大氣臭氧測量
正文
大氣臭氧的測量包括鉛直氣柱中臭氧總量的測量和臭氧濃度鉛直分布的測量兩種。測量方法分直接法和間接法：前者對臭氧進行採樣分析；後者在臭氧層外進行測量，大都用光譜分析方法。臭氧測量結果，除採用通常的單位表示外，還用多布森單位，記為DU，它等於千分之一厘米（標準狀態臭氧層厚）。臭氧間接測量法 光譜分析法是觀測穿過大氣層的太陽直射光或散射光的光譜，然後計算出臭氧含量及其鉛直分布。在臭氧吸收帶中（見大氣臭氧層），太陽直射光或散射光穿過大氣層，受到臭氧分子的吸收，並受到氣體分子和氣溶膠粒子的散射。波長為λ的單色太陽光，通過大氣層時輻射強度的削弱服從比爾定律：
式中Ioλ、Iλ分別為通過大氣層前後的輻射強度；αλ為臭氧的吸收係數,βλ為單位鉛直氣柱空氣的散射係數;ζλ為氣溶膠粒子的散射係數;μ為光線通過臭氧層的路徑長度和鉛直厚度的比;m為光線通過大氣層的路徑長度和鉛直厚度的比;Ω為臭氧總量;θ為天頂角。其中μ、m和secθ均隨天頂角θ的增大而增大,故透過的光強Iλ隨天頂角的增大而減小。為了消除大氣的影響，可以選擇臭氧吸收差異大的兩個波段,兩個波長λ、λ′的輻射強度之比的對數
同太陽天頂距secθ成直線關係，其斜率為tgφ，則臭氧總量Ω為 
測量臭氧的常用光學儀器有多布森分光光度計和M-83濾光片臭氧儀。多布森分光光度計被認為是測量臭氧的標準儀器。其他類型的儀器都必須定期用它校準。M-83濾光片臭氧儀主要在蘇聯和歐洲的部分國家使用。
多布森分光光度計 G.M.B.多布森在1931年製成了測量紫外輻射（3000～3400埃）的分光光度計（見圖）。太陽光通過兩個稜鏡的折射分光，藉助轉動輪和擋光板，使從紫外區選擇的兩條不同波長的單色光交替地落到光電接收器上，產生交流電，經過放大和整流，輸出到微安計，就能指示臭氧含量。 光線經過視窗W 進入儀器，通過狹縫S1射到水晶稜鏡D1，狹縫S2、S3、S4分離出三個狹窄的光譜帶，它們的波長分別是3110埃、3290埃和4435埃，其中第三個波長不受大氣臭氧的影響，它是用來測量大氣的透明度的。當光線通過這些狹縫以後，射落到與D1完全相同的對稱的稜鏡D2上，再次分光後，都通過狹縫S5，射到光電管上。在S3的前面，放置了兩塊光楔ω，其方向相對，可以連續調節通過S3的光強。轉動輪上面有三個開口，在輪子轉動的時候，調好擋光板的位置，於是讓S2及S3的光線，或者S3及S7的光線交替通過，在光電管上感應的信息經放大,整流輸出。波長大於3110埃的太陽輻射,經稜鏡和透鏡表面，可能散射到光電管上引起干擾。採用雙稜鏡系統以後，可以抑制這種影響。調節光路上光楔的位置,使微安計電流為零,利用事先做好的光楔位置對應
曲線的刻度，測量時讀出值，從而可計算臭氧總量。為了提高測量精度，採用兩組波長進行觀測。通用的波長有四組:A組（3055埃、3254埃）,B組（3088埃、3291埃），C組（3114埃、3324埃），D組（3176埃、3398埃）。為了進一步消除氣溶膠粒子的影響,多用A、D兩組波長聯合測量大氣臭氧。 M-83濾光片臭氧儀 用濾光片分光，用電光光度計接收。為了消除大氣和氣溶膠的影響，除了臭氧吸收波段外，還有幾條測量大氣透明度的波段。M-83濾光片臭氧儀共有8個通道。第1通道（0.298微米）在哈特萊帶的邊緣，臭氧有較強的吸收；第2通道（0.326微米）在哈根斯帶,臭氧有較弱的吸收，臭氧吸收量在第1通道比在第2通道大幾十倍之多。第3～8通道(0.344～0.627微米)用以測量大氣透明度,以訂正大氣臭氧測量中分子散射和大顆粒散射作用。
其他 用氣象衛星也可以測得全球臭氧的分布。如雨雲4號衛星上用後向散射紫外光譜儀(buv)和紅外干涉光譜儀(IRIS)進行大氣臭氧的觀測。前者測量大氣對太陽光的後向紫外散射，它接收2500～3400埃中12個波段的紫外光譜，由此反演出大氣臭氧含量全球的分布；後者除了測量大氣溫度和濕度外,還測量大氣臭氧（9.6微米波段，在此波段中接收 4個波長的輻射）。將這兩種光譜儀結合起來，可以探測大氣臭氧濃度隨高度的分布，例如在雨雲 6號衛星上，有臨邊輻射反演輻射儀(LRIR)，它接收大氣臭氧9.6微米輻射帶的信息,用輻射傳輸方程反演，可獲得臭氧的鉛直分布。
臭氧直接測量法 用電化學或化學發光方法測量臭氧含量，可不受大氣透明度和天氣條件的限制，白天或黑夜均可進行觀測。
電化學方法測量臭氧：將含臭氧的空氣通過碘化鉀水溶液，其反應為
O3+2KI+H2O→I2+2KOH+O2
反應生成的碘分子數與臭氧含量成正比，當溶液中加進正（鉑）、負（銀或汞）電極和一個外電勢後，迴路中的電流正比於碘分子數，所以由測得的電流可以求得臭氧含量。化學發光法：用一種含有有機物若丹明B(rhodaminB)的矽土膠螢光粉和臭氧反應，反應中所發出的螢光和臭氧濃度成正比，再用光電倍增器測量發光強度即可測得臭氧含量，但其結果是相對值，經常要用其他臭氧儀器校準。這種方法反應快又無原子氧干擾，適用於室外測量。一般除在地面上使用外，還可製成探空儀進行高空測量，高度可達30公里。
若用火箭攜帶小型水晶光譜儀或濾光片測量高空的臭氧分布，測量的高度可大為增加。
臭氧測量方法各有優缺點，常常要用多種方法互相補充，互相比較，以求獲得完整可靠的資料。
