Перечень используемого научного оборудования

Звенигородская научная станция является основной экспериментальной базой ИФА им. А.М. Обухова РАН. Содержит три научных полигона: полигон для исследования верхней атмосферы, распространения волн в атмосфере и оптики атмосферы. Оптический полигон включает в себя горизонтальную оптическую трассу длинной 650 м.

1. Стационарный комплекс BSRN (BaselineSurfaceRadiationNetwork) для проведения актинометрических наблюдений.

‑ Пиранометр Kipp&ZonenCMP21 предназначен для регистрации суммарного (прямого и рассеянного) солнечного излучения в диапазоне спектра 285-2800 нм. Погрешность измерений < 2 Вт/м2 . Работает автономно, требует обслуживания один раз в неделю.

‑ Датчик температуры/влажности VaisalaHUMICAPHMP110 предназначен для регистрации температуры воздуха в диапазоне –40-80ºС и относительной влажности воздуха в диапазоне 0-100%. Погрешности измерений: < 0.4ºС (температура), < 2.5% (влажность). Работает автономно, не требует обслуживания.

‑ Компьютер Gateway 2000PC, Model BATC .

‑ Барометр Vaisala BAROCAPPTB110 предназначен для регистрации атмосферного давления в диапазоне 600-1100 гПа, погрешность измерений 0.3 гПа. Является стационарным средством, работает автономно, не требует обслуживания.

‑ Пиргелиометр EppleyModelNIP предназначен для регистрации прямого солнечного излучения в диапазоне спектра 200-4000 нм; погрешность измерения < 0.5%. Работает автономно, требует обслуживания один раз в неделю

‑Инфракрасный радиометр EppleyModelPIR (2 шт.) предназначен для регистрации прямого и рассеянного теплового излучения в диапазоне спектра 3.5-50 мкм. Погрешность измерения < 3%. Работает автономно, требует обслуживания один раз в неделю.

‑ Анеморумбометр R.M.Young Model 05103VM ) предназначен для регистрации скорости ветра в диапазоне 0-100 м/с и направления ветра в диапазоне 0-360º; погрешность измерения: скорости ветра < 0.3 м/с, направления ветра <3º. Является стационарным средством, работает автономно, требует обслуживания один раз в неделю.

‑ Регистрирующий контроллер CampbellScientificCR23X предназначен для аналого-цифрового преобразования (АЦП) поступающих от приборов сигналов, разрядность АЦП 15 бит, частота выборки - 100 Гц, возможно одновременное подключение до 24 униполярных или 12 биполярных аналоговых сигналов, емкость встроенной памяти - 4 МБ, время осреднения измерений - 1 минута.

‑ Компьютер (ноутбук) ASUSEeePC900.

‑ Экваториальная монтировкаSky-WatcherEQ6/NEQ6.

‑ Вентиляторы EppleyModelVEN.

 2. Установка для измерения химического состава субмикронного аэрозоля

Проводит отбор (осаждение) проб аэрозоля на германиевые подложки с помощью импактора в течение суток с последующим измерением ИК-спектра пробы и определением химический состав аэрозоля. Состав установки:

‑ Спектрометр UR-20. Предназначен для измерения пропускания инфракрасного излучения в диапазоне волновых чисел 500-5000 см-1 . Погрешность измерений 8-10 см-1.

‑ Каскадный импактор. Предназначен для инерционного отбора (осаждения) проб аэрозоля в диапазоне размеров частиц от 0.1 до 10 мкм на германиевые подложки.

‑ Вакуумный насос МВНК. Предназначен для прокачки воздуха через импактор, который имеет воздушный тракты с очень высоким аэродинамическим сопротивлением. Производительность 16 л/мин. Остаточное давление 20 мм. рт. ст.

3. Солнечный фотометр CIMEL318A сети AERONET для измерения оптических свойств атмосферного аэрозоля.

4.Спектрофотометры ультрафиолетового, видимого и ближнего ИК диапазонов для измерений интегрального содержания и вертикального распределения химически активных газов (NO2, H2CO, O3 и др.) в тропосфере и стратосфере по наблюдениям спектров рассеянной солнечной радиации. Спектрофотометры типов Shamrock 303i, Oriel MS257i, Oriel MS260i, ЛОМО МДР-23 размещаются в помещении, имеющем специальные оптические входы. Диапазон длин волн 325-800 нм, в зависимости от исследуемого газа.

5. Газоанализаторы для измерения газового состава атмосферы и концентраций малых газовых примесей в приземном слое атмосферы.

‑ Газоанализатор NOи NO242i (Thermo Fisher Scientific Inc., США);

‑ Газоанализатор CO 48i (Thermo Fisher Scientific Inc., США);

‑ Газоанализатор метана и суммы неметановых углеводородовAPHA-360 (Horiba Instruments Inc., Япония);

6. Дифракционный светосильный спектрограф "СП-50" для спектрального наблюдения излучения верхней атмосферы. Используется с целью мониторинга изменения температурного режима и содержания малых газовых компонентов области мезопаузы (80-100 км) на основе регистрации колебательно-вращательных полос гидроксильного излучения верхней атмосферы.

7. Комплекс для измерения турбулентной структуры и динамики пограничного слоя атмосферы (АПС)

‑ Доплеровский 3-х лучевой акустический локатор (содар) Латан-3. Позволяет получать следующие данные: визуализацию турбулентной структуры АПС, тип стратификации атмосферы, высоту слоя перемешивания, вертикальные профили трех компонент скорости ветра, профиль показателя преломления звуковых волн, амплитуду и период внутренних атмосферных волн. Погрешность измерений скорости ветра ±0.3 м/с, высота измерений – до 600 м.

‑ Акустический термоанемометр USA-1, (METEK GmbH, Германия). Измеряет пульсации температуры и трех компонент скорости ветра с частотой до 20 Гц. Данные используются для расчета статистических характеристик атмосферной турбулентности.

‑ Метеорологический температурный профилемер MTP-5 (НПО "АТТЕХ", Россия). Позволяет измерять профиль температуры атмосферного пограничного слоя до высоты 1000 м. Погрешность измерений 0,3 0 С.

8. Комплекс метеорологических и актинометрических приборов. Огороженная метеорологическая площадка, предназначена для проведения метеорологических наблюдений. Имеются купола и поворотные системы для актинометрических наблюдений.

Выбор окрестностей г. Цимлянска для размещения научного полигона обусловлен уникальным сочетанием климатических условий и характера местности, представляющей собой плоский ландшафт, обеспечивающий в условиях устойчивых летних антициклонов, неискаженные ветровые потоки, необходимые для выполнения качественных и эталонных измерений и исследований в области атмосферной турбулентности и распространения акустических и оптических волн. На станции проводятся сезонные исследования турбулентности, волновых и вихревых структур, аэрозольного и газового состава атмосферы, атмосферного электричества, распространения звуковых волн, апробируются новые оригинальные методики измерения спиральности и завихренности, систем акустического зондирования атмосферы с повышенным пространственно-временным разрешением. Состав аппаратуры меняется в зависимости от задач конкретного полевого сезона.

Используемая в экспедиционных исследованиях аппаратура:

‑ Доплеровский содар Латан-3, 3-х лучевой частотно-модулированный Позволяет получать следующие данные: визуализацию турбулентной структуры АПС, тип стратификации атмосферы, высоту слоя перемешивания, вертикальные профили трех компонент скорости ветра, профиль показателя преломления звуковых волн, амплитуду и период внутренних атмосферных волн. Точность измерений скорости ветра: ±0.3 м/с, высота измерений до 600 м.

‑ Доплеровский мини-содар Латан-3М. Позволяет получать следующие данные: визуализацию турбулентной структуры АПС, тип стратификации атмосферы, высоту слоя перемешивания, вертикальные профили трех компонент скорости ветра, профиль показателя преломления звуковых волн, амплитуду и период внутренних атмосферных волн. Точность измерений скорости ветра: ±0.3 м/с.

‑ Метеорологический температурный профилемер МТП-5 (НПО "АТТЕХ", Россия). Позволяет измерять профиль температуры атмосферного пограничного слоя до высоты 1000 м. Погрешность измерений 0,30С.

‑ Комплекс акустических термоанемометров METEK и GILL для измерения характеристик атмосферной турбулентности. Измеряют пульсации температуры воздуха и трех компонент скорости ветра с частотой до 50 Гц. Созданная на их основе установка «циркулиметр» позволяет измерять спиральность атмосферного вихря.

‑ Системы высокоточных датчиков температуры и скорости ветра. Позволяет получать вертикальную и пространственную структуру поля температуры и скорости ветра в приземном слое атмосферы.

‑ Многоточечная система для регистрации пульсаций направления ветра и температуры .

‑ Комплекс для проведения актинометрических измерений Kipp&Zonen. Включает в себя два пиргелиометра, два пиранометра и систему сбора и регистрации данных. Получает данные о потоках приходящей и уходящей коротковолновой и длинноволновой радиации и радиационном балансе.

‑ Комплекс для измерения аэрозольного состава атмосферы. Включает лазерные аэрозольные спектрометры ЛАС–П (2 шт, 9 каналов от 0.15 мкм до 1.5 мкм и более) и оптико-электронные аэрозольные счетчики ОЭАС–05 (2 шт, 9 каналов от 0.2 мкм до 5 мкм и более), многоуровенную систему аэрозольных счетчиков Феникс-М, каскадные импакторы, системы отбора проб воздуха.

‑ Газоанализаторы LI-COR-7500 и LI-COR-7700 для измерения концентраций и турбулентных потоков углекислого газа, метана и водяного пара в атмосфере.

- Измерительные микрофоны фирмы “Brüel&Kjær” и микробарографы ИФА РАН для регистрации инфразвуковых волн в атмосфере.

‑ Датчики напряженности приземного электрического поля.

ВНС является ключевой фоновой озонометрической станцией в европейском регионе нашей страны. Ее специализация ‑ мониторинг содержания малых газовых и аэрозольных примесей в различных слоях атмосферы, а также оптических, радиационных и др. характеристик атмосферы, определяющих качество воздуха, состояние озонового слоя и изменение климата Земли. В окрестностях станции отсутствуют источники загрязнения атмосферы, ближайший курортный город Кисловодск находится в 18 км к северу.

‑ Спектрофотометр Brewer#43. Предназначен для измерения общего содержания и вертикального распределения озона, а также спектрального распределения УФ радиации. Наблюдения проводятся непрерывно, с 1989 г. Прибор содержит модифицированный спектрометр Эберта с фокусным расстоянием 16 см и апертурой f/6 с голографической дифракционной решёткой в 1800 линий/мм, работающей во втором порядке. Спектрофотометр размещён в всепогодном корпусе и предназначен для непрерывной работы на открытом воздухе в широких диапазонах температуры и влажности. Диапазон длин вол 285,6-332 нм.;

‑ Спектрофотометр МДР-23 (ЛОМО, Россия), сертифицированный NDACC. Предназначен для наблюдения общего содержания NO2 по регистрации спектров рассеянной солнечной радиации;

‑ Спектрофотометр MS-260i (Oriel Inc., США). Предназначен для наблюдений общего содержания NO2 по регистрации спектров рассеянной солнечной радиации Наблюдения проводятся с 2005 г.;

‑ ИК-спектрометр (ИФА РАН, Россия). Предназначен для измерения общего содержания CO, метана и водяного пара по регистрации спектров прямой солнечной радиации. Измерения проводятся периодически, с 2005 г.;

‑ Газоанализатор озона 1008AH (Dasibi Inc., США). Наблюдения проводятся с 1989 г.;

‑ Газоанализатор NO и NO2 TE42C-TL (Thermo Fisher Scientific Inc., США). Наблюдения проводятся с 2004 г.

‑ Газоанализатор моноксида углерода APMA-360 , (Horiba Inc., Япония). Наблюдения проводятся с 2003 г.;

‑ Двухканальный нефелометр для измерения массовой концентрации аэрозоля ФАН (Россия). Диапазон размеров частиц 0,01 - 15 мкм. Наблюдения проводились в период 2003-2011 гг.;

‑ Оптико-электронный аэрозольный счетчик ОЭАС (Россия). Диапазон размеров частиц 0,1 - 1,5 мкм. Наблюдения проводятся с 2006 г.;

 ‑ Автоматическая метеостанция VantagePro-2 ( DAVIS Instruments, США). Наблюдения проводятся с 2005 г..

Данные используются в интересах оценки экологического состояния курортов Кавказских Минеральных Вод и для исследования влияния режимов загрязнения атмосферы на здоровье населения низкогорных регионов. Проводятся наблюдения за экологической обстановкой, биоклиматическими характеристиками особо охраняемого курортно-рекреационного региона КМВ (в сотрудничестве с ФГБУ «ПГНИИ Курортлогии ФМБА России» и Кисловодского сектора научного отдела ФГБУ «Сочинский национальный парк» Министерства природных ресурсов и экологии РФ)

‑ Газоанализатор моноксида углерода К-100 (АО "ОПТЭК", Россия). Наблюдения проводятся с 2006 г.;

‑ Газоанализатор NO и NO2 P310A (АО "ОПТЭК", Россия). Наблюдения проводятся с 2006 г.;

‑ Двухканальный нефелометр для измерения массовой концентрации аэрозоля ФАН (Россия). Наблюдения проводятся с 2006 г.;

‑ Оптико-электронный аэрозольный счетчик ОЭАС (Россия). Наблюдения проводятся с 2006 г.;

 ‑ Автоматическая метеостанция Vantage Pro-2 ( DAVIS Instruments, США). Наблюдения проводятся с 2011 г.

Решением руководства г. Москвы в 1971 г. в ИФА создан специальный наблюдательный пункт для оперативного определения общего состояния примесей в воздушном бассейне над городом. Измерительные комплекс расположен на крыше здания ИФА РАН и во внутреннем дворе. Проводимые измерения позволяют оценивать экологическое состояние мегаполиса и его влияние на структуру атмосферного пограничного слоя.

1. Комплекс для исследования газового состава атмосферы и малых газовых примесей в приземном слое.

‑ Протонный масс-спектрометр Compact PTR-MS (Ionicon Inc., Австрия) Предназначен для измерения концентраций ряда летучих органических веществ (ацетилен, ацетонитрил, ацетальдегид, этанол, 1,3-бутадиен, бутены, ацетон, уксусная кислота, изопрен, метил-винил-кетон, пероксиацетилнитрат, бензол, терпены, 2-метилбутен-3-ол-2, толуол, фенол, стирол, ксилолы, пропилбензол, терпены, трихлоруксусная кислота), в диапазоне 0,5-1000 ppb, в реальном масштабе времени с быстродействием порядка 14 с.

‑ Анализатор изотопного состава метана G2132-i ( Picarro Inc., США). Предназначен для измерения концентраций метана в диапазоне 1,2-12 ppm, водяного пара в диапазоне 0,01-2,4%, углекислого газа в диапазоне 200-2000 ppm, а также содержания изотопа 13C в метане. Погрешность измерений для концентрации метана составляет 0,005 ppm, для CO2: 1 ppm и для водяного пара 0,01% абс.;

‑ Газоанализатор NO и NO2 TE42C-TL (Thermo Fisher Scientific Inc., США). Диапазон измерений составляет 0,05-200 ppb, относительная погрешность измерений не более 1%;

‑ Газоанализатор СO TE48S (Thermo Fisher Scientific Inc., США). Диапазон измерений 0,05-100 ppm;

‑ Газоанализатор озона 1008AH (Dasibi Inc., США). Диапазон измерений 1-1000 ppb, абсолютная погрешность измерений 1 ppb;

‑ Комплект газоанализаторов озона APOA-360, метана и суммы неметановых углеводородов APHA-360, диоксида серы APSA-360 и оксидов азота APNA-360 (Horiba Instruments Inc., Япония);

‑ Газоанализатор диоксида углерода LI-6262 (LI-COR Inc., США). Диапазон измерений 1-3000 ppm;

‑ Газоанализатор диоксида углерода ЕТ-200-20 (ООО "ЭТЭК", Россия). Диапазон измерений 10-1000 ppm;

‑ Газоанализатор метана и суммы неметановых углеводородов ГАММА-ЕТ (ООО "ЭТЭК", Россия). Диапазон измерений: 0,1-100 мг/м3;

‑ Газоанализатор озона 3.02П-А (АО "ОПТЭК", Россия). Диапазон измерений 0,001-0,5 мг/м3;

‑ Спектрофотометр MS260i (Oriel Inc., США) для наблюдения общего содержания и вертикального распределения озона и диоксида азота в тропосфере и стратосфере;

‑ Генератор озона ГС-024-1М (АО "ОПТЭК", Россия);

‑ Генератор нулевого воздуха Sonimix 3057В (LN Industries SA, Швейцария).

Приборы комплекса помещены во всепогодные шкафы, установленные на открытом воздухе. Применение всепогодных шкафов, вместо размещения приборов в рабочих помещениях, позволяет не создавать помех работе персонала и обеспечить надлежащую пожарную безопасность.

2. Комплекс для наблюдений атмосферного аэрозоля

‑ Счетчик аэрозольных частиц 1.108 (Grimm GmbH, Германия). Предназначен для измерения концентрации и распределения аэрозольных частиц по размерам в диапазоне от 0,1 мкг/м3 до 100 мг/м3 ;

‑ Измеритель концентрации аэрозольных частиц TEOM 1400ab (Thermo Fisher Scientific Inc., США). Предназначен для измерения концентрации атмосферного аэрозоля PM10 или PM2,5 в диапазоне от 0,06 мкг/м3 до 5 г/м3 .

3. Комплекс для измерения структуры и динамики атмосферного пограничного слоя

‑ Доплеровский содар Латан-3 

‑ Метеорологический температурный профилемер МТП-5 (НПО "АТТЕХ", Россия);

‑ Автоматическая метеорологическая станцияVantagePro-2, (DAVIS Instruments, США).