Τα αιωρούμενα σωματίδια στην ατμόσφαιρα πρόκειται να διαδραματίσουν καθοριστικό ρόλο στη μεταβολή του παγκόσμιου κλίματος, αλλά και να επηρεάσουν άμεσα την ποιότητα της ζωής των ανθρώπων πάνω στον πλανήτη. Η γνώση του βαθμού συμμετοχής τους στο ενεργειακό ισοζύγιο της ατμόσφαιρας είναι απαραίτητη παράμετρος για να γίνει εφικτή η εκτίμηση της επίδρασης των ανθρώπινων δραστηριοτήτων στο κλίμα. Ο σταθμός δειγματοληψιών του Πανεπιστημίου Κρήτης στη Φινοκαλιά Λασιθίου έχει επισημανθεί ως αντιπροσωπευτικός σταθμός για την ευρύτερη περιοχή της Ανατολικής Μεσογείου.
Όπως ξέρουμε, η αλλήλεπίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με ένα σωματίδιο, περιγράφεται μαθηματικά από τις εξισώσεις Maxwell. Όμως, η πολυπλοκότητα των υπολογισμών που απαιτούνται, για την εφαρμογή τους σε ένα τυχαίο σωματιδιακό πληθυσμό, έκανε επιτακτική την ανάγκη εύρεσης μια νέας πιο απλοποιημένης θεωρίας. Ο Gustav Mie (1908) ανέπτυξε την προσέγγιση αυτή, η οποία έχει συνοριακές συνθήκες που θεωρούν σφαιρικά σωματίδια και επιπλέον ότι το μέσο μέσα στο οποίο βρίσκονται είναι ομογενές.
Οπότε, βασικός σκοπός της εργασίας ήταν η θεωρητική μελέτη της σκέδασης του φωτός από μικρά σωματίδια στην ατμόσφαιρα, χρησιμοποιώντας το μοντέλο σκέδασης Mie-Lorenz. Με το μοντέλο αυτό είμαστε σε θέση να προβλέψουμε τους συντελεστές σκέδασης των σωματιδίων και έπειτα να τους συγκρίνουμε με τα πειραματικά δεδομένα που διαθέτουμε από το σταθμό. Επιπλέον, ελέγχθηκε η εξάρτηση του φαινόμενου της σκέδασης από τη σχετική υγρασία. Καθώς ένα αερόλυμα απορροφά νερό και μεγαλώνει, είναι δυνατόν να εμφανίσει ανωμαλίες στην επιφάνειά του που θα μεταβάλλουν τη θεωρούμενη σφαιρικότητα και ομοιογένεια του. Επίσης, η απορρόφηση νερού επηρεάζει το δείκτη διάθλασης του σωματιδίου, μιας και ο δείκτης διάθλασης του νερού είναι μικρότερος από οποιουδήποτε άλλου στοιχείου.
(EL)
The high spatial and temporal variability of aerosol concentrations makes the investigation of their physical and chemical properties in global scale crucial in order to estimate their total climatic effect. Mediterranean Basin aerosol is of special interest for global climate research since a variety of aerosol types can be found there. The environmental research station of the University of Crete at Finokalia has been pointed out as an anchor station for the Eastern Mediterranean basin.
As we know, the interaction of electromagnetic radiation with a particle is been described mathematically by Maxwell’s equations. But, the complexity of the calculations required to solve these equations for a random particle distribution makes this method prohibitive. For this reason, Gustav Mie developed a theory in 1908 to simplify these calculations. Mie theory is an approximate approach because aerosols are perceived as spherical particles and further considers that the medium in which are located is homogeneous.
So, the basic purpose of thesis is to study theoretically the scattering of light by small particles, using Mie-Lorenz light scattering model. By this model we are able to predict scattering coefficients and compare them to the experimental data taken from the environmental research station of the university. Further, we also tried to parameterize the scattering dependence on relative humidity. As a suspension absorbs water and grows, its surface is likely to show abnormalities that would change its perceived sphericity and homogeneity. Moreover, the absorption of water affects the refractive index of the particle because the refractive index of water is lower than other compounds.
(EN)
