1 / 30

Hannes.Tammet@ut.ee 16. jaanuar 2013. a.

Mõõtmiste kavandamisest 1. Hannes.Tammet@ut.ee 16. jaanuar 2013. a. Varasem kogemus ja järeldused Ioonitekke intensiivsuse probleem Kergete ioonide dünaamika Ioonitekke intensiivsuse ja ioonineelu mõõtmise meetod.

jewel
Download Presentation

Hannes.Tammet@ut.ee 16. jaanuar 2013. a.

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Mõõtmiste kavandamisest 1 Hannes.Tammet@ut.ee 16. jaanuar 2013. a. • Varasem kogemus ja järeldused • Ioonitekke intensiivsuse probleem • Kergete ioonide dünaamika • Ioonitekke intensiivsuse ja ioonineelu mõõtmise meetod

  2. Hardo Aasmäe kirjutab tänases Päevalehes regionaalpoliitikast ja lõpetab niiviisi: Pärast I ilmasõda räägiti legendi Niels Bohrist. Sõjast purustatud Euroopa ei tahtnud maksta füüsika alusuuringute eest. Bohr kutsus oma laboratooriumi töötajad kokku ja ütles: „Härrased, meil puudub raha.Aeg on mõtlema hakata.”Meilgi on see aeg saabunud. Aga meil täna veel raha on...

  3. Varasem kogemus ja pragmaatilised järeldused Õhu elektrijuhtivust, atmosfääri ioone ja vertikaalvoolu on mõõdetud üle saja aasta. Enamus mõõtmisi on teostatud ajutiste kampaaniate korras ja kogutud andmed pole sageli säilinud. Readingi Ülikooli professor Giles Harrison on nii mõnegi saja aasta vanuse andmehulga arhiividest üles otsinud ja teinud nendest tähelepanu pälvinud klimatoloogilisi järeldusi. 1963. aastal asutas rahvusvaheliseks geofüüsika aastaks (1964–65) ettevalmistusi tegev NSVL hüdrometeoroloogiateenistus atmosfäärielektri vaatlusvõrgu, 1965. aastal asutati Atmosfäärielektri Maailma Andmekeskus (WDC/AE) ja ajavahemikus 1966–1993 koostati ja trükiti iga kuu vaatlusandmete tabeleid sisaldav brošüür. 1988. a. alates koguti andmeid ka magnetlintidele. Suur osa varasemaid andmeid digitaliseeriti tagantjärele. 1991. a. töötas veel 12 vaatlusjaama, nendest 4 Venemaal.

  4. A sample of original WDC data written in YaOD: (baidihaaval kodeeritud tabel) 599307096 4 1 1999999 9 7969999999999999970 2 599307096 4 1 2999999 8 7969999999999999970 2 599307096 4 1 3999999 8 696101088006190 221 1 599307096 4 1 4999999 8 7969999999999999921 1 599307096 4 1 5999999 7 6969999999999999921 1 599307096 4 1 6999999 8 696101088023190 321 1 599307096 4 1 7999999 8 7969999999999999921 1 Google otsing “world data centre on atmospheric electricity”annab 7 tabamust

  5. Kolokolov, V.P., 1981. On activity of WDC on atmospheric electricity (in Russian). Meteorologiya i Gidrologiya N2, 119–120. Dolezalek, H., 1992. The World Data Centre on atmospheric electricity and global change monitoring. Eur. Sci. Notes Inform. Bull. 92-02, 1–37. Gordyuk, V.P. and Tammet, H., 1992. Modernization of the world data center for atmospheric electricity. Proc. 9th Int. Conf. on Atmospheric Electricity, St. Petersburg, 1, pp. 46–49. Shvarts, Ya.M., Petrenko, I.A., Shchukin, G.G., 1999. Data processing system for surface layer atmospheric electricity A.I.Voeikov MGO RCARS. Proc. 11th Intern. Conf. Atmos. Electricity, 536–539. Paramonov, N.A., 1950. About the unitary variation of the atmospheric electric potential gradient (in Russian). Dokl. AN USSR 70, N1, 37–38. Shvarts, Ya.M., Oguryaeva, L.V., 1987. Long-term variation of atmospheric electric quantities in the ground layer of the atmosphere (in Russian), Meteorologiya i Gidrologiya N7, 59–64. Shvarts, Ya.M., Sokolenko, L.G., 2004. Results of long-term measurements of the potential gradient and partial polar electrical conductivities of air in ground layer of atmosphere on the territory of Russia (in Russian). Design and Technology of Electronic Devices N7, 55–60.

  6. Suuruselt järgmine andmestik on salvestatud Dr. Reinhold Reiteri juhtimisel Wank’i mäetipul (1780 m) Garmish-Partenkircheni lähedal 1972–1983. Enam kui 20 muutuja tunnikeskmised salvestati vahetult magnetlintidele. An extract form the original Wank data: (NB: päevikustruktuur) WANK. 06.12.77 STUNDENWERTE: T -00.4 -01.0 -02.2 -02.9 -01.8 -01.7 -00.1 +00.2 +00.7 +00.1 -00.1 -00.4 -00.4 -00.1 +00.5 -00.2 -00.5 -01.2 -02.0 -02.1 -02.3 -02.7 -02.8 -03.0 RF 21.5 21.8 24.2 26.2 22.4 24.0 20.7 22.8 29.8 36.1 41.1 43.8 45.9 49.4 47.6 50.6 52.8 58.6 61.2 63.7 76.1 83.8 88.1 89.5 E 1.275 1.238 1.257 1.292 1.199 1.294 1.255 1.413 1.915 2.221 2.492 2.599 2.723 2.996 3.015 3.046 3.110 3.279 3.228 3.335 3.926 4.197 4.379 4.383 1993–1998 salvestati Rootsis Uppsala ülikooli poolt magnetkandjale 11 parameetri tunnikeskmised, varasemad mõõtmistulemused on paberarhiivides. Pikk andmerida on salvestatud ka Tahkusel, see ei sisalda elektrivälja mõõtmisi aga sisaldab erinevalt teistest andmestikest ioonide liikuvusspektrite mõõtmisi.

  7. Reiter, R., 1977. Atmospheric electricity activities of the Institute for Atmospheric Environmental Research. In:Electrical Processes in Atmospheres. Steinkopff, Darmstadt, 759–796. Reiter, R., 1985. Fields, currents and aerosols in the lower troposphere. Steinkopff, Darmstadt. 22+714 pp. (Tõlge 1963. a. kirjutatud saksakeelsest raamatust). NB: Reiteri käsitluses hõlmab aerosool ka kergeid ioone. Reiter, R., 1992. Phenomena in Atmospheric and Environmental Electricity. Elsevier, Amsterdam. 542 pp. Israelsson, S., Tammet, H., 2001. Variation of fair weather atmospheric electricity at Marsta Observatory, Sweden, 1993–1998. J.Atmos. Solar-Terr. Phys. 63, 1693–1703. NB: Google annab “Marsta observatory” kohta 99 tabamust ja “Tahkuse observatory” kohta 405.

  8. Andmestik on salvestatud täiustatud päeviku vormis

  9. A joint dataset ATMEL2007Acontains atmospheric electric measurements and accompanying meteorological and air pollution measurements. It includes hourly averages of digitally available data from 13 stations including 7 stations of the former World Data Centre network and the Carnegieresearch vessel. Additional stations are Wank Peak (Germany), Marsta (Sweden), Tahkuse (Estonia), Tartu (Estonia), and Hyytiälä (Finland). The total amount of diurnal series of hourly average values in the dataset exceeds 500,000. 500 000 ööpäevarida sisaldavad 12 000 000 tunnikeskmist

  10. Whohas usedthis data? Hirsikko, A., Nieminen, T., Gagné, S., Lehtipalo, K., Manninen, H.E., Ehn, M., Hõrrak, U., Kerminen, V.-M., Laakso, L., McMurry, P.H., Mirme, A., Mirme, S., Petäjä, T., Tammet, H., Vakkari, V., Vana, M., Kulmala, M., 2011. Atmospheric ions and nucleation: a review of observations. Atmos. Chem. Phys. 11, 767–798. CONCLUSION ???

  11. START START PROBLEM MONEY THEORY INSTRUMENTS METHOD MEASUREMENTS MONEY DATA whynot INSTRUMENTS MEASUREMENTS DATA KNOWLEDGE PAPERS

  12. Hardo Aasmäe kirjutab tänases Päevalehes regionaalpoliitikast ja lõpetab niiviisi: Pärast I ilmasõda räägiti legendi Niels Bohrist. Sõjast purustatud Euroopa ei tahtnud maksta füüsika alusuuringute eest. Bohr kutsus oma laboratooriumi töötajad kokku ja ütles: „Härrased, meil puudub raha.Aeg on mõtlema hakata.” Meilgi on see aeg saabunud. Aga meie labori raha pole täna veel lõppenud.

  13. Koopia vanast ettekandest: Aeroioonide avastamine ja olemus Õhu elektrijuhtivus: Richmann 1744, Coulomb 1785 1834:William Whewell. Letter to Michael Faraday 5 May: ... For the two together you might use the term ions. Nobeli laureaadid: Thomson Rutherford Lenard Wilson Hess 1906 1908 1905 1927 1936 Kaasajal on aeroioonid teisejärguline uurimisobjekt ja üle 90% atmosfäärielektriteadusest on äikese- ja välgu-uuringud.Mitu Nobeli preemiat on nende uuringute eest antud?

  14. 7. augustil 2012. a. jõudis vesinikuga täidetud õhupall 5.3 km kõrguseni ja ioonitekke intensiivsuse kasv tõestas kosmilise kiirguse olemasolu(pilt on võetud varasemast lennust) Victor Franz Hess

  15. Ioonitekke intensiivsuse probleem 7. august 1912. a. Victor Francis Hess, 1883-1964(H. Dolezaleki sünniaasta)Hess, V.F. (1926) Die Elektrische Leitfähigkeit der Atmosphäre und ihre Ursachen. Vieweg & Sohn, Braunschweig. 8+174 pp. JGR 1994:

  16. Ühe Rn222 aatomi ja selle tütarde lagunemisel vabaneb ca 24 MeV, mille tulemusena tekib 24000000 / 35 ehk ca 680000 ioonipaari. 1 Bq m-3 põhjustab ioonitekke intensiivsuse ca 0.7 cm-3s-1.Radooni kontsentratioon maapinnalähedases õhus on tavaliselt1…5 Bq m–3 , millest järeldub ioonitekke intensiivsus 0.7…3.5 cm–3s–1. Täpsemalt vaata: Zhang, K., Feichter, J., Kazil, J., Wan, H., Zhuo, W., Griffiths, A. D., Sartorius, H., Zahorowski, W., Ramonet, M., Schmidt, M., Yver, C., Neubert, R. E. M., and Brunke, E.-G. (2011) Radon activity in the lower troposphere and its impact on ionization rate: a global estimate using different radon emissions, Atmos. Chem. Phys., 11, 7817–7838. Väide: Rn lagunemisest põhjustatud ionisatsioon on tavaliselt kosmilisest kiirgusest põhjustatud ionisatsioonist veidi suurem ja seda eriti boreaalses tsoonis talvel. Arvesse võtmata on veel maapinnast lähtuv gammakiirgus.

  17. 1 km2 18. aprill 1945969 pommitajat 19473 kilotonni katse Measurements by Hess at Helgoland:5.9 5.6 5.7 6.2 5.9

  18. Kergete ioonide dünaamika Mean concentrationof ions Polar concentrationof ions Attachmentcoefficient Weak polarity symmetry: We assume weak polarity symmetry c+β+ = c–β– and use notations n = (c+ + c–) / 2 for concentration of small ions and S = (S+ion + S–ion) / 2 for sink of ions on aerosol particles. General equation of small ion dynamics In case of very short timen = I t and ionization rateI = n / t. Unfortunately short time involves low n and large uncertainty. We will use t = 10 s when the loss of ions is considerable. was analytically solved by Hans Israël(Atmospheric Electricity, vol 1, p. 167)

  19. Hans Israël: Misprint

  20. Methodological problem: should we prefer analytic or numerical method? function relax1ion (n0, i_rate, alpha, sink, t : real) : real; {relaxation of small ion concentration, Israel vol 1 p 167, misprint in (212) is corrected, n0 is concentration at t = 0} var d, a, k, x : real; begin d := sink / (2 * alpha); a := sqrt (d * d + i_rate / alpha); k := (n0 + d - a) / (n0 + d + a); x := k * exp (- 2 * a * alpha * t); result := a * (1 + x) / (1 - x) - d; end; function relax2ion (n0, i_rate, alpha, sink, t : real) : real; {numerically integrated relaxation of small ion concentration, n0 is concentration at t = 0} var i, k : integer; dt, n : real; begin dt := 0.0001; k := round (t / dt); n := n0; for i := 1 to k do n := n + (i_rate - alpha*n*n - sink*n) * dt; result := n; end; An alternative method is numerical integrating: An alternative method is numerical integrating:

  21. t analytic numerical 0 100000 100000 1 86151 86152 2 75581 75581 3 67248 67248 4 60511 60510 5 54951 54951 6 50284 50285 7 46313 46313 8 42892 42893 9 39915 39916 10 37301 37301 WHY THIS CALCULATION?

  22. Ioonitekke intensiivsuse ja ioonineelu mõõtmise meetod Air inlet SIGMA 5 m & 10 s

  23. Measured concentration Voltage OK

  24. LARGEVESSEL Airinlet FILTER IONCOUNTER Väga lühikese laagerdamisaja puhul oleks mõõdetud n = I t. 10 sekundi jooksul aga jõuab aga osa ioone aerosooliosakestele sadestuda ja mingi osa ehk ka rekombineeruda ningI = n / t pole enam korrektne.

  25. If α and S are known then the ionization rate could be find as a solution of the equationn = f (0, I, α, S,10). Numeric experiment when assuming n (10 s) = 50 cm–3: S α=1.4e–6 α=1.6e–6 0.000 5.001 5.001 0.010 5.255 5.256 0.020 5.518 5.518 0.030 5.789 5.789 The effect of α variation appears to be negligible and we will use the value of 1.5×10–6 cm3s–1 in following. WHY?

  26. We can switch off the filter and measure nnat = n(∞), which satisfies the balance equation dn / dt = I – αnnat2 – Snnat = 0. Now we have two unknowns I and S, and two equations: n = f (0, I, α, S,10) I – αnnat2 – Snnat = 0 Let start from an arbitrary value of S, e.g. S = 0.01 s–1 and repeat: 1) estimate ionizaton rate I from the first equation, 2) calculate improved estimate of sink S = I / nnat – αnnat(second equation). A sample of four iterations at n(10 s) = 50 cm–3 and nnat = 500 cm–3: d := sink / (2 * alpha); a := sqrt (d * d + i_rate / alpha); k := (n0 + d - a) / (n0 + d + a); x := k * exp (- 2 * a * alpha * t); n := a * (1 + x) / (1 - x) - d; Initial sink S = 0.005: sink = 0.009505 ionization rate = 5.24269 sink = 0.009735 ionization rate = 5.24864 sink = 0.009747 ionization rate = 5.24895 sink = 0.009748 ionization rate = 5.24897 Initial sink S = 0.025: sink = 0.010555 ionization rate = 5.26983 sink = 0.009790 ionization rate = 5.25005 sink = 0.009750 ionization rate = 5.24902 sink = 0.009748 ionization rate = 5.24897

  27. filter onfilter offfilter onfilter offfilter onfilter off Filter SIGMA 5 m & 10 s

  28. LISAPRODUKT Filter pingestatud: ioonide vanus 0…10 s Filter pingestamata: ioonide vanus ca 100 s NB: see pilton pärit mujalt!

  29. OPEN Thank you !

More Related