Μεταβολές αιωρούμενων σωματιδίων σε τοπική και παγκόσμια κλίμακα

Abstract

The object of this thesis is the study of the aerosol optical properties derived with lidar (light detection and ranging) methods. The lidar observations were performed at Thessaloniki, Greece. In the first and the second chapter we describe the instrumentation and the data analysis methods. Intercomparisons that took place within the European project EARLINET (European Aerosol Research LIdar NETwork) in system and algorithm level are also presented. These intercomparison experiments were per-formed to produce a high-quality standard of data originating from different systems within the network. In the third chapter we present the statistical analysis of the lidar derived aerosol optical properties observed at Thessaloniki during January 2001 to December 2004, in the framework of the EARLINET project. The lidar measurements are examined separately for the planetary boundary layer and the free troposphere. In the fourth chapter we e xamine special cases where long-range transport events of aerosol pollution in the free-troposphere over Thessaloniki took place. In the final chapter we study the effect of different types of aerosol on the levels of the UV-B solar irradiance at the Earth's surface. It is demonstrated that the combined use of the estimated single scattering albedo and the measured lidar ratio leads to a better char-acterization of the aerosol type probed.

Το αντικείμενο της διατριβής αυτής είναι η μελέτη των οπτικών ιδιοτήτων των αιωρούμενων σωματιδίων με την χρήση μεθόδων τηλεπισκόπησης lidar (light detection and ranging). Η διατριβή επικεντρώνεται στην μελέτη των ιδιοτήτων των αιωρούμενων σωματιδίων στην περιοχή της Θεσσαλονίκης. Στο πρώτο και δεύτερο μέρος της διατριβής παρουσιάζεται το σύστημα lidar του Εργαστηρίου Φυσικής της Ατμόσφαιρας (ΕΦΑ) του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης και αναλύονται οι μέθοδοι υπολογισμού των κατακόρυφων κατανομών των οπτικών ιδιοτήτων των αιωρούμενων σωματιδίων. Παρουσιάζονται επίσης όλες οι συγκρίσεις σε επίπεδο συστημάτων και αλγορίθμων που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια του ευρωπαϊκού προγράμματος EARLINET (European Aerosol Research LIdar NETwork), όπου επιβεβαιώθηκε η ακρίβεια των μετρήσεων και των υπολογισμών που διενεργούνται με το lidar του ΕΦΑ στη Θεσσαλονίκη. Στο τρίτο μέρος παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της στατιστικής επεξεργασίας των μετρήσεων Raman lidar που πραγματοποιήθηκαν στην Θεσσαλονίκη από το 2001 έως το 2004 στα πλαίσια του ευρωπαϊκού προγράμματος EARLINET. Οι μέσες οπτικές ιδιότητες εξετάζονται ξεχωριστά για το ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα και την ελεύθερη τροπόσφαιρα. Στο τέταρτο μέρος της διατριβής επικεντρώνουμε στα επεισόδια σωματιδιακής ρύπανσης στην ελεύθερη τροπόσφαιρα της Θεσσαλονίκης που καταγράφηκαν με το lidar του ΕΦΑ στην χρονική περίοδο 2001-2004. Στο τελευταίο μέρος της διατριβής εξετάζεται η επίδραση των διαφορετικών τύπων αιωρούμενων σωματιδίων στα επίπεδα της UV ακτινοβολίας στο έδαφος. Ο πειραματικός προσδιορισμός του λόγου lidar και της ανακλαστικότητας μεμονωμένης σκέδασης είναι κρίσιμος για την ερμηνεία των επιπέδων της ακτινοβολίας στο έδαφος, ιδιαίτερα για περιοχές όπου έχουμε μεταβλητότητα στον φόρτο της σωματιδιακής ρύπανσης, όπως στην Βόρεια Ελλάδα.