Μελέτη Ο3 και βιοσωματιδίων με την τεχνική LiDAR - Ρίτσαρντσον, Στέφανος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής. Εργαστήριο Οπτοηλεκτρονικής, Λέηζερ και Εφαρμογών τους, 2018)
Αντικείμενα της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της κατακόρυφης κατανομής της αριθμητικής συγκέντρωσης του τροποσφαιρικού όζοντος στην ανώτερη τροπόσφαιρα χρησιμοποιώντας την τεχνική της Διαφορικής Απορρόφησης LiDAR (Differential Absorption LiDAR-DIAL) και η μελέτη φασμάτων φθορισμού βιοσωματιδίων, τόσο στο εργαστήριο με την τεχνική επαγόμενου φθορισμού laser (Laser-Induced Fluorescence-LIF), όσο και στην ατμόσφαιρα με την τεχνική του πολυ-φασματικού LIF LiDAR (Multi-Spectral LIF LiDAR). Στο 1ο κεφάλαιο εισάγονται συνοπτικά οι βασικές έννοιες που αφορούν την ατμόσφαιρα, τη σύσταση της ατμόσφαιρας ως προς τα μόρια και τους ρυπαντές, τα φαινόμενα ανέμου που συναντώνται τοπικά και στην ανώτερη τροπόσφαιρα και η αλληλεπίδραση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με την ατμόσφαιρα. Δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στη φυσική και στη χημεία του τροποσφαιρικού όζοντος και, επίσης, τονίζονται αρκετά τα βιολογικά χαρακτηριστικά της γύρης, των μυκήτων και των βακτηρίων. Τέλος, συνοψίζονται τα μοντέλα και τα συστήματα δεδομένων που ενισχύουν τη μελέτη του τροποσφαιρικού όζοντος και των ατμοσφαιρικών βιο-σωματιδίων. Στο 2ο κεφάλαιο περιγράφεται η τεχνική LiDAR ως προς τη φυσική και την τεχνολογία (σύστημα ελαστικής σκέδασης), καθώς και οι επι μέρους τεχνικές της, δηλαδή τα συστήματα DIAL, Multi-Spectral LIF LiDAR και Depolarisation LiDAR (LiDAR αποπόλωσης). Στο 3ο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μελέτη του τροποσφαιρικού όζοντος πάνω από τη νήσο της Reunion στον Ινδικό Ωκεανό. Στο κεφάλαιο αυτό περιγράφεται ολόκληρη η διαδικασία της μελέτης, από τη σημασία μελετής του τροποσφαιρικού όζοντος στην πειραματική διάταξη και από την ανάλυση των δεδομένων στην παρουσίαση των αποτελεσμάτων και την παρουσίαση των συμπερασμάτων. Τέλος, στο 4ο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μελέτη των βιοσωματίδων και πιο συγκεκριμένα παρουσιάζονται οι δύο πειραματικές διατάξεις που χρησιμοποιήσαμε: in-situ και LiDAR, και αναφέρονται η σημασία μελέτης των βιοαερολυμάτων, τα φάσματα φθορισμού και οπτικών φασμάτων των δειγμάτων, οι ενεργές διατομές σκέδασης των δειγμάτων για τα 355 nm και η απόπειρα εφαρμογής της τεχνικής αποπόλωσης και ελαστικής σκέδασης LiDAR. Η έμφαση δίνεται στη χρήση της τεχνικής Multi-Spectral LIF LiDAR, καθώς τα λαμβανόμενα σήματα φθορισμού συγκρίνονται με τα εργαστηριακά φάσματα λαμβάνοντας υπόψη τις συγκεντρώσεις ατμοσφαιρικών βιοαερολυμάτων που παγιδεύονται με χρήση ειδικής παγίδας.