The method for two-wavelength calibration of the Sun photometers upon two optical air masses
Authors: АБДУЛОВ Р.Н.о. 
Published: October 2022

Отмечается, что основным методом для калибровки солнечных фотометров до сих остается метод Ленгли. Основным недостатком метода Ленгли является временная нестабильность составляемых графических диаграмм, вызванная нестабильностью оптической толщины атмосферного аэрозоля. Временная нестабильность оптической толщины атмосферного аэрозоля приводит к изменению крутизны построенной диаграммы и, в конечном счете, к случайным смещениям графически вычисляемой калибровочной величины. Другой немаловажный недостаток метода Ленгли заключается в отсутствии полностью аналитического выражения для вычисления калибровочной величины и в необходимости осуществления графических построений. Для устранения первого из вышеизложенных недостатков были предложены ряд усовершенствований. В частности известен метод, позволяющий аналитически вычислить калибровочную величину при двух оптических массах, где нестабильность исходного метода сохраняется. Хорошо известно, что оптические массы различных газовых составляющих атмосферы значительно различаются при малых углах высоты Солнца. Следовательно, измерения, проведенные в широком диапазоне изменения угла высоты Солнца, точно не могут быть расценены как изменение общей оптической массы в таком же диапазоне. Это обстоятельство значительно ограничивает возможности известного метода. В настоящей статье излагается предлагаемый двухволновой метод калибровки солнечных фотометров при двух оптических воздушных массах. Показано, что переход от одноволнового метода к двухволновому позволяет существенно уменьшить аэрозольную погрешность метода калибровки при двух оптических массах. Предлагаемый в настоящей статье двухволновой метод калибровки солнечных фотометров при двух оптических массах позволяет исключить влияние изменчивых атмосферных условий на результат калибровки, имеющее место в известном одноволновом методе, реализуемым при двух значениях оптической массы, что создает потенциальную возможность повышение точности солнечнофотометрических исследований атмосферных газов и аэрозоля.

It is noted that the major method used for calibration of the Sun photometers is still the Langley method. The major weakness of the Langley method is temporal instability of drawn graphical diagrams, caused by instability of optical depth of atmospheric aerosol. The temporal instability of atmospheric aerosols optical depth leads to change in the steepness of drawn up diagrams and, as a result, to random shifts of graphically calculated calibration quantity. Another significant limitation of the Langley method is the lack of fully analytical formula for calculating calibration quantity and the necessity to draw the graphics. There are some modifications of the Langley method, for example, there is an analytical method making it possible to calculate the calibration quantity analytically upon two optical masses, where the instability of basic method remains. It is well known that optical masses of different atmospheric gas components significantly differ upon low height angle of the Sun. Thus, the measurements carried out in broadband of the Sun elevation angles variation cannot be estimated as variation of common optical mass in the same band. This fact significantly limits the possibilities of the known method. The article describes the suggested twowavelength method for calibration of the Sun photometers in two optical air masses. It is shown that transition from the onewavelength method to the twowavelength method make it possible to decrease significantly the aerosol error of calibration method applied upon two air masses. The twowavelength method for calibration of the Sun photometers upon two optical masses suggested in this article make it possible to remove the impact of atmospheric conditions on results of calibration inherent for the onewavelength method realized upon two optical masses. The suggested method makes it possible to increase the accuracy of sunphotometric measurements of atmospheric trace gases and aerosol.