Метеорология встречается с метрологией

Едва исследовательский самолет HALO входит в километровые облака, возвышающиеся над бразильскими тропическими лесами, как ученые оказываются в полной дымке, но могут полагаться на измерительные приборы, работающие на полную мощность. На борту находится HAI — новый высокоточный гигрометр Физико-технического федерального ведомства Германии (PTB).

Эта новейшая разработка метрологов была создана специально для использования на борту самолетов и в облаках. Устройство уже приняло участие в четырех исследовательских кампаниях и наработало более 300 часов. Это единственный в мире прибор, способный точно и одновременно определять, сколько воды в атмосфере находится в форме пара, конденсата, капель или льда. Эти данные помогают понять естественные и антропогенные процессы образования облаков и их влияние на климат. HAI достаточно надежен для полевого использования при сильно меняющихся температурах и давлениях, привязан к международной шкале влажности и не требует трудоемкой калибровки.

Последняя миссия HAI в рамках проекта ACRIDICON-CHUVA представляла собой крупную экспедицию с участием около 60 ученых из Германии, Израиля и Бразилии. На борту HALO, одного из самых современных исследовательских самолетов Немецкого аэрокосмического центра, прибор неоднократно влетал в облака над Амазонкой. Ученые изучали, в частности, влияние загрязнения воздуха над городами или районами вырубки и выжигания леса на формирование облаков.

Вода — важнейший парниковый газ, играющий различную роль в развитии климата. Облака охлаждают поверхность Земли, но также выступают как изоляционный слой. Измерить разные фазы воды сложно, так как ее состояние вещества может измениться уже в момент отбора пробы.

Специалисты PTB решили эту проблему с помощью многофазного водного датчика HAI. Прибор одновременно определяет содержание водяного пара и конденсированной воды в воздухе. Прочная открытая измерительная ячейка снаружи самолета напрямую измеряет содержание газообразного водяного пара в проходящем через нее воздухе. Другая двухканальная измерительная установка внутри самолета определяет общее содержание воды в пробе. Разница между этими измерениями позволяет определить содержание конденсированной воды.

HAI основан на особом варианте абсорбционной спектроскопии с перестраиваемым диодным лазером (TDLAS) с функцией самокалибровки. В сочетании с HALO это первый используемый авиационный быстрый гигрометр, непосредственно прослеживаемый к метрологической шкале влажности. В отличие от большинства других гигрометров, он обеспечивает результаты с низкой и четко определенной неопределенностью измерений.