Το αντικείμενο της παρούσας ΔΕ είναι η μελέτη των αιωρούμενων σωματιδίων, με χρήση της μεθόδου τηλεπισκόπησης της ατμόσφαιρας (τεχνική lidar), μέσω ανάλυσης των μετρήσεων για την ανάκτηση των οπτικών και μικροφυσικών ιδιοτήτων και την στατιστική επεξεργασία τους. Το πρώτο κεφάλαιο έχει ως στόχο τη γνωριμία και εξοικείωση με τον όρο αιωρούμενα σωματίδια καθώς, επίσης, και με τον ρόλο τους στην ατμόσφαιρα. Συγκεκριμένα, εξετάζονται τα κύρια χαρακτηριστικά των αιωρούμενων σωματιδίων, οι κατηγορίες στις οποίες κατατάσσονται, οι πηγές προέλευσής τους, καθώς και οι φυσικές και οπτικές τους ιδιότητες. Επιπλέον, δίνεται ο ορισμός της Παγκόσμιας Κλιματικής Αλλαγής (ΠΚΑ) και παρουσιάζονται οι τρόποι επίδρασης των σωματιδίων αυτών στην διάδοση της ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα, καθώς και οι επιπτώσεις στο κλίμα, στο περιβάλλον και στην ανθρώπινη υγεία. Το δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται σε μια γενικότερη επισκόπηση της τεχνικής lidar, καθώς επίσης και στις βασικές εξισώσεις που διέπουν τα συστήματα lidar με τα οποία ασχοληθήκαμε στην παρούσα εργασία (lidar ελαστικής οπισθοσκέδασης, lidar ανελαστικής οπισθοσκέδασης και lidar αποπόλωσης). Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε μια εκτενή περιγραφή των οργάνων που χρησιμοποιήθηκαν και από τα οποία αντλήθηκαν δεδομένα. Συγκεκριμένα, για τη λήψη των μετρήσεων lidar χρησιμοποιήθηκε το σύστημα Raman-lidar του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, EOLE. Επιπλέον, περιγράφεται συνοπτικά το Ευρωπαϊκό δίκτυο lidar EARLINET. Στο ίδιο κεφάλαιο παρουσιάζεται η τεχνική telecover, που αποσκοπεί στον έλεγχο της ευθυγράμμισης της εκπεμπόμενης δέσμης laser σε σχέση με τον οπτικό άξονα του τηλεσκοπίου λήψης. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναφέρονται τα κυριότερα προγράμματα, κώδικες, αλγόριθμοι, μοντέλα που χρησιμοποιήθηκαν για την επεξεργασία των δεδομένων. Πιο συγκεκριμένα, το αυτοματοποιημένο εργαλείο Single Calculus Chain (SCC) επιτρέπει την ανάκτηση των οπτικών ιδιοτήτων (συντελεστής οπισθοσκέδασης και εξασθένησης, λόγος lidar, συντελεστής Ångström και συντελεστής αποπόλωσης) των αιωρούμενων σωματιδίων. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η στατιστική ανάλυση των οπτικών και μικροφυσικών ιδιοτήτων των αιωρούμενων σωματιδίων που υπολογίσθηκαν με βάση τις μετρήσεις lidar κατά την περίοδο 2020-2021. Τέλος, στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα βασικά συμπεράσματα και οι προοπτικές της προοπτικές της έρευνας στο πλαίσιο της ΔΕ.
(EL)
The main objective of this Diploma Thesis is the study of suspended particles, using
the atmospheric laser remote sensing (lidar) technique, through a statistical analysis of
measurements to retrieve the aerosol optical and microphysical properties.
The first chapter aims to acquaint and familiarize with the term suspended particles
as well as their role in the atmosphere. In particular, the main characteristics of the
suspended particles, the categories into which they are classified, their sources of origin,
as well as their physical and optical properties are examined. In addition, the definition
of the Global Climate Change is given and the ways in which these particles affect
the propagation of radiation in the atmosphere, as well as their impact on climate,
environment and the human health are presented.
The second chapter provides a general overview of the lidar technique, as well as the
basic equations underlying the lidar systems we dealt with in in the frame of this Thesis
(Elastic lidar, Raman lidar and Depolarization lidar).
In the third chapter we present an extensive description of the instrumentation used.
Specifically, we present the lidar system of the National Technical University of Athens,
EOLE. In addition, the European lidar network EARLINET is briefly described. Within
the same chapter, we present the telecover technique, which aims to control the alignment
of the emitted beam laser relative to the optical axis of the receiving telescope.
In the fourth chapter, the main programs, codes, algorithms, models that were used to
process the data are listed. More specifically, the automated tool Single Calculus Chain
(SCC) allows the retrieval of the optical properties (backscatter and attenuation coefficient, lidar ratio, Ångström coefficient, Depolarization ratio) of the suspended particles.
The fifth chapter presents the statistical analysis of the optical and microphysical properties of the suspended particles calculated on the basis of the lidar measurements obtained
in the period 2020-2021.
Finally, the sixth chapter presents the main conclusions and perspectives of this work.
(EN)
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
