Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut; Ministerie van Infrastructuur en Milieu

 
Het GLOBE Aerosolen Project
De Calitoo zonfotometer
De Calitoo is een nieuwe generatie zonfotometer voor het meten van de aerosol optische dikte (AOD), de opvolger van het bekende, oude "Globe kastje". De Calitoo heeft veel voordelen, met name: directe bepaling van de AOD in drie kanalen, stabielere resultaten, handigere bediening, slaat intern metingen op die met een PC uit te lezen zijn. Calitoo metingen kunnen ook ingevoerd worden op de GLOBE website.

 




Meten met de Calitoo zonfotometer
Een Calitoo zonfotometer
Calitoo zonfotometer
Net als met het oude "Globe kastje" meet de Calitoo zonfotometer het directe zonlicht, en de Calitoo moet dus ook op de zon gericht worden.

*** Kijk daarbij zelf nooit recht in de zon! ***

Metingen kunnen alleen uitgevoerd worden als de lucht (rond de zon) wolkenvrij is: er mogen geen resten van (sluier)bewolking of vliegtuigsporen zijn voor danwel vlak bij de zon.

Een duidelijk filmpje op YouTube laat goed zien hoe het meten met een Calitoo in z'n werk gaat. Ook de Calitoo handleiding geeft uitleg over het gebruik, en beschrijft ook de manier waarop de lichtmetingen omgezet worden naar waarden voor de aerosol optische dikte (AOD; in het Engels ook wel AOT: aerosol optical thickness).

Om de metingen betrouwbaar te maken is het verstandig om per meetsessie steeds 3-5 metingen per keer (d.w.z. binnen een paar minuten van elkaar) te doen. En het is verstanding om bij elke meetsessie ook een foto te maken van de lucht rond de zon en kort op te schrijven hoe de lucht eruit ziet, zodat je later kunt nakijken wat de situatie was als je iets vreemds denkt te zien in de data (zie ook de vragen op de Globe website bij het invullen van de gegevens, waarover verderop meer).

 

Voordelen van de Calitoo zonfotometer
De Calitoo heeft een aantal grote voordelen boven het oude "Globe kastje", samengevat in de volgende tabel.

  Calitoo oude kastjes
kanalen blauw, groen, rood
(465, 540, 619 nm)
groen, rood
(505, 625 nm)
bepaald direct AOD ja nee
plaats- & tijdsbepaling ja nee
interne calibratie ja nee
interne dataopslag ja nee
uitlezen met PC ja nee
temperatuurmeter ja ja
luchtdrukmeter ja nee
calibratie temperatuur -20° C à +55° C circa 20° C

Het feit dat de Calitoo zijn eigen plaatsbepaling doet (middels een GPS ontvanger) maakt dat de Calitoo makkelijk op verschillende plaatsen gebruikt kan worden. Meer hierover verderop bij een voorbeeld.

De Calitoo software

De Calitoo software voor het uitlezen van de data is beschikbaar voor Windows, Mac en Linux. Deze software is heel gebruikersvriendelijk en kan op een snelle manier de resultaten laten zien als een soort quick-look faciliteit. De software slaat de data op in een eenvoudig tekst bestand dat daarna verder verwerkt kan worden, bijv. met Excel; zie hieronder bij een voorbeeld.

De Calitoo software maakt het ook mogelijk een verbeterde calibratie uit te voeren, maar dat voert waarschijnlijk te ver voor GLOBE scholen.

 

Voorbeeld van Calitoo metingen
Als voorbeeld kijken we naar een tiental meetsessies verricht in de Utrechtse wijk Overvecht op 13 september 2016, een wolkenloze (en warme) nazomerdag. Tijdens elke meetsessie zijn 5 metingen verricht; de ruwe Calitoo data is in deze file te vinden. In een plot ziet dat er alsvolgt uit (klik op de plot voor een vergrote versie):

individuele AOD metingen Utrecht

Langs de horizotale as staat het moment van de metingen in UTC (Nederlandse zomertijd is UTC+2). Langs de verticale as staat de AOD (een dimensieloze grootheid). Met de kleuren blauw, groen en rood zijn de verschillende Calitoo golflengten weergegeven.

Als we de 5 metingen van elke sessie middelen krijgen we één meetpunt met een iets grotere nauwkeurigheid dan elk van de individuele metingen. Dat ziet er alsvolgt uit:

AOD metingen Utrecht

De "curves" van de verschillende kleuren volgend lijkt het erop alsof de vijfde meting (van 10:41 UTC) wat te hoog ligt. Zoiets zou kunnen wijzen op de aanwezigheid van wat dunne bewolking, maar de dag was wolkenvrij, dus het kan ook een reëel effect zijn.

In Cabauw, een 20-tal km ten zuidwesten van Utrecht-Overvecht, staat het officiële Nederlands AERONET meetstation. De data van dergelijke stations kan men via deze pagina downloaden (zie deze pagina voor uitleg over hoe dat gaat). Helaas meet een AERONET station bij iets andere golflengten dan een Calitoo. En de afstand tussen de twee meetpunten betekent dat er so-wie-so verschillen in de AOD zullen zijn: je kijkt niet naar precies dezelfde lucht. Maar toch kan er wel een redelijke vergelijking gemaakt worden, zoals het volgende plaatje laat zien.

Hieruit blijkt dat de iets hogere AOD in de Calitoo metingen van 10:41 UTC, t.o.v. de omliggende metingen, toch wel eens echt kan zijn. Toevallig zijn er op deze dag in Cabauw ook een paar metingen met een Calitoo gedaan. In de volgende plot zijn die weergegeven als open rondjes. Duidelijk is te zien dat de metingen in Cabauw en Utrecht vergelijkbaar zijn, maar niet precies overeen komen: de aerosol verdeling in Cabauw en Utrecht zijn niet hetzelfde.

AOD metingen Utrecht en Cabauw

De zgn. Ångstrom exponent is een maat voor de gemiddelde grootte van aerosol deeltjes: hoe groter de Ångstrom exponent, hoe kleiner de deeltjes. De Ångstrom exponent kan eenvoudig bepaald worden voor paren van AODs m.b.v. de tweede vergelijking op deze Wikipedia pagina; zie ook de Calitoo handleiding. De gemiddelde Calitoo metingen in Utrecht geven dan het volgende resultaat:

Angstrom exponent Utrecht

De grafiek bevat ook de curve van de door AERONET gerapporteerde Ångstrom exponent. Deze is gebasseerd op een iets groter golflengte-gebied dan het "blauw-rood" paar van de Calitoo metingen, maar de vergelijking laat een behoorlijk goede overeenkomst zien.

Geolocatie van de Calitoo meetingen

De Calitoo is uitgerust met een GPS ontvanger en men kan alleen meten als deze ontvangen signalen van voldoende GPS satellieten ontvangt voor een 3-dimensionale positie bepaling: lengte- en breedte-graad en hoogte boven zeeniveau. Zoals uit de file met de ruwe metingen blijkt, is het bepalen van met name de hoogte niet erg nauwkeurig geweest: deze varieert van 0 tot 90 m. De reden is dat de metingen vanaf een balkon van een (relatief laag) flatgebouw plaats vonden: in de buurt van bebouwing is GPS locatie bepaling niet erg nauwkeurig. Het is beter om de metingen te verrichten op een plek met een zo vrij mogelijke horizon -- bijv. het dak van het gebouw. Maar omdat de AOD niet heel gevoelig is voor hoogteverschillen van 100 meter, zijn bovenstaande resultaten toch wel betrouwbaar.

 

Calitoo meetresultaten & de GLOBE website
De meetresultaten van de Calitoo kunnen, net als met de oude "Globe kastjes", ingegeven worden op de GLOBE website. Helaas is het op dit moment niet mogelijk om het uitvoer bestand van de Calitoo als bestand door de website te laten inlezen: de metingen moeten ook nu handmatig ingevoerd worden.

Kies daarvoor bij je eigen organisatie plek waar de waarnemingen gedaan zijn (maak zonodig eerst een nieuwe site aan). Selecteer "New observations" bij "Aerosols". Selecteer dan "Yes" bij de vraag "Does your photometer measure AOT directly?" en kies "calitoo" in het lijstje onder "Photometer Model" -- zie het voorbeeld hieronder:

selectie op GLOBE website

Op deze pagina kunnen vervolgens de resultaten van 3 metingen ingevoerd worden. Aangezien het meten met een Calitoo handig en snel gaat, met automatische data opslag, raden we aan om telkens 5 metingen te doen: dat verhoogd de zekerheid. Bij eigen analyse kunnen die 5 metingen dan gemiddeld worden (zie voorbeeld hierboven); de 3 die het dichts bij elkaar liggen kunnen op de GLOBE website ingevoerd worden.

Het nadeel van de GLOBE website is dat je eerst een plaats ("site") van je metingen moet maken, waar je dan die metingen onderbrengt. Als je op veel verschillende plaatsen meet, moet je dus voor elke meetserie een aparte "site" aanmaken. Het zou handiger zijn als je gewoon per meter nummer de data inclusief de meetplaats kunt invoeren, maar zo fexibel is de GLOBE website dus nog niet.

Calitoo data problemen

Het kan gebeuren dat er iets mis gaat in de Calitoo bij het opslaan van de data. Voor een deel wordt dat er door de boven genoemde Calitoo software uitgehaald: dergelijke metingen komen dan niet in het bestand op de computer terecht (terwijl de gegevens wel te zien zijn in de "Reading mode" van de Calitoo zelf). Een reden te meer om liever 5 dan 3 metingen per meetsessie te doen.

Het probleem lijkt vooral op te treden in de GPS data; mogelijk zijn ze gerelateerd aan problemen met de GPS plaats bepaling (vergelijk de opmerkingen eerder op deze pagina). Zo gaf de Calitoo in de "Reading mode" bij een bepaalde meting die niet naar de computer overgezet was als lengtegraad   005°06..30M   in plaats van zoiets als   005°06.503E   en als hoogte   0000*m   i.p.v.   00005m   of zoiets. Daarnaast kan het gebeuren dat er in de data die wel naar de computer overgezet wordt als hoogte   0000M   staat i.p.v. 00005 -- dit kan eenvoudig met de hand gecorrigeerd worden in het computer bestand.

 

Een Calitoo zonfotometer aanschaffen
De Calitoo is een zonfotometer die gemaakt wordt in Frankrijk door het bedrijf Tenum, in samenwerking met o.a. CNES and GLOBE; zie de Calitoo website, waar ook de handleiding (in Engels en Frans) en de software voor het uitlezen van de Calitoo te vinden is.

Het oude "Globe kastje" werd aan GLOBE scholen ter beschikking gesteld via het KNMI. Met de Calitoo is dat niet het geval. Een school die een Calitoo zonfotometer wil gaan gebruiken zal deze zelf moeten bestellen via de Calitoo website, waarbij het goed is als het GLOBE lidmaatschap vermeld wordt.

Voorbeelden van de oude "Globe kastjes"
Globe zonfotometer
 
Het verzoek aan scholen die overstappen van het "Globe kastje" op de Calitoo is om het "Globe kastje" terug te sturen aan het KNMI (adres: KNMI, t.a.v. Dr. Jos van Geffen, Postbus 201, 3730 AE De Bilt).