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GBMS


Spettrometro ad eterodina operante tra 230 e 280 GHz per la misura di composti chimici nella media atmosfera

Il GBMS (clicca per ingrandire)

Il GBMS è un sistema di telerilevamento da terra capace di stimare la distribuzione verticale di composti chimici nella media atmosfera. La tecnica utilizza un “mixer” a superconduzione (SIS, superconductor-insulator-superconductor) per convertire il segnale atmosferico osservato a lunghezze d’onda di ~1 mm (300 GHz in frequenza) in un segnale alla frequenza intermedia (IF) di 1.4 GHz. Il segnale IF può essere quindi amplificato con elementi ad alto guadagno e basso rumore (raffreddati a ~4 K) e poi trasmesso a spettrometri acusto ottici (AOS) caratterizzati da una banda passante di 600 MHz ed una risoluzione massima di 65 kHz.
La finestra in frequenza di 600 MHz è sintonizzabile tra 230 e 280 GHz (7.7-9.3 cm-1) ed in questa intervallo il GBMS misura righe di emissione rotazionale di diversi composti atmosferici. Poiché la forma delle righe spettrali dipende fortemente dalla concentrazione della specie chimica in funzione della quota (a causa dell’allargamento collisionale della riga), la distribuzione verticale del composto osservato può essere ottenuta “invertendo” la riga misurata. In particolare, con una banda passante di 600 MHz ed una risoluzione massima di 65 kHz, ed assumendo un allargamento di riga medio di circa 3 MHz/mbar, il GBMS permette di ricavare profili verticali dei composti osservati tra ~17 e 75 km.
Nell’intervallo di frequenze osservate dal GBMS il vapor acqueo troposferico assorbe la maggior parte della radiazione emessa dall’alta atmosfera. Per questo motivo, per poter effettuare misure da terra tra 200 e 300 GHz è importante avere bassi valori di contenuto colonnare di vapor acqueo. Il GBMS è quindi operativo solo da stazioni polari o di alta montagna.

Figura 1
Alcuni esempi di righe spettrali osservate (sinistra) e di profili verticali di concentrazione ricavati (destra)

Il GBMS è stato progettato e costruito alla State University of New York per lo studio di fenomeni legati all’assottigliamento dello strato d’ozono stratosferico. Misura ozono e diversi altri composti minoritari legati al ciclo stagionale di distruzione dell’ozono polare. Negli ultimi 10 anni campagne di misura sono state condotte da basi antartiche (McMurdo e South Pole), artiche (Thule Air Base, Groenlandia), ed ultimamente dal sito alpino di Testa Grigia (o Plateau Rosa, 45.9°N, 7.7°E, elev. 3500 m s.l.m.). Il prossimo inverno (2008-2009) il GBMS verrà nuovamente installato presso la base di Thule per svolgere un’altra campagna di misura nelle zone polari.


 


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