时间选择为 2 秒。在操作开始时，有用的信号流约为每秒 300 k 个脉冲，暗流不超过每秒 20 个脉冲。获得的观测结果以及其他结果用于分析和后续处理。

具有低真实吸收率的各向同性小粒子散射光的 DLP 相位依赖性接近瑞利散射。但是，如果这些粒子的复折射率虚部显著增加，相位角的 DLP 最大值将分别向等于 60°/300° 的值偏移。在气溶胶物理参数不变的情况下，粒子散射光的 DLP 随波长减小而减小。模拟了具有最简单的非球形形状（例如，细长和扁球体、圆柱体）的静态均匀随机取向粒子集合的光散射特性。这些工作的结果表明，粒子形状对其散射的辐射特性有显著影响。然而，尝试模拟自然界中实际存在的具有复杂形状的气溶胶粒子（晶体、雪花、烟灰、灰尘等）的散射特性，遇到了无法进行分析描述和算法化这种问题的复杂性。观测数据处理结果证明了我们的方法和程序代码对光谱偏振测量数据分析的有效性，即白天和黄昏天顶天空的线性偏振度值相位依赖性。计算出的模型依赖性与测量数据在很宽的波长范围内的形状和绝对值一致，这表明重建的模型气溶胶参数值与其真实数据之间可能存在对应关系。

需要强调的是，所提出的技术可以确定整个大气柱平均的气体-气溶胶介质的可能参数，其高度由太阳的天顶距离决定。确定单个气溶胶模式的高度和特性的任务需要进一步研究。