Solar irradiation and atmospheric pollution

Summary

This report contains the results from 30-minute observations of UV (0.29 to 0.38 μm) and total solar irradiation, (0.3 to 3.0 μm) made on the rooftop of a medium size building in downtown Cincinnati. The one year data are obtained from a pyranometer and a UV radiometer used in conjunction with integrators and printout devices. UV and total direct solar irradiation data are analyzed in order to detect possible weekly pollution cycles. It is found that the average difference between weekday and Sunday values in Cincinnati is 3.6% and 29.2% for total direct and UV irradiation, respectively. Chi-square tests indicate significance of these differences at the 5% and 0.5% levels. Ratios of UV and total solar irradiation are presented as indices of atmospheric opacity and compared with turbidity coefficients. It is shown that the ratios vary relatively little irrespective of whether the atmosphere seems to be polluted or clean. Apparently the particle size distribution in a polluted atmosphere is no different from that in clean air. It is suggested that the small decrease in the ratio of UV to total solar irradiation for a polluted atmosphere may be due to selective absorption by gaseous pollutants. UV irradiation curves are used to analyze processes leading to fumigation and photochemical smog formation. Calculation of theoretical UV irradiation curves allows the exact assessment of the magnitude of UV attenuation due to pollutants. This attenuation ranges from 30% in clean to over 80% in smoggy atmospheres.

Zusammenfassung

Die Arbeit enthält die Ergebnisse von auf dem Dach eines mittelgroßen Gebäudes in der Stadt Cincinnati durchgeführten halbstündigen Beobachtungen von UV (0,29 bis 0,38 μm) und der Globalstrahlung (0,3 bis 3,0 μm). Die in einem Jahr mit einem Pyranometer und einem UV-Radiometer gewonnenen Beobachtungsdaten werden im Hinblick auf einen möglichen Wochenzyklus der Luftverunreinigung analysiert. Es ergab sich, daß die durchschnittlichen Unterschiede zwischen Werktags- und Sonntagswerten bei der Globalstrahlung 3,6% und bei der UV-Strahlung 29,2% betragen. χ²-Tests bestätigen die Signifikanz dieser Differenzen im 5%- und im 0.5%-Niveau. Die Werte des Verhältnisses von UV-zur Gesamtstrahlung werden als Indizes für die atmosphärische Trübung angegeben und mit Trübungskoeffizienten verglichen. Es wird gezeigt, daß diese Verhältniszahlen relativ nur wenig variieren, unabhängig davon, ob die Atmosphäre verunreinigt oder rein erscheint. Offenbar ist die Verteilung der Teilchengrößen in verunreinigter Luft nicht verschieden von der in reiner Luft. Es wird angenommen, daß die geringfügige Abnahme des Verhältnisses von UV- zu Globalstrahlung in verunreinigter Luft auf eine selektive Absorption durch gasförmige Verunreinigung zurückzuführen ist. Die Kurven der Tagesgänge der UV-Strahlung werden zur Analyse der Vorgänge verwendet, die zur Fumigation und photochemischen Smogbildung führen. Die Berechnung der theoretischen Tagesgänge der UV-Strahlung ermöglicht eine genaue Abschätzung der Größe der Schwächung der UV-Strahlung durch die Luftverunreinigungen. Diese Schwächung schwankt zwischen 30% in klarer und über 80% in Smogluft.