Επιδράσεις ατμοσφαιρικών αιωρημάτων και νεφών στην ηλιακή ακτινοβολία
Authors: Νάτσης Αθανάσιος 
Published: February 2025

Η διδακτορική διατριβή εστιάζει στη μελέτη των μεταβολών της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στο έδαφος, και διακρίνεται σε ένα καθαρά πειραματικό μέρος που περιλαμβάνει την εγκατάσταση και λειτουργία οργάνων και τον ποιοτικό έλεγχο των μετρήσεων και ένα μέρος που επικεντρώνεται στην ανάλυση των μετρήσεων που διενεργήθηκαν κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διατριβής αλλά και μετρήσεων που συλλέχθηκαν μετά το 1990. Συγκεκριμένα, περιλαμβάνει την εγκατάσταση στον ακτινομετρικό σταθμό του Εργαστηρίου Φυσικής της Ατμόσφαιρας (ΕΦΑ) του ΑΠΘ ενός πυρηλιομέτρου τύπου CHP-1 του οίκου Kipp & Zonen για τη μέτρηση της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας με τη χρήση ηλιοστάτη, για τον οποίο κατασκευάστηκαν τα απαραίτητα προγράμματα Η/Υ για τον συγχρονισμό του με την φαινόμενη κίνηση του Ήλιου. Γίνεται ανάπτυξη υπολογιστικών εργαλείων επεξεργασίας, αξιολόγησης και συνδυασμού των δεδομένων του πυρηλιομέτρου CHP-1, του πυρανομέτρου CM-21, και δορυφορικών μετρήσεων της ηλιακής ακτινοβολίας εκτός ατμόσφαιρας. Επεξεργάζονται και αξιολογούνται οι μετρήσεις της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας στη Θεσσαλονίκη με το πυρανόμετρο CM-21 με διάρκεια τουλάχιστον 30 ετών. Σε αυτές τις μετρήσεις και μαζί με τις μετρήσεις του πυρηλιομέτρου, εφαρμόζονται αλγόριθμοι ποιοτικού ελέγχου με στόχο τη δημιουργία χρονοσειρών αξιόπιστων μετρήσεων της άμεσης και της ολικής ακτινοβολίας. Επίσης, αναπτύσσονται και εφαρμόζονται αλγόριθμοι εντοπισμού της παρουσίας νεφών από αυτές τις μετρήσεις. Τα ποιοτικώς ελεγμένα δεδομένα της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας που προέκυψαν αναλύθηκαν με την εφαρμογή διάφορων στατιστικών μεθόδων για την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τις μακροχρόνιες μεταβολές της ολικής ακτινοβολίας στη Θεσσαλονίκη, υπό συνθήκες νέφωσης και συνθήκες ανέφελου ουρανού. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν συνδέουν την μακροχρόνια αυξητική τάση της ολικής ακτινοβολίας που παρατηρήθηκε με αντίστοιχες μεταβολές των ατμοσφαιρικών αιωρημάτων τα οποία έχουν ανθρωπογενή προέλευση και των νεφών τα οποία σχετίζονται με την μεταβολή του κλίματος. Επίσης, προέκυψε θετική εξάρτηση των μακροχρόνιων αυξητικών τάσεων της ακτινοβολίας από την ζενίθεια γωνία του ήλιου, που αποδίδονται σε αύξηση της εξασθένησης. Στη συνέχεια μελετήθηκε η εμφάνιση γεγονότων ενίσχυσης της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας λόγω της παρουσίας νεφών συγκριτικά με συνθήκες χωρίς νέφη. Μελετήθηκαν οι μακροχρόνιες τάσεις μεταβολής του φαινομένου, τόσο ως προς την διαχρονική συχνότητα εμφάνισης των ενισχύσεων, όσο και ως προς την αύξηση της πυκνότητας ροής που φθάνει στο έδαφος. Στη συνέχεια μελετήθηκαν τα παραπάνω μεγέθη και ως προς την εποχική τους διακύμανση αλλά και τη διάρκεια των ενισχύσεων. Τέλος απομονώθηκαν και μελετήθηκαν στατιστικά οι περιπτώσεις για τις οποίες η παρατηρούμενη ενίσχυση οδηγεί σε πυκνότητα ροής της ηλιακής ακτινοβολίας μεγαλύτερη αυτής στο όριο της ατμόσφαιρας. Για την μελέτη των παραπάνω εφαρμόστηκαν τεχνικές προσομοίωσης της διάδοσης της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα με τη χρήση του μοντέλου libRadtran. Αυτές οι εκτιμήσεις χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη του οπτικού πάχους των αιωρημάτων και της φασματική του εξάρτησης (εκθέτης Angstrom α) από μετρήσεις ενός του φασματοφωτομέτρου Brewer 086 και του φωτόμετρου Cimel που λειτουργούν το Εργαστήριο Φυσικής της Ατμόσφαιρας του ΑΠΘ, καθώς για την εκτίμηση της μακροχρόνιας επίδρασής τους στην ηλιακή ακτινοβολία.