Наземные измерения солнечного спектра в ближней УФ области можно отнести к пассивным методам исследования средней атмосферы Земли. Интенсивность солнечного излучения в рассматриваемом спектральном диапазоне, доходящего до границы атмосферы, изменяется в течении года на 6,6% из-за изменения расстояния между Солнцем и Землей [1]. Флуктуации, связанные с циклическими изменениями солнечной активности, несомненно, также влияют на доходящую до Земли ультрафиолетовую радиацию (УФР). Используя Солнце в качестве источника зондирующего излучения, необходимо учитывать, что в регистрируемой приземной УФР будут проявляться вариации, связанные с гелиофизическим состоянием, то есть с различными циклами и вспышками на Солнце.

Изучение приземной УФР имеет ряд особенностей. Исследуемый спектральный диапазон является самой коротковолновой частью, из попадающего на земную поверхность солнечного излучения, в связи с чем возникают сложности с изучением этого диапазона. Проходя через земную атмосферу это излучение претерпевает значительные изменения. Его спектр изменяют молекулы так называемой чистой рэлеевской атмосферы, молекулы озона, распределенные от земли до высот порядка 100 км с максимумом содержания на высоте около 23 км, частицы аэрозоля, малые газовые примеси и другие, возможно, еще не известные составляющие земной атмосферы. Исследования приземной УФР должны позволить выявить и уточнить процессы и факторы участвующие в глобальных изменениях климата и атмосферы Земли.

Наибольшее влияние на приход приземной суммарной УФР оказывает угловая высота Солнца, в связи с чем имеются четко выраженные суточные и сезонные хода УФР (рис.1а и 1б). Очень сильно сказывается также синоптическая обстановка в момент измерений, особенно сильно это проявляется осенью, весной и летом – при больших углах Солнца (рис.1б). Из атмосферных составляющих, традиционно считается, что наибольшее поглощение в данном спектральном диапазоне приходится на долю озона, что не совсем верно и ниже будет показано примерное распределение по спектру долей поглощения трех основных атмосферных составляющих для этого диапазона (рэлеевской атмосферы, ОСО и аэрозоля).

1. Недостаточное спектральное разрешение измерительных приборов (D l >1 нм), в результате чего может одновременно регистрироваться излучение в полосах поглощения и пропускания озона, что приведет к занижению реакции регистрируемой УФР на изменения ОСО, или одновременно попадает излучение в полосах поглощения озона и какой-нибудь другой атмосферной составляющей, что также приводит к ошибке при оценках корреляции УФР и ОСО.
2. Недоучет влияния возможных трендов других атмосферных составляющих и соотнесение долговременного изменения УФР с влиянием только трендов ОСО. В некоторых работах указывается на изменение характера облачности в последние годы, что полностью или частично компенсирует увеличение УФР связанное с уменьшением ОСО.
3. Отмечающиеся зимние стратосферные потепления [4] также, хоть и незначительно, способствуют компенсации увеличения годовых сумм УФР, так как поглощение озона с ростом температуры увеличивается.

Опираясь на вышеизложенное, был спроектирован и изготовлен инструмент со спектральным разрешением порядка 0,1 нм, рабочим спектральным диапазоном 295-350 нм и динамическим диапазоном ~70 дБ. С его помощью проводятся ежедневные околополуденные спектральные измерения суммарной солнечной радиации в г. Иркутске (N=52,2⁰ E=104,3⁰) в двух диапазонах: 350-305 нм и 325-295 нм для расширения динамического диапазона в коротковолновой части спектра.

Кроме того изготовлен еще один УФ-спектрометр с такими же характеристиками, который установлен в 150 км от Иркутска в п. Торы (N=51,8⁰ E=103,04⁰), где атмосфера мало загрязнена и отличается высокой прозрачностью. Их совместные измерения УФР должны позволить оценить содержание загрязняющих атмосферу факторов, таких как NO₂, SO₄ и др. по степени их влияния на уровень и спектральный состав УФР. Торский УФ-спектрометр проводит измерения в течении всего светового дня с интервалом в полчаса, что позволит выделять в дальнейшем суточные, сезонные и годовые хода УФР.

Для проведения анализа необходимо правильно выбрать длины волн из всего регистрируемого спектра (рис.2). При выборе анализируемой длины волны необходимо знать, какая из атмосферных составляющих в какой степени влияет на ее поглощение, при этом лучшим выбором будет, если данную длину волны поглощает только одна компонента. По теоретическим расчетам в работе [5] вклад в ослабление потока от l =280 нм до l =350 нм для рэлеевского рассеяния возрастает от ~9% до ~42%, для озона уменьшается от ~85% до ~0,1% и для аэрозольной составляющей также возрастает от ~6% до ~57%.

Учитывая приведенные выше значения, с некоторой долей условности, регистрируемый спектральный диапазон можно разделить на три части: озонозависимая область, область равного поглощения, где доли поглощения от трех основных компонент примерно одинаковы, и озононезависимая область. Из озонозависимой части спектра выбрана l =310 нм. Из озононезависимой анализируется l =344 нм. Из средней области можно рассмотреть l =323,8 нм. Значения интенсивности на l =344 нм берутся из первого измерительного скана, а на l =310 нм и l =323,8 нм – из второго.

В линейном приближении изменения поглощений атмосферных компонент для выбранных длин волн получены следующие значения. Рэлеевское рассеяние при l =344 нм вносит 39,6%, при l =310 нм 23,6%. Поглощение озоном соответственно 6,2% и 47,4% и аэрозолем 53,4% и 28,6%. Следует, однако, оговориться, что если для рэлеевского рассеяния линейное приближение вполне применимо, для аэрозольного рассеяния - в меньшей степени, то для озона - в еще меньшей степени, поскольку он имеет достаточно резкие линии поглощения и при таком подходе важно не попасть на них. Видно, что на l =344 нм суммарная доля поглощения аэрозолем и рэлеевской атмосферой (~93%) значительно превышает поглощение озоном (~6%), поэтому излучение на l =344 нм может служить качественной характеристикой прозрачности (мутности) атмосферы, то есть озононезависимой характеристикой. А на l =310 нм поглощение озоном почти в 2 раза выше, чем влияние аэрозоля или рэлеевской атмосферы. К сожалению, не удается применять для анализа более короткие длины волн, где относительное влияние озона значительно выше, из-за слабого регистрируемого сигнала.

На рис.3 приведены графики относительного изменения УФР с l =310 нм, l =323,8 нм и l =344 нм, а также вариации озона [6] в период озоновой аномалии весной 1997 года над Восточной Сибирью [7]. Во время снижения уровня ОСО при весенней аномалии 1997 года на ~20% зарегистрировано увеличение УФР на длине волны 323,8 нм в среднем за наблюдаемый период на ~25% по сравнению с весной 1998 года, когда аномалий ОСО не наблюдалось, за тот же период, но не превысило соответствующего значения за осень 1997 года, когда снижение ОСО носило естественный сезонный характер. На двух других длинах волн наблюдалась схожая ситуация, с учетом лишь разных уровней УФР доходящих до земли.

1. В.А Белинский, М.П. Гараджа, Л.М. Меженная, Е.И. Незваль. Ультрафиолетовая радиация Солнца и неба. –МГУ. 1968 г. 228с.
2. А.М. Звягинцев, Г.М. Крученицкий. Озоновая аномалия над Россией в первом полугодии 1997 г. // Природа // 1997 г. №6.
3. Scotto J et al. Biologically effective ultraviolet radiation: Surface measurements in the United States. 1974 to1985. – Science, 1988, vol. 239, pp. 762-764.
4. Internet: http://strat-www.met.fu-berlin.de
5. Г.Ф. Банах, И.И. Ипполитов, Т.А. Лопасова. Влияние атмосферы на коротковолновую границу солнечной УФ-радиации у поверхности земли. // Космические исследования // 1986 г. т.XXIV вып. 6
6. Internet: http://jwocky.gsfc.nasa.gov