Μεθοδολογία προσδιορισμού της κατακόρυφης κατανομής της ερημικής σκόνης με τη χρήση δεδομένων lidar αποπόλωσης
Creators: name: Πουτλή, Μαρία Θεοδώρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Σωματίδια σκόνης
Όργανο lidar
Μέθοδος POLIPHON
Dust particles
lidar
POLIPHON method

description: Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και ο προσδιορισμός των μικροφυσικών ιδιοτήτων των σωματιδίων σκόνης με τη χρήση μετρήσεων από το αναβαθμισμένο σύστημα LIDAR του εργαστηρίου Φυσικής της Ατμόσφαιρας (ΕΦΑ) του τμήματος Φυσικής, του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ). Οι μετρήσεις αφορούν το έτος 2022 και μελετώνται τέσσερα περιστατικά μεταφοράς σωματιδίων σκόνης από την περιοχή της Σαχάρα στην περιοχή της Θεσσαλονίκης. Όπως είναι γνωστό, τα σωματίδια σκόνης παίζουν καθοριστικό ρόλο στη λειτουργία και στην ισορροπία του κλιματικού συστήματος. Για αυτό και στη συγκεκριμένη εργασία γίνεται εκτίμηση της κατακόρυφης κατανομής της συγκέντρωσης μάζας σωματιδίων σκόνης στην περιοχή της Θεσσαλονίκης μέσω της μεθόδου POLIPHON (Polarization Lidar Photometer Networking). Η μέθοδος αυτή βασίζεται στο διαχωρισμό των σωματιδίων σε χονδρόκοκκη και λεπτόκοκκη σκόνη και σε σφαιρικά σωματίδια και στη μετατροπή των αντίστοιχων συντελεστών εξασθένησης στη συγκέντρωση μάζας αυτών. Οι μετατροπές γίνονται χρησιμοποιώντας εξισώσεις, οι οποίες λαμβάνουν υπόψιν κατάλληλους συντελεστές μετατροπής, που προκύπτουν από την ανάλυση μικροφυσικών ιδιοτήτων των αιωρούμενων σωματιδίων από το φωτόμετρο του δικτύου AERONET. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε η εφαρμογή POLIPHON με τη χρήση συντελεστών μετατροπής που έχουν αναφερθεί στη βιβλιογραφία, ενώ στη συνέχεια έγινε ο υπολογισμός αυτών για την περιοχή της Θεσσαλονίκης. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων, μετά τη χρήση των διαφορετικών συνόλων συντελεστών για την ίδια ημέρα μετρήσεων, έδειξε πως εμφανίζεται η ίδια μορφή στρωμάτωσης της ατμόσφαιρας με τα χονδρόκοκκα σωματίδια σκόνης να κυριαρχούν στο ανυψωμένο στρώμα σωματιδίων και τις μίξεις σφαιρικών και μη-σφαιρικών σωματιδίων να κυριαρχούν στα κατώτερα στρώματα. Ωστόσο, για τη λήψη ακριβέστερων αποτελεσμάτων προτείνεται η χρήση συντελεστών μετατροπής που προκύπτουν κάθε φορά για την υπό μελέτη περιοχή, έτσι ώστε τα αποτελέσματα να ανταποκρίνονται καλύτερα στην κλιματολογία αυτής. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε η εφαρμογή της μεθόδου POLIPHON για τις υπόλοιπες ημέρες κατά τις οποίες παρουσιάστηκε σκόνη στην περιοχή της Θεσσαλονίκης, με την εφαρμογή των νέων συντελεστών μετατροπής. Βάσει της ανάλυσης, παρατηρήθηκε πως τους μήνες Απρίλιο-Ιούνιο τα στρώματα σκόνης εντοπίστηκαν σε ύψη μεγαλύτερα των 2km, ενώ τον Οκτώβριο στο ύψος των 1-2.3km. Το σημαντικότερο ρόλο στη διαμόρφωση αυτών των στρωμάτων έπαιξαν κάθε φορά τα σωματίδια χονδρόκοκκης σκόνης με τη συνεισφορά των λεπτόκοκκων σωματιδίων αυτού του τύπου να παρουσιάζεται σημαντικά μικρότερη. Ακόμη, τα αποτελέσματα της μεθόδου έδειξαν πως τα υπό μελέτη περιστατικά σκόνης είναι χαμηλής έντασης κάτι το οποίο συνάδει με τα ευρήματα από την κλιματολογία 15 χρόνων στην υπό μελέτη περιοχή.
description: In this study the microphysical properties of dust particles are investigated based on measurements performed with the upgraded LIDAR system of the Laboratory of Atmospheric Physics in the Aristotle University of Thessaloniki (AUTH), Greece. The measurements were performed the year 2022 and four Saharan dust cases over Thessaloniki station are analyzed. It is well-known that dust particles play an important role in the climate system by sensitively inﬂuencing the radiative transfer in the Earth atmosphere, so this study focuses on the estimation of the vertical mass concentration profiles of the dust particles in the region of Thessaloniki. The POLIPHON (Polarization Lidar Photometer Networking) method is applied, the main steps of which are the separation of coarse, fine dust and non-dust particles and the conversion of the aerosol-type-resolved particle extinction coefficients into respective particle microphysical properties. The conversion is based on equations and the respective conversion factors are being determined from the sunphotometer observations, belonging to AERONET. Firstly, the POLIPHON method is applied using conversion factors from the literature, and secondly these factors are estimated for the sunphotometer measurements above Τhessaloniki. The use of different sets of these parameters for the same dust case, show that the same atmospheric stratification occurs with coarse dust particles dominating the lofted particle layer and mixtures of dust and non-dust particles dominating the lower layers. To οbtain more accurate results, it is recommended to use conversion factors that are obtained each time for the area under study, so that the results better correspond to the respective climatology. The POLIPHON outputs for the other dust cases are based on the new conversion factors and show that during the period of April-June the main dust layers are observed above 2km, while in October the dust layer is observed at heights of 1-2.3km. The coarse dust mostly contributes to particle mass in the pronounced dust layers during all dust cases, while the contribution of fine dust is significantly smaller. The POLIPHON products also show that the cases under study are of low intensity which is consistent with the findings of the 15 years-climatology in Thessaloniki.