Спектрометр для оценки содержания SO2 в вулканических выбросах
Another Title
Spectrometer for Estimating SO2 Content in Volcanic Plumes
Bibliographic entry
Бручковский, И. И. Спектрометр для оценки содержания SO2 в вулканических выбросах = Spectrometer for Estimating SO2 Content in Volcanic Plumes / И. И. Бручковский, Г. С. Литвинович // Наука и техника. – 2023. – № 5. – С. 387-396.
Abstract
Автономный портативный спектрометр DEVI (Doas Expedition Volcanic Instrument) предназначен для полевых измерений наклонных содержаний SO2 в вулканических выбросах дистанционным оптическим методом DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy) в диапазоне 290–365 нм с разрешением не хуже 1 нм. Для его разработки были решены такие задачи, как: практическая реализация спектрометра, включающая в себя разработку оптической схемы; создание корпуса спектрометра, обеспечивающего функции уменьшения рассеянного излучения и удобство юстировки; использование набора дополнительных датчиков для регистрации условий измерений; проведение серии лабораторных измерений для определения характеристик спектрометра; проведение серии натурных измерений и предварительная обработка полученных данных с целью восстановления наклонных толщ диоксида серы в вулканическом выбросе. На этапе разработки спектрометра использовались методы численного моделирования оптических систем в программной среде Zemax, на этапе обработки экспериментальных данных для восстановления наклонных содержаний диоксида серы – метод DOAS. Представлены результаты лабораторных измерений характеристик спектрометра: спектральное разрешение 0,58 ± 0,5 нм, угловое поле зрения 1 × 0,25°. Экспериментально определенные параметры шума детектора DEVI применялись для построения математического фильтра с целью увеличения отношения сигнал – шум, что позволило оценить содержание диоксида серы в вулканических выбросах. DEVI успешно опробован в ходе экспедиций на Курильские острова в периоды 31.07–13.08.2021 и 27.07–29.08.2022, в результате чего восстановлена величина наклонного содержания (7,5 ± 1,2)·1017 молекул/см2 в выбросе вулкана Чиринкотан. Полученная оценка наклонного содержания диоксида серы согласуется с результатами, полученными различными научными группами с использованием аналогичного метода для других вулканов.
Abstract in another language
This work presents the development and implementation of an autonomous portable spectrometer DEVI (Doas Expedition Volcanic Instrument), designed to measure SO2 slant columns in volcanic plumes by remote optical method DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy) in the range of 290–365 nm with a resolution of at least 1 nm. To achieve this goal, the following tasks have been solved: practical implementation of the spectrometer, including design of optical scheme; design of a spectrometer housing for reducing scattered radiation and facilitate adjustments; applying of additional sensors to record measurement conditions; laboratory measurements to determine the spectrometer's characteristics; field measurements and preliminary data processing to retrieve SO2 slant columns in volcanic plumes. During the spectrometer design phase, numerical simulation methods in the Zemax software have been used, while DOAS was applied for processing experimental data for retrieving SO2 slant columns. Our laboratory measurements showed that the DEVI spectrometer has a spectral resolution of 0.58 ± 0.5 nm and an angular field of view of 1 × 0.25°. To improve the signal-to-noise ratio, mathematical filter based on the experimentally determined noise parameters of the DEVI detector has been introduced, which allowed us to estimate the SO2 slant columns in volcanic plumes. DEVI was successfully tested during expeditions to the Kuril Islands in the periods of July – August, 2021 and 2022 (31.07–13.08.2021 and 27.07–29.08.2022). Our field measurements and data processing showed the SO2 slant column value of (7.5 ± 1.2)·1017 molecules/cm2 for the volcano Chirinkotan. Obtained estimation is consistent with known results obtained for other volcanoes.
View/
Collections
- № 5[10]