Monikanavaisen infrapunaspektroskopian soveltaminen lumen ominaisuuksien mittaukseen

Timo Hyvärinen

Research output: Book/ReportReport

Abstract

Tutkimuksessa selvitettiin spektroskooppisen heijastusmittauksen soveltuvuutta lumen vapaavesipitoisuuden, raekoon ja tiheyden mittaamiseen. Lumen heijastavuus ja absorption vaikutus heijastusspektriin riippuvat voimakkaasti raekoosta. Jään ja veden absorptiospektrierojen vuoksi vapaavesipitoisuuden vaihtelu näkyy lumen heijastusspektrissä. Rajatussa mittausgeometriassa myös partikkelitiheyden vaihtelulla on pieni vaikutus heijastusspektriin. Säteilyn siirtymisyhtälön delta-Eddington-approksimaatioon perustuva heijastusmalli kuvaa sovitettuna lumen heijastavuutta sekä sen riippuvuutta raekoosta ja vapaavesipitoisuudesta erittäin hyvin rajoitetulla aallonpituusalueella. Erityyppisten lumien spektrimittausten ja heijastusmallin pohjalta työssä kehitettiin kolmea NIR-aallonpituutta käyttävä spektroskooppinen heijastusmittausmenetelmä, jolla voidaan määrittää lumen keskimääräinen raekoko sekä vapaavesipitoisuus raekoosta ja tiheydestä riippumatta. Menetelmä ei vaadi näytteenottoa, on helppokäyttöinen ja nopea; yksi mittaus kestää n. 10 s. Menetelmän formulointi on yksinkertainen ja mahdollistaa soveltamisen interferenssisuotimiin perustuvassa analysaattorissa. Kehitetyn menetelmän tarkkuus on riittävä useimpiin sovellutuksiin. Teoreettisten tarkastelujen mukaan vapaavesipitoisuuden mittauksen epätarkkuus on 0,5 - 0,9 tilavuus-%. Kannettavalla analysaattorilla tehdyissä kenttäkokeissa dilatometriin verrattuna NIR-menetelmän tulosten keskihajonta ja korrelaatiokerroin olivat 1,2 tilavuus-% ja 0,94 käytettäessä aallonpituuksia 1035, 1160 ja 1275 nm. Merkittävä osa tulosten hajonnasta johtui dilatometrin virheistä. Keskimääräisen raekoon määrityksessä epätarkkuus on mittausten mukaan 0,1 mm alle 0,7 mm:n rakeilla ja 0,2 mm isommilla rakeilla.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages78
ISBN (Print)951-38-3087-X
Publication statusPublished - 1988
MoE publication typeD4 Published development or research report or study

Publication series

SeriesValtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports
Number527
ISSN0358-5077

Fingerprint

snowpack
spectroscopy

Keywords

  • IR spectroscopy
  • NIR
  • reflection
  • snow
  • measurements

Cite this

Hyvärinen, T. (1988). Monikanavaisen infrapunaspektroskopian soveltaminen lumen ominaisuuksien mittaukseen. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports, No. 527
Hyvärinen, Timo. / Monikanavaisen infrapunaspektroskopian soveltaminen lumen ominaisuuksien mittaukseen. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1988. 78 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports; No. 527).
@book{c1bd2f6ad1ff49eaa8cef69f8e1242ef,
title = "Monikanavaisen infrapunaspektroskopian soveltaminen lumen ominaisuuksien mittaukseen",
abstract = "Tutkimuksessa selvitettiin spektroskooppisen heijastusmittauksen soveltuvuutta lumen vapaavesipitoisuuden, raekoon ja tiheyden mittaamiseen. Lumen heijastavuus ja absorption vaikutus heijastusspektriin riippuvat voimakkaasti raekoosta. J{\"a}{\"a}n ja veden absorptiospektrierojen vuoksi vapaavesipitoisuuden vaihtelu n{\"a}kyy lumen heijastusspektriss{\"a}. Rajatussa mittausgeometriassa my{\"o}s partikkelitiheyden vaihtelulla on pieni vaikutus heijastusspektriin. S{\"a}teilyn siirtymisyht{\"a}l{\"o}n delta-Eddington-approksimaatioon perustuva heijastusmalli kuvaa sovitettuna lumen heijastavuutta sek{\"a} sen riippuvuutta raekoosta ja vapaavesipitoisuudesta eritt{\"a}in hyvin rajoitetulla aallonpituusalueella. Erityyppisten lumien spektrimittausten ja heijastusmallin pohjalta ty{\"o}ss{\"a} kehitettiin kolmea NIR-aallonpituutta k{\"a}ytt{\"a}v{\"a} spektroskooppinen heijastusmittausmenetelm{\"a}, jolla voidaan m{\"a}{\"a}ritt{\"a}{\"a} lumen keskim{\"a}{\"a}r{\"a}inen raekoko sek{\"a} vapaavesipitoisuus raekoosta ja tiheydest{\"a} riippumatta. Menetelm{\"a} ei vaadi n{\"a}ytteenottoa, on helppok{\"a}ytt{\"o}inen ja nopea; yksi mittaus kest{\"a}{\"a} n. 10 s. Menetelm{\"a}n formulointi on yksinkertainen ja mahdollistaa soveltamisen interferenssisuotimiin perustuvassa analysaattorissa. Kehitetyn menetelm{\"a}n tarkkuus on riitt{\"a}v{\"a} useimpiin sovellutuksiin. Teoreettisten tarkastelujen mukaan vapaavesipitoisuuden mittauksen ep{\"a}tarkkuus on 0,5 - 0,9 tilavuus-{\%}. Kannettavalla analysaattorilla tehdyiss{\"a} kentt{\"a}kokeissa dilatometriin verrattuna NIR-menetelm{\"a}n tulosten keskihajonta ja korrelaatiokerroin olivat 1,2 tilavuus-{\%} ja 0,94 k{\"a}ytett{\"a}ess{\"a} aallonpituuksia 1035, 1160 ja 1275 nm. Merkitt{\"a}v{\"a} osa tulosten hajonnasta johtui dilatometrin virheist{\"a}. Keskim{\"a}{\"a}r{\"a}isen raekoon m{\"a}{\"a}rityksess{\"a} ep{\"a}tarkkuus on mittausten mukaan 0,1 mm alle 0,7 mm:n rakeilla ja 0,2 mm isommilla rakeilla.",
keywords = "IR spectroscopy, NIR, reflection, snow, measurements",
author = "Timo Hyv{\"a}rinen",
year = "1988",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-3087-X",
series = "Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "527",
address = "Finland",

}

Hyvärinen, T 1988, Monikanavaisen infrapunaspektroskopian soveltaminen lumen ominaisuuksien mittaukseen. Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports, no. 527, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Monikanavaisen infrapunaspektroskopian soveltaminen lumen ominaisuuksien mittaukseen. / Hyvärinen, Timo.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1988. 78 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports; No. 527).

Research output: Book/ReportReport

TY - BOOK

T1 - Monikanavaisen infrapunaspektroskopian soveltaminen lumen ominaisuuksien mittaukseen

AU - Hyvärinen, Timo

PY - 1988

Y1 - 1988

N2 - Tutkimuksessa selvitettiin spektroskooppisen heijastusmittauksen soveltuvuutta lumen vapaavesipitoisuuden, raekoon ja tiheyden mittaamiseen. Lumen heijastavuus ja absorption vaikutus heijastusspektriin riippuvat voimakkaasti raekoosta. Jään ja veden absorptiospektrierojen vuoksi vapaavesipitoisuuden vaihtelu näkyy lumen heijastusspektrissä. Rajatussa mittausgeometriassa myös partikkelitiheyden vaihtelulla on pieni vaikutus heijastusspektriin. Säteilyn siirtymisyhtälön delta-Eddington-approksimaatioon perustuva heijastusmalli kuvaa sovitettuna lumen heijastavuutta sekä sen riippuvuutta raekoosta ja vapaavesipitoisuudesta erittäin hyvin rajoitetulla aallonpituusalueella. Erityyppisten lumien spektrimittausten ja heijastusmallin pohjalta työssä kehitettiin kolmea NIR-aallonpituutta käyttävä spektroskooppinen heijastusmittausmenetelmä, jolla voidaan määrittää lumen keskimääräinen raekoko sekä vapaavesipitoisuus raekoosta ja tiheydestä riippumatta. Menetelmä ei vaadi näytteenottoa, on helppokäyttöinen ja nopea; yksi mittaus kestää n. 10 s. Menetelmän formulointi on yksinkertainen ja mahdollistaa soveltamisen interferenssisuotimiin perustuvassa analysaattorissa. Kehitetyn menetelmän tarkkuus on riittävä useimpiin sovellutuksiin. Teoreettisten tarkastelujen mukaan vapaavesipitoisuuden mittauksen epätarkkuus on 0,5 - 0,9 tilavuus-%. Kannettavalla analysaattorilla tehdyissä kenttäkokeissa dilatometriin verrattuna NIR-menetelmän tulosten keskihajonta ja korrelaatiokerroin olivat 1,2 tilavuus-% ja 0,94 käytettäessä aallonpituuksia 1035, 1160 ja 1275 nm. Merkittävä osa tulosten hajonnasta johtui dilatometrin virheistä. Keskimääräisen raekoon määrityksessä epätarkkuus on mittausten mukaan 0,1 mm alle 0,7 mm:n rakeilla ja 0,2 mm isommilla rakeilla.

AB - Tutkimuksessa selvitettiin spektroskooppisen heijastusmittauksen soveltuvuutta lumen vapaavesipitoisuuden, raekoon ja tiheyden mittaamiseen. Lumen heijastavuus ja absorption vaikutus heijastusspektriin riippuvat voimakkaasti raekoosta. Jään ja veden absorptiospektrierojen vuoksi vapaavesipitoisuuden vaihtelu näkyy lumen heijastusspektrissä. Rajatussa mittausgeometriassa myös partikkelitiheyden vaihtelulla on pieni vaikutus heijastusspektriin. Säteilyn siirtymisyhtälön delta-Eddington-approksimaatioon perustuva heijastusmalli kuvaa sovitettuna lumen heijastavuutta sekä sen riippuvuutta raekoosta ja vapaavesipitoisuudesta erittäin hyvin rajoitetulla aallonpituusalueella. Erityyppisten lumien spektrimittausten ja heijastusmallin pohjalta työssä kehitettiin kolmea NIR-aallonpituutta käyttävä spektroskooppinen heijastusmittausmenetelmä, jolla voidaan määrittää lumen keskimääräinen raekoko sekä vapaavesipitoisuus raekoosta ja tiheydestä riippumatta. Menetelmä ei vaadi näytteenottoa, on helppokäyttöinen ja nopea; yksi mittaus kestää n. 10 s. Menetelmän formulointi on yksinkertainen ja mahdollistaa soveltamisen interferenssisuotimiin perustuvassa analysaattorissa. Kehitetyn menetelmän tarkkuus on riittävä useimpiin sovellutuksiin. Teoreettisten tarkastelujen mukaan vapaavesipitoisuuden mittauksen epätarkkuus on 0,5 - 0,9 tilavuus-%. Kannettavalla analysaattorilla tehdyissä kenttäkokeissa dilatometriin verrattuna NIR-menetelmän tulosten keskihajonta ja korrelaatiokerroin olivat 1,2 tilavuus-% ja 0,94 käytettäessä aallonpituuksia 1035, 1160 ja 1275 nm. Merkittävä osa tulosten hajonnasta johtui dilatometrin virheistä. Keskimääräisen raekoon määrityksessä epätarkkuus on mittausten mukaan 0,1 mm alle 0,7 mm:n rakeilla ja 0,2 mm isommilla rakeilla.

KW - IR spectroscopy

KW - NIR

KW - reflection

KW - snow

KW - measurements

M3 - Report

SN - 951-38-3087-X

T3 - Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports

BT - Monikanavaisen infrapunaspektroskopian soveltaminen lumen ominaisuuksien mittaukseen

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Hyvärinen T. Monikanavaisen infrapunaspektroskopian soveltaminen lumen ominaisuuksien mittaukseen. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1988. 78 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports; No. 527).