Measurements of full atmospheric gas columns (XH2O , XCO2 , XCO , XCH4 , XO2) using ground-based FTIR spectra for the region of Thessaloniki and validation with TROPOMI
Creators: name: Μέρμηγκας, Μάριος Αθανασίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Φασματοσκοπεία υπερύθρου με χρήση μετασχηματισμού Φουριε
Μετρήσεις κατακόρυφων στηλών θερμοκηπικών αερίων
Θεσσαλονίκη 2019
Fourier Transform
FTIR
FTIR measurements in Thessaloniki , validation with TROPOMI

description: In this master thesis , our aim is to extract the daily course of greenhouse gases ( such as carbon dioxide (〖CO〗_2 ) and methane (〖CH〗_4) ) and also study the effect of greenhouse gases in the atmosphere through Fourier Transform Infrared Spectroscopy by measuring the full atmospheric gas column from the ground where the system (EM27/SUN) is faced up to the space and also to interpret the results for the region of Thessaloniki. The EM27/SUN – FTIR was place up on the roof of the Laboratory of Atmospheric Physics (AUTH) and our measurements were started from 15th of January in the morning. The EM27/SUN spectrometer is intended to measure direct solar radiation in the near infrared (NIR) spectral range. The recorded spectra contain signatures of atmospheric constituents ( 〖XH〗_2 O , 〖XCO〗_2 , XCO, 〖XCH〗_4 , 〖X0〗_2 ), which can be evaluated to retrieve the total columns. The system was built and optimized explicitly for analysing atmospheric gases by using the radiation of the sun as a light source for high precision gas analysis and was developed by KIT in collaboration with Bruker Optics. We managed to take our first total column measurements of X-GHGs in the area of Thessaloniki using FTIR spectroscopy for a period of 8 months (January – August 2019) , observe diurnal and seasonal variability of X columns of GHGs and investigate possible sources and correlation with meteorological data. Finally , validation with Sentinel – 5 Precursor satellite sensor , TROPOMI , was achieved for data products such as carbon monoxide XCO and methane 〖XCH〗_4 exporting a correlation factor between satellite data and ground-based FTIR measurements. Furthermore , we tried to compare our results so far with measurements from different European and world wide sites.
description: Στην παρούσα διπλωματική εργασία ο στόχος μας είναι να εξαγάγουμε την καθημερινή πορεία των αερίων του θερμοκηπίου (όπως 〖CO〗_2 και 〖CH〗_4) και να μελετήσουμε επίσης την επίδραση των αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα με φασματοσκοπία υπερύθρου μέσω μετασχηματισμού Fourier μετρώντας την κατακόρυφη ατμοσφαιρική στήλη των αερίων από το έδαφος όπου βρίσκεται το σύστημα (EM27 / SUN - BRUKER) μέχρι το διάστημα και να ερμηνεύσουμε τα αποτελέσματα για την περιοχή της Θεσσαλονίκης.Το φασματόμετρο τοποθετήθηκε στην ταράτσα του εργαστηρίου Φυσικής Ατμόσφαιρας του Α.Π.Θ. και οι μετρήσεις μας ξεκίνησαν το πρωί της 15ης Ιανουαρίου. Το φασματόμετρο EM27 / SUN προορίζεται για τη μέτρηση της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας στη φασματική περιοχή στο κοντινό υπέρυθρο (NIR). Τα καταγεγραμμένα φάσματα περιέχουν υπογραφές των ατμοσφαιρικών συστατικών (XH2O, XCO2, XCO, XCH4, XO2), τα οποία μπορούν να αξιολογηθούν για την ανάκτηση των κατακόρυφων στηλών. Το σύστημα κατασκευάστηκε και βελτιστοποιήθηκε αποκλειστικά για την ανάλυση των ατμοσφαιρικών αερίων χρησιμοποιώντας την ακτινοβολία του ήλιου ως πηγή φωτός για ανάλυση αερίων, υψηλής ακρίβειας και αναπτύχθηκε από το πανεπιστήμιο της Καρλσρούης σε συνεργασία με την εταιρία Bruker Optics. Καταφέραμε να πάρουμε τις πρώτες μας μετρήσεις κατακόρυφων στηλών των ατμοσφαιρικών αερίων στη Θεσσαλονίκη χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία υπερύθρου για μία περίοδο 8 μηνών ( Ιανουάριος – Αύγουστος 2019 ) , να παρατηρήσουμε την ημερήσια και εποχιακή μεταβλητότητα των στηλών των αερίων του θερμοκηπίου και να διερευνύσουμε πιθανές πηγές σε συσχετισμό με μετεωρολογικά δεδομένα. Τέλος , η επικύρωση με τον δορυφορικό αισθητήρα του Sentinel 5-Precursor , TROPOMI , επιτεύχθηκε για προϊόντα όπως το μονοξείδιο του άνθακα και το μεθάνιο εξάγοντας έναν συντελεστή συσχέτισης μεταξύ των δορυφορικών δεδομένων και επίγειων μετρήσεων με χρήση φασματιοσκοπίας υπερύθρου μέσω μετασχηματισμού Fourier. Επιπλέον, προσπαθήσαμε να συγκρίνουμε τα αποτελέσματά μας μέχρι τώρα με μετρήσεις από διαφορετικά Ευρωπαικά ή Παγκόσμια δίκτυα.