Ultraviolettkiirgus ja atmosfääri seisund

Kalju Eerme, Uno Veismann, Ilmar Ansko,

Tartu Observatoorium

Tallinn 2009

Päikesekiirguse energia on oluline keskkonnategur

• Aasta jooksul muutub Maa kaugusel väljaspool atmosfääri ± 3.4 % ulatuses

• Sõltub laiuskraadist, pilvisusest, reljeefist, atm aerosoolisisaldusest ja üldisest saastatusest

• Integraalse päikesekiirguse aastane energiahulk horisontaalsele pinnale 1955-2009 kõigub Eestis ±10 % piires v.a. 1963 ja 2002, mil oli + 15 %.

• Päikeselised ja pilvised suved ning talved esinevad pigem grupiviisiliselt perioodiliselt kui juhuslikult

Integraalse päikesekiirguse aastast aastasse muutlikkus Tõraveres 1955-2008

Suvine poolaasta StD Aastasest• Summaarne kiirgus 89.7 % - 114.4 % 5.65 % 80.5 %• Otsekiirgus 74.4 % - 132.2 % 12.9 % 87.2 %• Päikesepaiste kestus 79.8 % - 132.9 % 9.9 % 75. 0 %

Talvine poolaasta• Summaarne kiirgus 75.1 % - 119.1 % 9.7 % 19.5 %• Otsekiirgus 59.5 % - 139.0 % 19.6 % 12.8 %• Päikesepaiste kestus 70.6 % - 143.5 % 15.6 % 25.0 %

Tüüpiline talvekuu päikesekiirguse suhteliste päevasummade jaotus

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2

G/Gclear

Fre

qu

en

cy

Tüüpiline suvekuu päikesekiirguse suhteliste päevasummade jaotus

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1

G/Gclear

Fre

qu

en

cy

G/Gclear keskväärtus/trimeaan suhe 1955-2008

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Aasta

ke

sk

min

e/t

rim

ea

an

Jaanuar

Juuli

G/Gclear jaanuari keskmine ja trimeaan 1955-2008

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

1950 1970 1990 2010

Aasta

kesk

min

e

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

1950 1970 1990 2010

Aasta

trim

eaan

Päikesekiirguse spektraalne koostis

UV ja muu kiirgus Päikese spektris

Lainepikkuste vahemik Suhteline osa• UV-C 100-280 nm 0.58 %• UV-B 280-315 nm 1.31 %• UV-A315-400 nm 6.20 %• Nähtav 400-700 nm 44 %• Lähi IR 700-1500 nm 37 %• Kaug IR > 1500 nm 11 %

UV kiirgus

• UV-B kiirguse (λ < 315 nm) kvandid suudavad lõhkuda orgaanilisi molekule ja kahjustada rakusiseseid struktuure. Kiirgus λ < 420 nm algatab atmosfääris fotokeemilisi reaktsioone

• Aktiinkiirguse voog iseloomustab footonite koguhulka ruumipunktis. Iseloomustab kiirguse fotokeemilist potentsiaali ja mõnevõrra ka bioloogilisi toimeid

Stratosfääri osoon piirab UV kiirguse jõudmist maapinnani

Osoonikihi paksuse aastane käik Eesti kohal 1979-2008

200

250

300

350

400

450

0 100 200 300

Päev aasta algusest

Os

oo

nik

ihi p

ak

su

s (

DU

)

UV kiirgus atmosfääris

• Fotokeemia• Osaleb saasteainete tekkes ja lagunemises• Lühilainelise piiri määrab stratosfääri osoon• UV-A kiirgus (λ > 315 nm) tuleb läbi pilvede

seda paremini mida lühem λ.• UV-B kiirgus neeldub pilvedes oluliselt• Pilved muudavad UV kiirguse spektraalset

koostist

Atmosfääri puhastus ja UV kiirgus

• Keemiline puhastus. Keemiliselt aktiivsed ühendid passiivsemaks. Oksüdeerumine - happed - kondensatsioon - sadestumine

• Oksüdeerumine sõltub OH radikaalide ja oksüdeeritavate ühendite hulgast

• UV-B kiirgus tekitab veeaurust OH radikaale ning mõjutab O3 ja teiste fotooksüdantide teket, millest oluline osa süsivesinike oksüdeerumise produktid

• Sõltuvad NOx ja UV-B kiirguse hulgast

Atmosfääri puhastus ja UV kiirgus

• Puhtas õhus UV-B kiirguse toimel osoonisisalduse kahanemine

• NOx ja süsivesinikke ohtralt sisaldavas saastatud õhus soodustab UV-B kiirgus osooni teket

• Osooni teket soodustavad kõrgem temperatuur ja suurem veeauru hulk õhus

• Intensiivsem konvektsioon tõstab osoonisisaldust vabas troposfääris, kõrgemal kui 2 km

Atmosfääri kiirguslik puhastus

• Sünteesitud ühendid (freoonid, haloonid jt.) keemiliseks reageerimiseks liiga passiivsed

• Lagunevad stratosfääri keskmistes ja ülemistes kihtides UV-C kiirguse toimel ja edasi osalevad keemilistes (osooni hävitavates) reaktsioonides

UV kiirguse mõjuspektridErüteemtundlikkus

Aasta ja suvise poolaasta erüteemdoos

350000

370000

390000

410000

430000

450000

470000

490000

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010Aasta

J∙m

-2

UV kiirguse mõjuspektrid

UV kiirguse rekonstrueerimise ja klimatoloogia COST 726 projekti

osalejad riigid

UV-kiirguse mõõtmised Eestis

• Toimuvad põhiliselt Tõraveres Tartu Observatooriumi ja EMHI koostöös

• Lairiba ja kitsasriba sensorid• UV-ERY (Scintec alates 1998), kitsasriba UV-B

(Kipp & Zonen, alates 2002), UV-A, UV-B• Spektromeetrid • Jadavastuvõtjaga minispektromeeter AvaSpec-256• Bentham topeltmonokromaatoriga spektromeeter

DMc150F-U

UV sensorid Tõravere vaatlusväljakul

Spektromeetri AvaSpec-256 optiline pea

AvaSpec ja Bentham samaaegsed spektrid

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

280 300 320 340 360 380 400 420

Lainepikkus (nm)

Kii

ritu

stih

ed

us

(W∙m

-2n

m-1

)

AvaSpec

Bentham

Bentham: erinevatel päevadel mõõdetud spektrid

0

100

200

300

400

500

600

280 300 320 340 360 380 400

Lainepikkus (nm)

Kiir

itu

sti

he

du

s (

mW

∙m-2

nm

-1)

16.06.2009 13:00 (pilves)

21.08.2009 13:00 (selge)