Ανάπτυξη συστήματος τηλεπισκόπησης με τη μέθοδο DIAL - εφαρμογές στη μελέτη της δομής και της σύστασης της τροπόσφαιρας στον Ελλαδικό χώρο

Abstract

The dissertation addresses the development and operation of a lidarbased remote sensing system employing the Differential Absorption technique (DIAL). The DIAL system installed at the Laboratory of Atmospheric Physics (LAP) of the Aristotle University of Thessaloniki is the first such system operating in Southeast Europe and is capable of measuring tropospheric ozone over Greece. Its importance is attributed to the fact that the region is considered to be a “crossroads of pollution” originating in Europe, America and South Asia, and exhibits a particularly high concentration of tropospheric ozone. In the dissertation, the basic DIAL technique principles are presented. The structure and principle of operation of the LAP DIAL are described, along with a developed algorithm for experimental data analysis. Measurement investigation and a study of system accuracy are provided. Finally, DIAL measurements are presented that have been carried out in the course of the STACCATO European funded research programme, aiming at the investigation of stratosphere-to-troposphere intrusion events. These measurements are the only reported systematic lidar measurements of intrusion events in the Southeast Europe region, and have revealed cases of increased ozone in the middle troposphere owed to stratosphere intrusions.

Το αντικείμενο της διατριβής είναι η ανάπτυξη και η λειτουργία ενός συστήματος τηλεπισκόπησης lidar (light detection and ranging) με τη μέθοδο της Διαφορικής Απορρόφησης (Μέθοδος DIAL). Το σύστημα DIAL του Εργα- στηρίου Φυσικής της Ατμόσφαιρας (ΕΦΑ) του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης μετρά το τροποσφαιρικό όζον στον Ελλαδικό χώρο και αποτελεί το πρώτο τέτοιο σύστημα που λειτουργεί στη Νοτιοανατολική Ευρώπη. Αποτε- λεί σημαντικό εργαλείο, καθώς η περιοχή αποτελεί «σταυροδρόμι ρύπων» από την Ευρώπη, την Αμερική και τη Νότια Ασία εμφανίζοντας ιδιαίτερα υψηλές συγκεντρώσεις τροποσφαιρικού όζοντος. Στο πλαίσιο της διατριβής παρουσιά- ζονται οι βασικές αρχές της μεθόδου DIAL. Περιγράφεται η δομή και η λει- τουργία της διάταξης DIAL του ΕΦΑ, καθώς και ο αλγόριθμος επεξεργασίας των πειραματικών μετρήσεων που αναπτύχθηκε. Ακολουθεί η ανάλυση των με- τρήσεων και ο έλεγχος της αξιοπιστίας του συστήματος. Τέλος, παρουσιάζονται μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν με το σύστημα DIAL του ΕΦΑ, με στόχο τη μελέτη των φαινομένων εισροής ατμοσφαιρικών μαζών από τη στρατόσφαι- ρα στην τροπόσφαιρα (στο πλαίσιο του Ευρωπαϊκού Ερευνητικού Προγράμμα- τος STACCATO). Οι μετρήσεις αυτές, που αποτελούν τις μοναδικές μέχρι σή- μερα συστηματικές μετρήσεις # ?xlidar περιπτώσεων διανταλλαγής στον χώρο της Νοτιοανατολικής Μεσογείου, κατέδειξαν σε μερικές περιπτώσεις την αύξηση του όζοντος της μέσης τροπόσφαιρας λόγω της εισροής στρατοσφαιρικών μα- ζών.