[TNO-logo]
Museum logo

MUSEUM "WAALSDORP"

Het OPAQUE-project: inrichting van de metingen

 

De transmissie van de atmosfeer in het zichtbare (fotopische) golflengtegebied

Deze parameter werd met de volgende instrumenten gemeten:
  • Een verstrooiingsmeter. In het zichtbare gebied is de verzwakking van de atmosfeer meestal gelijk aan de verstrooiing. Deze werd daartoe op Ypenburg over ca. 1 meter  met behulp van een AEG-Streulichtmesser (PTHF) gemeten.
  • Een transmissometer. Was een ELTRO-transmissometer (ELTR) en werd daartoe door de Koninklijke Militaire Academie (KMA) met een effectieve meetbasis van 1000 meter tussen zender en ontvanger gemodificeerd. Om deze effectieve meetafstand te bereiken werd een retro-reflector op 500m afstand van de gecombineerde zendontvanger opgesteld.
  • Een laser-scintillometer (LASCIN) welke uit een HeNe-laser en een detector bestond (TRBM) die geplaatst was op een hoogte van 2 meter boven het maaiveld en die op een afstand van 100 meter van elkaar stonden(zie onderstaande foto). Deze commerciële laser was een 2 mW laser met een openingshoek van 1 mm2 en een bundeldivergentie van ongeveer 1,6 mRad. De detector had een effectief oppervlak van 5,1 mm2 en de openingshoek voor ontvangst was 12,5 mRad. Om de fout veroorzaakt door achtergrondverlichting te elimineren werd een 633 nm filter voor de detector geplaatst ('het zogenaamde Rinkema-kastje', afbeelding rechts)

 

Gedeelte van de OPAQUE-opstelling. Op de voorgrond zijn vier verschillende regenmeters zichtbaar.In het gebouwtje erachter staan de visuele- en infrarood transmissometers. Erboven de ontvangantenne van de transmissometer voor mm-radargolven.

De transmissie van de atmosfeer in het infrarood golflengtegebied

Met een transmissometer van het fabricaat Barnes, Model 14-708 (IRSC) werd in het infrarood golflengtegebied met een smalle band van 4.0-4.1 µm en de banden 3.4 - 5.0 µm, 8.0 - 12.0 µm en 8.25 – 13.2 µm de verzwakking door de atmosfeer bepaald. Dit met een zwarte warmtebron (temp. + 650 0C)  als infraroodbron (IR) uitgevoerde instrument had als ontvanger een niet gekoelde thermistordetector op 500 m afstand van de warmtebron. Het Model 14-708 had alle componenten aan boord, die vereist werden voor een nauwkeurige kalibratie. Om te kalibreren was het slechts noodzakelijk de IR-bron dicht naar de ontvanger toe te bewegen en ze optisch op één lijn te zetten. Dan werd er een ingebouwd diafragma ingesteld en zag de ontvanger de bron alsof deze op 1 kilometer afstand zou staan. De ontvanger werd dan zo ingesteld dat het digitale display 100% van de door de bron uitgezonden straling in de vier genoemde spectrale banden weergaf.
Het meten van de straling in elk van de vier spectra nam ongeveer een minuut in beslag. Dus in totaal vier minuten te meten tijd. Ook op dit instrument wordt afzonderlijk ingegaan in combinatie met de metingen in het zichtbare spectrum en het (radar) millimeter golfgebied (94 GHz).

Afbeelding van het IR-transmissie meetinstrument

De verlichtingssterkte

Eveneens in het zichtbare golflengtegebied werd de verlichtingssterke in een horizontaal vlak en op vier in de windrichtingen (N, O, Z en W) geplaatste verticale vlakken gemeten. Op Ypenburg werd een door het Physisch Laboratorium RVO-TNO en de KMA ontwikkeld instrument (LUXM) opgesteld, waarbij een luxmeter via een kunststof (helder plastic) geleider en een roterende lichtkoppeling werd aangesloten aan meetvensters in de eerder genoemde vijf richtingen met nog eens twaalf extra richtingen (zie onderstaande figuur en foto).

De verstrooiing van de atmosfeer (luminantie) overdag (PVIS)

De hoeveelheid straling werd gemeten die in het fotopische golflengtegebied (0.34-0.74) in de vier windrichtingen (N, O, Z, W) ten gevolge van opvallend licht (zon, hemel) wordt verstrooid. Op Ypenburg werd daartoe een door de Universiteit van Californië (San Diego) ontwikkeld meetinstrument (PVIS) opgesteld. Een gevoelige optische ontvanger, uitgerust met een fotomultiplier ‘keek’ in een ruimte met een zeer lage reflectiecoëfficiënt die op een afstand van 23 cm was geplaatst. Het gehele apparaat werd draaibaar om een verticale as (zie figuur) opgesteld.

De verstrooiing van de atmosfeer (luminantie) bij nacht (NPRD)

Eenzelfde gevoelige optische ontvanger als hierboven genoemd “keek” nu over een afstand van 100 meter in oostelijke richting in een ruimte met een eveneens zeer lage reflectiecoëfficiënt. Met een door het Physisch Laboratorium RVO-TNO ontwikkelde Tele Luminantie Meter werd de gemeten luminantie van de optische ontvanger vergeleken met die van een ingebouwde gestabiliseerde zwakke lichtbron. Door een soort van compensatie toe te passen met een door een servomotor aangedreven grijswig en een aantal filters was het mogelijke een dynamisch bereik van 10 decaden te realiseren. Daarmee werd een overlap met de overdag gemeten verstrooiing in alleen de oostelijke richting mogelijk.

De “overall”-transmissie door een kolom atmosfeer

In een aantal golflengtegebieden werd de zonnestraling gemeten (PYRH).

 

Pyrheliometer: fotopisch 0,55 µm, 0,87 µm, 0,945 µm, 1,06 µm, 0,40 µm en 0,75 µm.

 

 

Daarnaast werd er in de open en gesloten toestand van de ontvanger gemeten. De meter was op een astronomische tafel gemonteerd en bleef daarmee op de zon gericht. In de nacht werd de tafel weer 3600 teruggedraaid. Op alle OPAQUE meetstations werden t.b.v. deze metingen Eppley pyrheliometers van het thermo-elektrische type geplaatst. Uit de responsie bij de diverse golflengten verwachtte men conclusies te kunnen trekken over de samenstelling van de atmosfeer. De straling werd bij dit type opgevangen op twee concentrisch zilveren ringen, waarvan de buitenste was bedekt met magnesiumoxide (wit oppervlak) en de binnenste ring met lampenzwart. Een opbouw met thermokoppels (thermopile) werd gebruikt om het verschil in temperatuur tussen de beide ringen te meten. Ook waren er voorzieningen aangebracht om de directe en diffuse zonnestraling te meten.

De meteoparameters

Om verbanden tussen de eerder genoemde parameters en het weer te bepalen werden op alle OPAQUE-stations de volgende meteoparameters op elk uur gedurende het etmaal gemeten:
  • de temperatuur
  • de atmosferische druk
  • de relatieve vochtigheid (Hygrometer)
  • de dauwpunttemperatuur
  • de windsnelheid en windrichting zowel op 2 m als op 10 m hoogte
  • de regenval (mm/uur)
  • de regensnelheid (integratietijd ~ 1 min)

Daarnaast werd zo mogelijk de bewolkingsgraad en de grondtoestand bepaald. De wolkenvormingssterkte ofwel de procentuele bedekkingsgraad werd met het zogenoemde “SCORPIO” meetinstrument gemeten.

     

De samenstelling van deeltjes in de lucht

Door het Atmospheric Sciences Laboratory, White Sands Missile Range, New Mexico, werd op alle OPAQUE-stations een zogenaamde Atmospheric Particulate Collector opgesteld, waarmee luchtbestanddelen werden aangezogen en neergeslagen op een filter. Deze filters werden elke week vervangen en opgestuurd naar White Sands om er te worden geanalyseerd.

 

Aanvullende metingen

Op veel OPAQUE stations werden aanvullende meetprogramma’s uitgevoerd. Veelal werd de meetfrequentie groter gekozen dan de verplichte eenmaal per uur (b.v. de transmissiemetingen tijdens slechtzicht perioden) of werd de voorgeschreven parameter in meerdere richtingen gemeten. Op nagenoeg elke meetplaats werd een aerosolteller geplaatst. Met een opstelling, samengesteld uit een meetcabine met aanzuiginrichting en een Model 225 Royco Optical Particle Counter 10 werd de grootteverdeling van de aerosolen (deeltjes in de lucht) gemeten. Deze deeltjes hebben een grote invloed op de transmissie- en verstrooiingseigenschappen in zowel het zichtbare als infrarode golfgebied.

Door het Air Force Geophysics Laboratory, Bedford, Massachusetts in de VS werden vluchten uitgevoerd met een geďnstrumenteerd Hercules C-130 vliegtuig. Met dit vliegtuig werden optische- en atmosferische parameters als functie van de hoogte gemeten in de omgeving van de OPAQUE- meetstations.

Het DFVLR (Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen) voerde éénmaal per maand een week lang meetvluchten via Rotterdam uit tussen Zuid- en Noord-Duitsland onder andere om de laterale variaties en verbanden tussen de parameters te meten. Op de Duitse meetplaats te Birkhof en op Ypenburg werden de transmissie-eigenschappen van de atmosfeer voor het radar mm-golfgebied gemeten. Daartoe werden er ook regendruppeltellers opgesteld, waarmee de grootteverdeling van de regendruppels werd bepaald.

Op enkele OPAQUE meetlocaties werden wolkencamera’s en apparatuur om de CO2-concentratie te bepalen opgesteld.

          
 


     


Museum Homepage