Investigation of atmospheric ozone with remote sensing spectroscopy
Authors: Φράγκος Κωνσταντίνος 
Published: August 2021

Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στη μελέτη της ολικής στήλης του όζοντος με μεθόδους φασματοφωτομετρικής τηλεπισκόπησης. Η ολική στήλη του όζοντος μπορεί να προσδιοριστεί με τηλεσκοπικές τεχνικές, είτε από επίγεια, είτε από δορυφορικά όργανα. Επίγειες μετρήσεις της ολικής στήλης του όζοντος, υψηλής ακρίβειας, είναι απαραίτητες τόσο για την εκτίμηση των αλλαγών στις γραμμικές τάσεις του όζοντος, που μπορεί να είναι πολύ μικρές σε μέγεθος, όσο και για την πιστοποίηση των δορυφορικών δεδομένων. Οι μεταβολές στις γραμμικές τάσεις, μπορεί να συνδέονται είτε με τη μείωση της συγκέντρωσης των ενώσεων που καταστρέφουν το όζον, είτε με άλλους παράγοντες, δυναμικής κυρίως φύσεως, που συνδέονται με την ανθρωπογενή κλιματική αλλαγή. Για αυτό το λόγο, η μελέτη τους μπορεί να μας προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τις διαδικασίες που επηρεάζουν το στρώμα του όζοντος.Ο αλγόριθμος προσδιορισμού της ολικής στήλης του όζοντος από μετρήσεις φασματοφωτομέτρων τύπου Brewer, μελετήθηκε ενδελεχώς, για την επίδραση που θα επέφερε μια πιθανή αντικατάσταση των συντελεστών ενεργούς απορρόφησης του όζοντος, στην προσδιοριζόμενη ολική στήλη του όζοντος. Επιπλέον, διερευνήθηκε η επίδραση της θερμοκρασιακής εξάρτησης των συντελεστών ενεργούς απορρόφησης, η οποία δεν λαμβάνεται υπόψη στον παρόντα αλγόριθμο του Brewer. Απώτερος στόχος αυτής της μελέτης, ήταν να συνεισφέρει στον προσδιορισμό της ολικής στήλης του όζοντος από μετρήσεις φασματοφωτομέτρων Brewer, με μεγαλύτερη ακρίβεια.Επίσης, εξετάσθηκαν οι μεταβολές που συμβαίνουν στην ολική στήλη του όζοντος, σε διαφορετικές χρονικές κλίμακες, αναλύοντας την 30ετή χρονοσειρά της Θεσσαλονίκης. Η ολική στήλη του όζοντος δεν μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι σταθερή κατά της διάρκεια της ημέρας, καθώς παρουσιάζει διαφορετικές ημερήσιες διακυμάνσεις. Η κυρίαρχη διακύμανση είναι η μονότονη αύξηση μέσα στην ημέρα, η οποία συνδέεται με την ημερήσια πορεία των επιπέδων του επιφανειακού όζοντος, λόγω της ενισχυμένης φωτοχημικής δραστηριότητας. Η από μέρα σε μέρα διακυμάνσεις της ολικής στήλης του όζοντος είναι πιο έντονες κατά τη διάρκεια των χειμερινών μηνών, εξαιτίας των εντονότερων διακυμάνσεων δυναμικής φύσεως, ενώ το καλοκαίρι είναι σχεδόν αμελητέες. Οι μακροχρόνιες γραμμικές τάσεις του όζοντος παρουσιάζουν μείωση κατά τη χρονική περίοδο 1982 – 1996, η οποία οφείλεται στην αύξηση των επιπέδων των ενώσεων που καταστρέφουν το όζον, ενώ μετά το 1997 παρουσιάζεται μια σταθεροποίηση, ακολουθούμενη από μικρή αύξηση, η οποία όμως είναι μη στατιστικά σημαντική. Αυτό υποδεικνύει ότι η ολική στήλη του όζοντος στη Θεσσαλονίκη έχει αρχίσει να ανταποκρίνεται στην μείωση της συγκέντρωσης των ενώσεων που καταστρέφουν το στρώμα του όζοντος, αποτέλεσμα της επιτυχούς εφαρμογής του Πρωτοκόλλου του Μόντρεαλ. Εν τέλει, ένα μεγάλο μέρος της ετήσιας διακύμανσης της ολικής στήλης του όζοντος, μπορεί να αποδοθεί στην εμφάνιση των ακραίων γεγονότων στη χρονοσειρά του όζοντος. Αυτά μπορεί να είναι είτε χημικής (π.χ. λόγω ηφαιστειακών εκρήξεων) είτε δυναμικής (π.χ. λόγω της Κύμανσης του Βόρειου Ατλαντικού) προέλευσης και επηρεάζουν τα επίπεδα της υπεριώδους ακτινοβολίας που φθάνουν στο έδαφος. Παρόλα αυτά, σε αστικές περιοχές όπως η Θεσσαλονίκη η επίδραση αυτή μπορεί να μετριαστεί από την υψηλή συγκέντρωση των αιωρούμενων σωματιδίων. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, παρουσιάζονται αποδείξεις για τη σημαντική επίδραση του οπτικού βάθους των αιωρούμενων σωματιδίων στα επίπεδα της υπεριώδους ακτινοβολίας, ακόμα και σε περιπτώσεις με ακραίες χαμηλές τιμές της ολικής στήλης του όζοντος.