ドブソンオゾン分光光度計

ドブソンオゾン分光光度計

リンデンバーグ気象観測所のドブソン D071 分光光度計。
タイプ	紫外線分光光度計
発明家	ゴードン・ドブソン
最初の生産	1924

ドブソン分光光度計は、ドブソンメーター、ドブソン分光計、または単にドブソンとも呼ばれ、大気中のオゾンを測定するために使用された最も初期の機器の 1 つです。

ドブソン分光計は、1924年にイギリスの物理学者で気象学者のゴードン・ドブソンによって発明されました。^[2] この機器の開発の歴史については、こちら^[3]をご覧ください。また、ドブソンが開発した機器の一例が、オックスフォード大学物理学部に展示されています。^[4]

ドブソン分光光度計は、オゾン全量と大気 中のオゾンのプロファイルの両方を測定するために使用できます。^{[5] [6]}オゾンは三原子酸素O ₃です。オゾン分子は、地表に到達する前に大気中の有害な紫外線を吸収します。UVC放射はオゾン-酸素サイクルで吸収されるため、地表まで浸透しません。^[要出典]ただし、オゾンはこれらの周波数に対して不透明度が低いため、波長が長く有害性の低いUVBの一部とUVAの大部分は吸収されず、地球の地表まで大量に浸透します。使用される光源はさまざまです。直射日光の他に、晴れた空、月、星からの光を使用できます。

ドブソン分光計は、地球に到達する UVB 放射の相対的な強度を測定し、それを地上レベルの UVA 放射の強度と比較することで、オゾンの総量を測定します。大気からオゾンがすべて除去された場合、UVB 放射の量は地上の UVA 放射の量と等しくなります。オゾンは大気中に存在するため、ドブソン分光計は地上の UVA 放射と UVB 放射の比率を使用して、上層大気にUVC 放射を吸収するオゾンがどれだけ存在するかを判断できます。

比率は、機器の R ダイヤルを回すことで決定されます。R ダイヤルは 300 度回転できます。分光計は、オゾンの量を計算するために、2 つの異なる波長の強度、UVB (305 nm) と UVA (325 nm) ^[7]を比較します。ダイヤルを回すと、2 つの波長の光の強度が等しくなるまで、UVA 波長の光をフィルタリングして遮断します。フィルタリングされた強度が同じになると、入射時の 2 つの波長の比率を計算できます。結果はドブソン単位で測定され、柱内で標準温度および圧力(STP)に圧縮されたオゾンの 10 μm の厚さに等しくなります。測定している大気柱内のオゾンがすべて STP に圧縮されていた場合、mm 単位の圧縮された大気の厚さは、ドブソン単位での答えを 100 で割った値に等しくなります。

オゾンの垂直分布は、ウンケール法を使用して算出されます。この方法は、直接の紫外線ではなく、反射された紫外線の強度に依存します。オゾン分布は、太陽が沈むにつれて、同じ紫外線ペアの周波数の比率が時間とともに変化することから算出されます。「ウンケール」測定には約 3 時間かかり、高度 48 km までのデータが提供され、高度 30 km を超えると最も正確な情報が得られます。

ドブソン法には欠点があります。大気中のエアロゾルや汚染物質も同じ波長の光を吸収するため、その影響を強く受けます。測定は太陽の方向の狭い範囲で行われます。今日、この方法は衛星を含む他の方法で取得したデータを較正するためによく使用されています。

ドブソン分光光度計の最新版がいくつか存在し、引き続きデータを提供しています。

これまでに約 120 台のドブソンメーターが製造され、そのほとんどはロンドンの R&J Beck 社によるもので、現在も約 50 台が使用されています。最も有名なのはおそらく No. 31 と No. 51 でしょう。この 2 台は、 1984 年にイギリス南極調査局のジョー・ファーマンが南極上空のオゾンホールを発見した際に使用したものです。「世界標準ドブソン」No. 83 は、二次標準である No. 65 と同様に、米国商務省の NOAA が所有および運用しています。

現在も使用されている最も古い機器は、スヴァールバル諸島ニーオーレスンにあるノルウェー極地研究所の屋上に設置されている No.8 です。この機器には 1997 年の最新のデータが記録されています。

中国昆明で運用されているD003観測機器は2009年8月までのデータを報告した。観測所と観測機器の履歴は世界オゾン・紫外線データセンターで確認できる。^[8]

カナダ環境省（アラン・ウェスト・ブリューワー）は、キップ＆ゾーネン社製の「ブリューワー」分光光度計として知られる二重および単一モノクロメータ分光光度計を開発しました。^[9]

• ニューサイエンティスト、2008年9月20日