ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ Διερεύνηση των σημάτων τηλεπισκόπησης LIDAR Εισηγητής: Μπαλής Δημήτριος Επιβλέποντες: Μπαλής Δημήτριος, Σιώμος Νικόλαος Φοιτητής: Μιχαλούδης Κωνσταντίνος ΑΕΜ: ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

2 2

3 Περίληψη Αυτή η εργασία βασίστηκε σε ατμοσφαιρικές μετρήσεις που έγιναν στο Εργαστήριο Φυσικής της Ατμόσφαιρας (ΕΦΑ) του τμήματος Φυσικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ). Οι μετρήσεις οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν, έγιναν με διάταξη τηλεπισκόπησης lidar στις 31/03/2014,ήταν νυχτερινές και οι καιρικές συνθήκες ήταν κατάλληλες ώστε να επιτρέπουν την λειτουργία του οργάνου. Η επεξεργασία των μετρήσεων έγινε με τον ειδικό αλγόριθμο επεξεργασίας δεδομένων του οργάνου Lidar του Εργαστηρίου Φυσικής της Ατμόσφαιρας (ΕΦΑ). Στόχος της εργασίας είναι να γίνει μια διερεύνηση των σημάτων Lidar του ΕΦΑ μεταβάλλοντας την τάση τροφοδοσίας των φωτοπολλαπλασιαστών και να δούμε το κατά πόσο η αλλαγή αυτή επηρεάζει τα σήματα του οργάνου. Παρακάτω γίνεται μια εισαγωγή για την αρχή λειτουργίας του συστήματος Lidar. Ακολουθεί μία περιγραφή της διάταξης του ΕΦΑ και της μεθοδολογίας των μετρήσεων (πειραματική διαδικασία). Στην συνέχεια παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της επεξεργασίας των μετρήσεών μας και γίνεται σχολιασμός αυτών. Τέλος παραθέτουμε τα συμπεράσματα της εργασίας. 3

4 Abstract This thesis was based on atmospheric measurements made at the Laboratory of Atmospheric Physics (LAP) of the Physics Department of the Aristotle University of Thessaloniki (AUTH). These measurements that were used were retrieved by a lidar remote sensing at 31/03/2014, was night time measurements and weather conditions were right to allow the operation of the instrument. The processing of the measurements made with the specific data processing algorithm of the instrument Lidar of Laboratory of Atmospheric Physics (LAP). The aim of this thesis is to make an investigation of Lidar signals varying the supply voltage of the photomultipliers and see whether this change affect the signals of the instrument. Below is an introduction for the working principle of the system Lidar. Following is a description of the instrument of the LAP and the methodology of measurements (experimental procedure). Next we presented the results of the processing of the measurements and gets commentary of these. Finally we present the conclusions of the thesis. 4

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Αρχή λειτουργίας του συστήματος LIDAR σελ. (6-14) 1. Εισαγωγή 1.1 Τηλεπισκόπηση 1.2 Τηλεπισκόπηση της ατμόσφαιρας με την τεχνική Lidar 1.3 Αρχή λειτουργίας της διάταξης Lidar 1.4 Περιγραφή και τρόπος λειτουργίας της διάταξης Lidar 1.5 Διαφορική εξίσωση του Lidar 2.Διάταξη του ΕΦΑ-Μεθοδολογία μετρήσεων σελ. (15-20) 2.1 Εισαγωγή 2.2 Το Lidar του Εργαστηρίου Φυσικής της Ατμόσφαιρας (ΕΦΑ) 2.3 Πειραματική διαδικασία 2.4 Σκεπτικό 3.Αποτελέσματα-Σχολιασμός μετρήσεων σελ. (21-42) 3.1 Εισαγωγή 3.2 Αποτελέσματα-Ά μέρος 3.3 Σχολιασμός-Ά μέρος 3.4 Αποτελέσματα-Σχολιασμός-Β μέρος 3.5 Συμπεράσματα Βιβλιογραφία σελ. (43-44) 5

6 Κεφάλαιο 1: Αρχή λειτουργίας του συστήματος LIDAR 1.Εισαγωγή Στο κεφάλαιο αυτό θα ασχοληθούμε με την τεχνική τηλεπισκόπησης lidar. Θα δούμε τι είναι το lidar, τι μπορούμε να μετρήσουμε μ αυτό, από τι αποτελείται ένα τυπικό lidar καθώς και την αρχή λειτουργίας του. 1.1 Τηλεπισκόπηση Με τον όρο τηλεπισκόπηση εννοείται η επιστήμη παρατήρησης φαινομένων και χαρακτηριστικών από απόσταση. Η λέξη είναι σύνθετη και αποτελείται από το επίρρημα τηλε- και το ρήμα επισκοπέω/-ώ, δηλαδή παρατηρώ από μακριά. Στη διεθνή βιβλιογραφία χρησιμοποιείται ο όρος remote sensing, και ορισμένοι `Ελληνες επιστήμονες έχουν μεταφράσει επακριβώς τον όρο σε τηλεανίχνευση, αλλά έχει επικρατήσει ο όρος τηλεπισκόπηση. Γενικά μπορούμε να ταξινομήσουμε τις μετρήσεις σε δύο ευρείες κατηγορίες: 1. Άμεσες ή επιτόπιες μετρήσεις, στις οποίες ο αισθητήρας είναι τοποθετημένος στο σημείο όπου γίνονται οι μετρήσεις. 2. Τηλεπισκόπηση, στην οποία ο αισθητήρας βρίσκεται μακριά από την περιοχή μέτρησης. Η μέτρηση βασίζεται σε ανίχνευση κυμάτων τα οποία δημιουργήθηκαν ή τροποποιήθηκαν από τα μετρούμενα μεγέθη στην περιοχή μέτρησης. Οι συσκευές τηλεπισκόπησης χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: Τις συσκευές ενεργούς τηλεπισκόπησης οι οποίες παράγουν τα δικά τους κύματα και τις συσκευές παθητικής τηλεπισκόπησης οι οποίες ανιχνεύουν την ακτινοβολία της γης, της ατμόσφαιρας ή του ήλιου. 1.2 Τηλεπισκόπηση της ατμόσφαιρας με την τεχνική Lidar Η τηλεπισκόπηση των ατμοσφαιρικών παραμέτρων με τη χρήση πηγών laser πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1962 από τους Fiocco και Smullin (1963) και αφορούσε στην ανίχνευση του στρώματος των αιωρούμενων σωματιδίων της ατμόσφαιρας σε ύψος 20 km. Έκτοτε η ραγδαία ανάπτυξη στην τεχνολογία κατασκευής πηγών laser, επέτρεψε το σχεδιασμό και την υλοποίηση εξελιγμένων διατάξεων, οι οποίες βασίζονται στην μελέτη και καταγραφή της αλληλεπίδρασης του φωτός, που εκπέμπει μια πηγή laser με τα διάφορα συστατικά της ατμόσφαιρας, σαν συνάρτηση της απόστασης. Το lidar είναι ακρωνύμιο του όρου light detection and ranging και πρόκειται για ένα όργανο (συσκευή ενεργούς τηλεπισκόπησης) με το οποίο μετράμε το αποτέλεσμα της διαμόρφωσης της ακτινοβολίας από τα συστατικά της ατμόσφαιρας. Η τεχνική lidar βασίζεται στην εκπομπή παλμικής ακτινοβολίας laser στην ατμόσφαιρα και ακολούθως, στην καταγραφή της οπισθοσκεδαζόμενης ακτινοβολίας laser καθώς και του χρόνου που μεσολαβεί ανάμεσα στην εκπομπή και στη λήψη, η οποία αντιστοιχεί στην απόσταση των σκεδαστών από την πηγή laser. Η ατμόσφαιρα αποτελούμενη 6

7 από άτομα, μόρια, αιωρούμενα σωματίδια (αερολύματα), κλπ. προκαλεί εξασθένηση της διερχόμενης ακτινοβολίας laser. Η σκεδαζόμενη ακτινοβολία συλλέγεται από ένα οπτικό τηλεσκόπιο και οδηγείται στο σύστημα λήψης και καταγραφής των σημάτων lidar. Η τεχνική lidar, αναλύοντας τα οπισθοσκεδαζόμενα σήματα που προέρχονται από την αλληλεπίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας με την ακτινοβολία laser, είναι ικανή να καθορίσει την κατακόρυφη κατανομή των κυριότερων ρύπων και συστατικών της ατμόσφαιρας. Μπορούμε λοιπόν να έχουμε μια εικόνα της καθ ύψους κατανομής των συστατικών του ατμοσφαιρικού αέρα, ο οποίος υπάρχει πάνω από το όργανο βασισμένοι στις οπτικές ιδιότητες των συστατικών του. 1.3 Αρχή λειτουργίας της διάταξης Lidar Τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί διάφορες τεχνικές lidar για την τηλεπισκόπηση ατμοσφαιρικών παραμέτρων, οι οποίες βασίζονται σε διάφορες αλληλεπιδράσεις της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας και των διαφόρων συστατικών της ατμόσφαιρας. Έτσι υπάρχουν διατάξεις που βασίζονται στη σκέδαση της ακτινοβολίας laser κατά Rayleigh, στη σκέδαση Mie, στη σκέδαση Raman, στη σκέδαση συντονισμού, στο φθορισμό, στην απορρόφηση καθώς και στη διαφορική σκέδαση-απορρόφηση. Τα φαινόμενα, που λαμβάνουν χώρα κατά την αλληλεπίδραση μιας δέσμης laser και της ύλης που αυτή συναντά τα περιγράφουμε εν συντομία στον παρακάτω πίνακα (Πίνακας 1.1). Πίνακας 1.1:Φυσική περιγραφή οπτικών φαινομένων Οπτικό φαινόμενο Απορρόφηση Φθορισμός Σκέδαση Εξασθένηση Οπισθοσκέδαση Ελαστική σκέδαση Σκέδαση Mie Φυσική περιγραφή Η αφαίρεση ενέργειας από μια δέσμη φωτός χωρίς επανεκπομπή. Πραγματοποιείται όταν το μήκος κύματος συμπίπτει με την ζώνη απορρόφησης του εν λόγω μορίου Η αφαίρεση ενέργειας από μια δέσμη φωτός και στην συνέχεια η καθυστερημένη επανεκπομπή, συνήθως σε όλες τις κατευθύνσεις, στο αρχικό ή σε διαφορετικό (συνήθως μεγαλύτερο) μήκος κύματος Η αλλαγή διεύθυνσης ενός φωτονίου ή μιας δέσμης φωτός Η αφαίρεση ενέργειας από μια δέσμη φωτός από το συνδυαστικό αποτέλεσμα της απορρόφησης, της σκέδασης και του φθορισμού Σκέδαση σε γωνία σε σχέση με την προσπίπτουσα δέσμη φωτός Σκέδαση χωρίς αλλαγή στο μήκος κύματος μεταξύ προσπίπτουσας και σκεδαζόμενης ακτινοβολίας: Άθροισμα της σκέδασης Mie και Rayleigh Ελαστική σκέδαση από αιωρούμενα 7

8 Σκέδαση Rayleigh Σκέδαση Raman Σκέδαση συντονισμού Αποπόλωση Διαφορική σκέδαση και απορρόφηση σωματίδια και σταγόνες νεφών στα μήκη κύματος που αναφερόμαστε (355 και 532 nm) Ελαστική σκέδαση από ατμοσφαιρικά μόρια στα μήκη κύματος που αναφερόμαστε (355 και 532 nm) Μη ελαστική σκέδαση που συμπεριλαμβάνει την αλλαγή του επιπέδου ενέργειας περιστροφήςταλάντωσης του μορίου. Η αλλαγή της συχνότητας της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας αντιστοιχεί στην διαφορά ενέργειας μεταξύ της αρχικής και τελικής κατάστασης του μορίου Η συχνότητα της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας laser, συμπίπτει με τη συχνότητα συγκεκριμένης ενεργειακής μετάπτωσης του ατόμου, διεγείρεται, και κατόπιν σκεδάζει αποδιεγειρόμενο, χωρίς μετατόπιση στο μήκος κύματος Η μερική οπισθοσκέδαση γραμμικά πολωμένης δέσμης φωτός σε ένα επίπεδο πόλωσης, κάθετο ή παράλληλο, στην διεύθυνση διάδοσης της δέσμης Η διαφορική εξασθένιση δύο ακτίνων laser, όπως προκύπτει από τα οπισθοσκεδαζόμενα σήματα, όταν η συχνότητα της μίας ακτίνας συμπίπτει με τη συχνότητα γνωστής μοριακής μετάπτωσης, ενώ η συχνότητα της άλλης είναι ακριβώς μετά ή πριν από αυτή τη χαρακτηριστική συχνότητα Το σύστημα lidar του Εργαστηρίου Φυσικής της Ατμόσφαιρας (ΕΦΑ) αναπτύχθηκε πάνω στις εξής φυσικές διεργασίες: σκέδαση Rayleigh, σκέδαση Raman και σκέδαση Mie για τις οποίες θα αναφέρουμε κάποια πράγματα παραπάνω. Η σκέδαση Rayleigh είναι η ελαστική σκέδαση από σωματίδια που είναι σχετικά μικρά συγκρινόμενα με το μήκος κύματος της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας και συνήθως χρησιμοποιείται ως συνώνυμο της σκέδασης από τα μόρια της ατμόσφαιρας. Η γήινη ατμόσφαιρα αποτελείται κατά 99% από άζωτο και οξυγόνο και για αυτόν τον λόγο θεωρούμε αυτά τα δύο αέρια σαν πηγή της σκέδασης Rayleigh. Η ένταση της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας Rayleigh είναι αντιστρόφως ανάλογη της τέταρτης δύναμης του μήκους κύματος της ακτινοβολίας. Επίσης ως σκέδαση Rayleigh ορίζεται η ελαστική σκέδαση της ακτινοβολίας χωρίς την αλλαγή της κβαντικής κατάστασης των μορίων, δηλαδή της ενέργειας ταλάντωσης και της ενέργειας δόνησης. Ο όρος σκέδαση Mie αναπτύχθηκε από τον Gustav Mie (Mie,1908) και δίνει την αναλυτική επίλυση της σκέδασης της ακτινοβολίας οποιουδήποτε μήκους κύματος από μια σφαίρα οποιασδήποτε ακτίνας και με οποιοδήποτε μιγαδικό δείκτη διάθλασης. Έτσι, η σκέδαση Mie δεν περιορίζεται σε ένα 8

9 συγκεκριμένο μέγεθος σκεδαστών, καθώς συμπεριλαμβάνει ακόμα και την σκέδαση Rayleigh. Παρόλα αυτά, ο όρος χρησιμοποιείται για να περιγράψει την σκέδαση από σωματίδια με μέγεθος συγκρινόμενο με το μήκος κύματος της ακτινοβολίας ή και μεγαλύτερα. Η φασματική εξάρτηση του σκεδαζόμενου φωτός είναι συνάρτηση της ακτίνας του σωματιδίου σε σχέση με το μήκος κύματος και του μιγαδικού δείκτη διάθλασης. Οι «μικροί» (Rayleigh) σκεδαστές όπως αναφέραμε δείχνουν την λ -4 εξάρτηση. Η σκέδαση από πολύ μεγάλα σωματίδια δεν εξαρτάται από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας. Στην περιοχή εκείνη όπου το μέγεθος των σωματιδίων και το μήκος κύματος της ακτινοβολίας είναι παρόμοιας τάξης μεγέθους, η φασματική εξάρτηση της έντασης της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας ποικίλει. Για αυτό τον λόγο η φασματική εξάρτηση της έντασης του σκεδαζόμενου φωτός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αντλήσουμε πληροφορίες για το μέγεθος και άλλες παραμέτρους ατμοσφαιρικών συστατικών για σωματίδια από 50 nm μέχρι και μερικά μm. Η εφαρμογή αυτών των τεχνικών απαιτεί την εκπομπή διαφόρων μηκών κύματος και τον ανεξάρτητο προσδιορισμό των συντελεστών οπισθοσκέδασης και εξασθένησης. Από την άλλη μεριά τα σωματίδια στην ατμόσφαιρα κάθε άλλο παρά τέλειες σφαίρες είναι και επομένως η προσέγγιση της θεωρίας Mie δεν περιγράφει ικανοποιητικά τα αιωρούμενα σωματίδια. Πιο συγκεκριμένα, όσο τα σωματίδια είναι μικρά, συγκρινόμενα με το μήκος κύματος της ακτινοβολίας που αλληλεπιδρούν, το σχήμα τους δεν παίζει σημαντικό ρόλο στις σκεδαστικές διαδικασίες. Εάν όμως τα σωματίδια είναι μεγάλα και μη-σφαιρικά, όπως οι παγοκρύσταλοι, η σκόνη από τις ερήμους, ή τα θαλάσσια σωματίδια, δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την θεωρία της σκέδασης Mie. Το lidar ελαστικής οπισθοσκέδασης είναι η πιο συνήθης μορφή lidar, συχνά δε ονομάζεται και Rayleigh-Mie lidar, μιας και η αρχή λειτουργίας του στηρίζεται στις αντίστοιχες θεωρίες. Η σκέδαση Raman είναι η διαδικασία ανελαστικής σκέδασης η οποία περιλαμβάνει την αλλαγή στην ενέργεια ταλάντωσης δόνησης του μορίου. Η συχνότητα αλλαγής της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας αντιστοιχεί στην ενεργειακή διαφορά μεταξύ της αρχικής και της τελικής κατάστασης του μορίου και επομένως είναι συγκεκριμένη για κάθε μόριο. Η αλλαγή του ενεργειακού επιπέδου ταλάντωσης των μορίων αντιστοιχεί σε αλλαγή της συχνότητας από μερικές εκατοντάδες μέχρι μερικές χιλιάδες κυματάριθμους ανάλογα με το μόριο που υφίσταται τη σκέδαση Raman. Η φασματική ανάλυση της οπισθοσκεδαζόμενης ακτινοβολίας οδηγεί στην ανίχνευση πλήθους ατμοσφαιρικών συστατικών. Μέχρι τώρα θεωρήσαμε ότι κάθε φωτόνιο που ανιχνεύεται στο σύστημα lidar προκύπτει από πρώτης τάξεως σκέδασης. Ωστόσο, εάν η συγκέντρωση των σωματιδίων είναι υψηλή και ειδικότερα εάν τα σωματίδια είναι μεγάλα, όπως συμβαίνει στην περίπτωση των νεφών, ένα φωτόνιο μπορεί να σκεδαστεί περισσότερες από μία φορές πρίν φθάσει στο τηλεσκόπιο του συστήματος lidar. Και σε αυτήν την περίπτωση, το μέγεθος των σωματιδίων παίζει σημαντικό ρόλο. Τα μεγάλα σωματίδια έχουν μια ισχυρή εμπρόσθια σκέδαση λόγω της διάθλασης του φωτός (light diffraction). Τα φωτόνια που σκεδάζονται σε γωνία κοντά στις 0 ο παραμένουν στο οπτικό πεδίο του τηλεσκοπίου και μπορούν να οπισθοσκεδαστούν (ή το φωτόνιο μπορεί να οπισθοσκεδαστεί και στην συνέχεια υφίσταται πολλαπλής τάξης εμπρόσθια σκέδαση πριν να φτάσει το τηλεσκόπιο του συστήματος lidar). Το 9

10 φαινόμενο αυτό (επηρεάζει τα αποτελέσματα των μετρήσεων) είναι γνωστό ως πολλαπλή σκέδαση. 1.4 Περιγραφή και τρόπος λειτουργίας της διάταξης Lidar Ένα σύστημα lidar, στηρίζεται σε κάποια από τις φυσικές διεργασίες που αναφέρθηκαν παραπάνω και αποτελείται από 5 βασικά υποσυστήματα: 1 έναν εκπομπό, σε όλες τις πρακτικές εφαρμογές ο εκπομπός αυτός είναι ένα παλμικό laser, 2 μία διάταξη οπτικών για την εκπομπή της δέσμης, 3 ένα οπτικό σύστημα υποδοχής της επιστρεφόμενης ακτινοβολίας, 4 έναν ανιχνευτή και 5 ένα ηλεκτρονικό σύστημα για την επεξεργασία, απεικόνιση και αποθήκευση των μετρήσεων. Η βασική δομή ενός συστήματος lidar μπορεί να συνοψιστεί από την παρακάτω σχηματική απεικόνιση του σχήματος 1.1. Σχήμα 1.1: Τυπική διάταξη ενός συστήματος lidar Πίο συγκεκριμένα χρησιμοποιείται ισχυρή παλμική πηγή laser. Η δέσμη, μετά από επεξεργασία κατευθύνεται με κάτοπτρα κατακόρυφα προς τον ουρανό. Στην πορεία του ο παλμός οπισθοσκεδάζεται από τον ατμοσφαιρικό αέρα. Ένα μέρος της οπισθοσκεδαζόμενης ακτινοβολίας συλλέγεται με κατάλληλη οπτική διάταξη (τηλεσκόπιο), διαχωρίζεται φασματικά, ενισχύεται και τέλος μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα. Η διαδικασία αυτή λαμβάνει χώρα στον οπτικό αναλυτή (σχήμα 1.2). Μαζί με την καταγραφή του σήματος γίνεται και η ψηφιοποίηση του ως συνάρτηση του χρόνου. Με την εκπομπή νέου παλμού τελειώνει η καταγραφή του προηγούμενου. Η πληροφορία μεταφέρεται σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Θεωρώντας ότι η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή στον αέρα (n=1.0003) μπορούμε να μετατρέψουμε τον χρόνο σε ύψος. Μεταφέροντας το σήμα σε υπολογιστή μπορούμε να το μετατρέψουμε από ένταση ηλεκτρικού ρεύματος καθ ύψος σε τιμές του συντελεστή οπισθοσκέδασης του ατμοσφαιρικού αέρα καθ ύψος. 10

11 Συγκρίνουμε το σήμα της μέτρησης με το σήμα το οποίο θεωρητικά θα είχαμε σε μια καθαρή, μοριακή ατμόσφαιρα (μόνο άζωτο και οξυγόνο) και από τις διαφορές τους μπορούμε, σε πρώτη φάση να ανιχνεύσουμε ένα στρώμα σωματιδίων και να υπολογίσουμε το ύψος των νεφών. Η διάταξη η οποία περιγράφηκε προϋποθέτει την εκπομπή ακτινοβολίας τουλάχιστον ενός μήκους κύματος και ονομάζεται lidar οπισθοσκέδασης. Είναι η απλούστερη δυνατή. Χρησιμοποιώντας περισσότερα μήκη κύματος κατά την εκπομπή και την ανίχνευση μπορούν να μετρηθούν επιπλέον οπτικές ιδιότητες του ατμοσφαιρικού αέρα (αιωρούμενων σωματιδίων) όπως ο συντελεστής εξασθένησης ή ο εκθέτης Angstrom καθώς και μεγέθη όπως η θερμοκρασία ή η υγρασία καθ ύψος. Σε αυτό το σημείο καλό είναι να αναφερθούμε στις οπτικές ιδιότητες των αιωρούμενων σωματιδίων που μπορούν να υπολογιστούν με ένα επίγειο σύστημα lidar. Ο πίνακας 1.2 συνοψίζει τις οπτικές ιδιότητες των αιωρούμενων σωματιδίων. Πίνακας 1.2: Οπτικές ιδιότητες αιωρούμενων σωματιδίων παραγόμενες με μετρήσεις lidar. Ιδιότητα Σύμβολο Μονάδες Χωρικός συντελεστής εξασθένησης σωματιδίων Χωρικός συντελεστής β οπισθοσκέδασης σωματιδίων Λόγος Lidar LR Συντελεστής αποπόλωσης δ αδιάστατο Εκθέτης Ångström Åα αδιάστατο συντελεστές εξασθένησης Εκθέτης Ångström συντελεστές οπισθοσκέδασης Åβ αδιάστατο Στην παρούσα εργασία θα υπολογίσουμε τους χωρικούς συντελεστές εξασθένησης και οπισθοσκέδασης των σωματιδίων επομένως είναι σκόπιμο να αναφέρουμε κάποια πράγματα για αυτούς. Ως συντελεστές εξασθένησης και οπισθοσκέδασης ορίζουμε πρακτικά το ποσοστό της δέσμης το οποίο θα έχει εξασθενίσει ή οπισθοσκεδαστεί αντίστοιχα, ανά μονάδα μήκους διαδρομής στο μέσο. Οι συντελεστές αυτοί εξαρτώνται όχι μόνο από το είδος των σωματιδίων, δηλαδή την ενεργό διατομή την οποία παρουσιάζουν σε καθένα από αυτά τα φαινόμενα, αλλά και από το μήκος κύματος της αρχικής ακτινοβολίας καθώς και το μέγεθος των σκεδαστών σε σχέση με το μήκος κύματος. Ο χωρικός συντελεστής εξασθένησης εκφράζει την πιθανότητα ανά μονάδα οπτικής διαδρομής, να αφαιρεθεί ένα φωτόνιο από την αρχική ακτινοβολία λόγω σκέδασης ή/και απορρόφησης από το οπτικό μέσο. Ο χωρικός συντελεστής οπισθοσκέδασης περιγράφει την σκέδαση της ακτινοβολίας σε γωνία 180 ο ως προς την προσπίπτουσα ακτινοβολία. Ο προσδιορισμός τους βασίζεται στην επίλυση της εξίσωσης lidar. Είναι σημαντικό να σημειώσουμε ότι οι συντελεστές εξασθένησης και οπισθοσκέδασης είναι παράμετροι που εξαρτώνται από την συγκέντρωση των αιωρούμενων σωματιδίων σε αντίθεση με τις άλλες παραμέτρους του Πίνακα 1.2 που εξαρτώνται από το είδος, το μέγεθος και το σχήμα των σωματιδίων. Επίσης ένα ακόμα χρήσιμο μέγεθος το οποίο συνδέεται άμεσα με 11

12 τον συντελεστή εξασθένισης και οπισθοσκέδασης είναι το οπτικό βάθος (Optical Depth) (το υπολογίζουμε και αυτό στην παρούσα εργασία). Δηλώνει τη συνολική εξασθένιση την οποία υφίσταται ακτινοβολία η οποία περνά από στρώμα συγκεκριμένου πάχους. Όσο μεγαλύτερο το οπτικό βάθος ενός στρώματος ή όλης της ατμόσφαιρας τόσο μικρότερη η ορατότητα. Σχήμα 1.2: Οπτικός αναλυτής της διάταξης lidar του ΕΦΑ 12

13 1.5 Διαφορική εξίσωση του Lidar Στις εφαρμογές lidar, ένας μονοχρωματικός παλμός φωτός έντασης εκπέμπεται από μια πηγή laser στην ατμόσφαιρα. Το εκπεμπόμενο φως εξασθενεί κατά την διάδοσή του, καθώς ένα μέρος του αλληλεπιδρά σε κάθε ύψος με τα μόρια και αιωρούμενα σωματίδια της ατμόσφαιρας και είτε αυτό απορροφάται είτε σκεδάζεται. Το σκεδαζόμενο φως επανεκπέμπεται από τον στόχο προς όλες τις κατευθύνσεις σύμφωνα με μια κατανομή πιθανότητας σκέδασης. Ένα μικρό μέρος του σκεδαζόμενου φωτός, η λεγόμενη οπισθοσκεδαζόμενη ακτινοβολία, δηλαδή η ακτινοβολία που σκεδάζεται σε γωνία 180 o σε σχέση με την προσπίπτουσα, φτάνει στο σύστημα ανίχνευσης του lidar (τηλεσκόπιο). Το τηλεσκόπιο συλλέγει την οπισθοσκεδαζόμενη ακτινοβολία και την εστιάζει στον φωτοανιχνευτή, ο οποίος μετατρέπει το φως που δέχεται σε ηλεκτρικό σήμα. Η αναλογική έξοδος του σήματος από τον φωτοανιχνευτή ψηφιοποιείται από έναν μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό σήμα και αποθηκεύεται σε έναν Η/Υ. Η σκέδαση του φωτός από τα μόρια και τα αιωρούμενα σωματίδια της ατμόσφαιρας, όπως αναφέραμε και στην παράγραφο 1.3 διακρίνεται σε δύο γενικές κατηγορίες, την ελαστική σκέδαση όπου η σκεδαζόμενη ακτινοβολία είναι του ίδιου μήκους κύματος με την προσπίπτουσα, και την ανελαστική σκέδαση, όπου το μήκος κύματος της σκεδαζόμενης είναι διαφορετικό της προσπίπτουσας. Τυπικό παράδειγμα ανελαστικής σκέδασης είναι η σκέδαση Raman, όπου έχουμε μία συγκεκριμένη μετατόπιση του μήκους κύματος. Και για τα δύο είδη σκέδασης, το οπισθοσκεδαζόμενο σήμα σχετίζεται με την μοριακή και σωματιδιακή συγκέντρωση κατά την διεύθυνση διάδοσης της ακτινοβολίας, όπως και με την εξασθένισή της. Για ένα σύστημα lidar, το οπισθοσκεδαζόμενο σήμα (backscattered) που ανιχνεύεται από τον φωτοανιχνευτή, είναι ένα άθροισμα που περιλαμβάνει όρους σχετικά με την ελαστικά, ανελαστικά και ελαστικά πολλαπλά σκεδαζόμενη ακτινοβολία. Ανάλογα με το είδος της ατμόσφαιρας (καθαρή ατμόσφαιρα) και την χρησιμοποίηση φίλτρων οι όροι της πολλαπλά ελαστικής και ανελαστικής σκέδασης, αντίστοιχα, αφαιρούνται ώστε να γίνεται τελικά μέτρηση φωτός σε μήκος κύματος ίδιο με το εκπεμπόμενο από το laser. Η ροή ακτινοβολίας df η οποία ανιχνεύεται από το όργανο για τη σκέδαση σε μήκος κύματος λ από ένα ατμοσφαιρικό όγκο dz δίνεται από την εξίσωση του lidar (σχέση 1.1). Σχέση 1.1 Όπου η αρχική ροή ακτινοβολίας του παλμού, β mol (λ,z) και β aer (λ,z) οι συντελεστές οπισθοσκέδασης (backscatter coefficients) ενώ α mol (λ,z) και α aer (λ,z) οι συντελεστές εξασθένησης (extinction coefficients) των μορίων και των σωματιδίων αντίστοιχα. Ο όρος [ ]dz περιγράφει το ποσοστό της αρχικής ροής ακτινοβολίας το οποίο εκπέμπεται ως οπισθοσκεδαζόμενη ακτινοβολία από τα μόρια και τα σωματίδια. 13

14 Ο όρος περιγράφει το ποσοστό της ροής της ακτινοβολίας το οποίο μπαίνει στο τηλεσκόπιο αποκλειστικά λόγω παραγόντων γεωμετρίας όπως η απόκλιση της δέσμης και το οπτικό πεδίο του τηλεσκοπίου. Στην σταθερά είναι συνυπολογισμένο και το αποτέλεσμα μιας διορθωτικής συνάρτησης η οποία ονομάζεται συνάρτηση επικάλυψης και οφείλεται στο ότι η δέσμη εκπέμπεται εκτός τηλεσκοπίου και επομένως μπαίνει σταδιακά στο οπτικό πεδίο μέχρι το ύψος της πλήρους αλληλεπικάλυψης όπου το σύνολο της δέσμης βρίσκεται εντός του οπτικού πεδίου. Η συνάρτηση αλληλεπικάλυψης ξεκινά από την τιμή 0 στο σημείο εκπομπής και σταδιακά αυξάνει μέχρι να γίνει μονάδα στο ύψος πλήρους αλληλεπικάλυψης. Ο εκθετικός όρος είναι το τετράγωνο της ατμοσφαιρικής διαπερατότητας. Το 2 στον εκθέτη προκύπτει εξαιτίας της διπλής διαδρομής την οποία κάνουν τα φωτόνια στην ατμόσφαιρα από την εκπομπή ως την ανίχνευση. Η εξίσωση του lidar μπορεί να διατυπωθεί ως εξής(σχέση 1.2): Σχέση 1.2 Όπου P(λ,z) η ένταση του σήματος που καταγράφεται από ένα ύψος σε σχετικές μονάδες, T(λ,z) η ατμοσφαιρική διαπερατότητα [, ο συνολικός συντελεστής εξασθένισης] και ο συνολικός συντελεστής οπισθοσκέδασης από έναν όγκο αέρα. Η ένταση εκπομπής έχει συμπεριληφθεί στη σταθερά του συστήματος. Οι δύο μέθοδοι επίλυσης της εξίσωσης του lidar οι οποίες χρησιμοποιούνται στο ΕΦΑ είναι η μέθοδος Klett και η μέθοδος Raman (στα πλαίσια αυτής της εργασίας δεν θα περιγράψουμε αυτές τις μεθόδους). 14

15 Κεφάλαιο 2:Διάταξη του ΕΦΑ-Μεθοδολογία μετρήσεων 2. Εισαγωγή Στο κεφάλαιο αυτό θα ασχοληθούμε με την πειραματική μας διαδικασία (μεθοδολογία μετρήσεων) και με το σκεπτικό αυτής, κάνοντας αρχικά μία αναφορά στην διάταξη lidar του ΕΦΑ. 2.1 Το Lidar του Εργαστηρίου Φυσικής της Ατμοσφαιρας (ΕΦΑ) Η διάταξη lidar του ΕΦΑ, αναπτύχθηκε και εγκαταστάθηκε από τον Δρ. Α. Παπαγιάννη το Αποτελεί την πρώτη διάταξη lidar στην Ελλάδα και τέθηκε για πρώτη φορά σε λειτουργία το Η διάταξη είναι εγκατεστημένη στην ταράτσα του κτιρίου της Σχολής Θετικών Επιστημών του Α.Π.Θ, στη Θεσσαλονίκη και σχεδιάστηκε για τη μελέτη των διαφόρων στρωμάτων της κατώτερης τροπόσφαιρας χρησιμοποιώντας τις ιδιότητες της ελαστικής σκέδασης από τα μόρια και τα αιωρούμενα σωματίδια της ατμόσφαιρας. Τον Ιανουάριο του 2001 η διάταξη αναβαθμίστηκε σε lidar οπισθοσκέδασης-raman, με διπλή δέσμη εκπομπής (355 nm και 532 nm) και δυνατότητα ανίχνευσης των δύο ελαστικά οπισθοσκεδαζόμενων ακτινοβολιών στα 355 nm και 532 nm καθώς και της ακτινοβολίας των 387 nm η οποία προέρχεται από την οπισθοσκέδαση Raman των 355 nm από το ατμοσφαιρικό άζωτο. Τον Απρίλιο του 2008, αναβαθμίστηκε ξανά και από τότε είναι δυνατή η μέτρηση της ακτινοβολίας των 607 nm η οποία προέρχεται από την οπισθοσκεδαζόμενη Raman των 532 nm από το ατμοσφαιρικό άζωτο. Σήμερα το lidar του ΕΦΑ αξιοποιεί την οπισθοσκεδαζόμενη ακτινοβολία στα 355 nm (UV), στα 532 nm (VIS) και στα 1064 nm (IR). Η ανίχνευση του σήματος περιλαμβάνει εννιά διαφορετικά κανάλια, πέντε εκ των οποίων ανιχνεύουν την ελαστικά οπισθοσκεδαζόμενη ακτινοβολία (355 nm, 532 nm, 1064 nm) με ψηφιακό ή αναλογικό τρόπο, δύο την ανελαστικά οπισθοσκεδαζόμενη ακτινοβολία (387nm και 607 nm) με ψηφιακό τρόπο και δύο την παράλληλη και κάθετη συνιστώσα πόλωση της οπισθοσκεδαζόμενης των 532 nm με ψηφιακό ή αναλογικό τρόπο. Το όργανο μπορεί να λειτουργήσει είτε ως ένα raman lidar το οποίο, πέρα από την ελαστική σκέδαση (355nm, 532nm, 1064nm), αξιοποιεί και την ανελαστική σκέδαση (σκέδαση Raman) της ακτινοβολίας των 355nm και 532nm από το μοριακό άζωτο στα 387nm και 607nm αντίστοιχα είτε ως ένα depolarization lidar το οποίο, πέρα από την ελαστική σκέδαση (355nm, 532nm, 1064nm), αξιοποιεί και την αποπόλωση της ακτινοβολίας των 532nm η οποία οφείλεται στα συστατικά του αέρα. Όπως κάθε διάταξη lidar, έτσι και το σύστημα lidar του ΕΦΑ απαρτίζεται από πέντε βασικά υποσυστήματα: την πηγή ακτινοβολίας laser, την οπτική διάταξη εκπομπής της ακτινοβολίας laser, ένα τηλεσκόπιο για την υποδοχή της επιστρεφόμενης ακτινοβολίας, την διάταξη ανίχνευσης της ακτινοβολίας laser και τέλος το σύστημα καταγραφής και αποθήκευσης των δεδομένων lidar. Ως πηγή laser η διάταξη lidar του ΕΦΑ χρησιμοποιεί ένα παλμικό laser στερεάς κατάστασης Nd:Yag (Neodymium-doped Yttrium Aluminium Garnet) της Quanta- Ray GCR-150. Η παλμική πηγή εκπέμπει γραμμικά πολωμένη ακτινοβολία στα 15

16 1064nm. Από την αρχική δέσμη παράγονται με τη χρήση ειδικών κρυστάλλων οι δύο πρώτες αρμονικές στα 532nm και στα 355nm οι οποίες είναι επίσης γραμμικά πολωμένες. Χρησιμοποιούνται δύο κάτοπτρα τα οποία στέλνουν την ακτινοβολία των τριών μηκών κύματος προς τον ουρανό. Με αυτό τον τρόπο η εκπεμπόμενη ακτινοβολία laser αντιστοιχεί σε τρεις περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, το κοντινό υπέρυθρο, το ορατό και το υπεριώδες. Για την συλλογή της οπισθοσκεδαζόμενης ακτινοβολίας χρησιμοποιείται ένα Νευτώνειο τηλεσκόπιο. Η συλλεγόμενη ακτινοβολία από το τηλεσκόπιο κατευθύνεται προς την διάταξη ανίχνευσης του lidar με την βοήθεια ενός παρεμβαλλόμενου επίπεδου κατόπτρου. Αφού η συλλεγόμενη ακτινοβολία φτάσει στη διάταξη ανίχνευσης (κιβώτιο ανίχνευσης), διαχωρίζεται φασματικά στα 355 nm στα 532 nm και στα 1064 nm, στην ακτινοβολία raman στα 387 nm και 607 nm καθώς και στην παράλληλη και κάθετη συνιστώσα πόλωσης της οπισθοσκεδαζόμενης των 532 nm (532R,532T) μέσω ενός συστήματος κατόπτρων όπως είδαμε στο σχήμα 1.2. Κάθε φασματικά διαχωρισμένη ακτινοβολία φιλτράρεται φασματικά από μία συστοιχία, πριν οδηγηθεί στον αντίστοιχο φωτοανιχνευτή. Για την ανίχνευση των σημάτων χρησιμοποιούνται φωτοπολλαπλασιαστές, που είναι ειδικά επιλεγμένοι για την ευαισθησία και την γρήγορη απόκριση τους στα αντίστοιχα μήκη κύματος. Η φωτοκάθοδος των φωτοπολλαπλασιαστών είναι πολυαλκαλική (Na-K-Sb-Cs). Η μέγιστη τάση τροφοδοσίας των φωτοπολλαπλασιαστών είναι της τάξεως των 1000 V, προκειμένου αυτοί να λειτουργούν στην γραμμική τους περιοχή. Οι προδιαγραφές του κατασκευαστή των φωτοπολλαπλασιαστών ορίζουν ως τάση λειτουργίας το διάστημα 650V-920V και 100V-250V ανάλογα με το μήκος κύματος της ακτινοβολίας. Σκοπός τις παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι να βρεθεί η πλέον ενδεδειγμένη τάση (εύρος) λειτουργίας των φωτοπολλαπλασιαστών για τα 355 nm(an και pc), 532 nm (an και pc), 1064 nm (μόνο an), 387 (μόνο pc) nm, 607 (μόνο pc) nm, 532R nm (an και pc) και 532T nm (an και pc) όταν το laser λειτουργεί σε σταθερή ένταση (l=9.0). Για τα σήματα lidar διακρίνουμε γενικά δύο βασικές μεθόδους καταγραφής: την αναλογική μέθοδο (analog-an) και την τεχνική της καταμέτρησης φωτονίων (photon counting-pc). Στην αναλογική μέθοδο καταγραφής, ο παλμός εξόδου του φωτοπολλαπλασιαστή καταγράφεται σαν ρεύμα εξόδου, ενώ στην τεχνική της καταμέτρησης φωτονίων καταγράφονται τα παραγόμενα από τον φωτοπολλαπλασιαστή φωτοηλεκτρόνια. Η τεχνική καταμέτρησης φωτονίων είναι πιο αξιόπιστη από την αναλογική μέθοδο, αναφορικά με τον λόγο ρεύματος προς θόρυβο και την σταθερότητα του παραγόμενου σήματος. Παρόλα αυτά είναι εφικτή η εφαρμογή της μόνο στην περίπτωση που τα προσπίπτοντα φωτόνια στην φωτοκάθοδο του φωτοπολλαπλασιαστή καταφθάνουν με χαμηλούς σχετικά ρυθμούς, ώστε τα παραγόμενα φωτοηλεκτρόνια να είναι χρονικά διακριτά και ανιχνεύσιμα ένα προς ένα. Γενικός οι δύο μέθοδοι καταγραφής έχουν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους (θα αναφερθούμε παρακάτω). Το καταγραφικό σύστημα που χρησιμοποιούμε (LICEL Transient Recorder TR20-80/160, έχει τη δυνατότητα να εκτελεί ταυτόχρονα την αναλογική καταγραφή (an) στα 355 nm, 532 nm, 1064 nm και την καταμέτρηση φωτονίων (pc) στα 355 nm,532 nm,387 nm και 607 nm. Επίσης μπορεί να εκτελεί ταυτόχρονα την αναλογική καταγραφή (an) στα 532R nm, 532T nm, 1064 nm και την καταμέτρηση φωτονίων (pc) στα 532R nm και 532T nm. Μετά την καταγραφή τους τα πρωτογενή δεδομένα (μετρήσεις lidar) αποθηκεύονται σε έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή για περαιτέρω χρήση και επεξεργασία. 16

17 Ο σταθμός lidar του ΕΦΑ με τα τεχνικά χαρακτηριστικά που παρουσιάστηκαν παραπάνω συμμετέχει στο Ευρωπαϊκό δίκτυο LIDAR EARLINET (European Aerosol Research Lidar Network) το οποίο ιδρύθηκε το 2000 και απαριθμεί 27 σταθμούς (εικόνα 2.1). Το δίκτυο EARLINET είναι ένα από τα πιο σημαντικά έργα της Ευρωπαϊκής Ένωσης, που στοχεύει στην καταγραφή της χωρικής και χρονικής κατανομής αιωρούμενων σωματιδίων στην Ευρωπαϊκή ήπειρο, με την χρήση τεχνικών lidar. Στο δίκτυο αυτό η Ελλάδα εκτός από το lidar του ΕΦΑ αντιπροσωπείται και από τον αντίστοιχο σταθμό στην Αθήνα. Λεπτομέρειες για τους δύο αυτούς σταθμός παρουσιάζονται στον πίνακα 2.1 (ενώ λεπτομέρειες για του υπόλοιπους σταθμούς καθώς και για την δράση του EARLINET μπορούμε να βρούμε στην σελίδα Εικόνα 2.1: Οι σταθμοί lidar του δικτύου EARLINET 17

18 Athens Greece Thessaloniki Greece Lidarsite: N, E, 200 m Principal Investigator: Key personnel: National Technical University of Athens, Physics Department, Athens Alexandros Papayannis George Tsaknakis, Panos Kokkalis, Athina Argyrouli Lidarsite: N, E, 60 m Principal Investigator: Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloniki Dimitris Balis Key personnel: Nikos Siomos 2.2 Πειραματική διαδικασία Πίνακας 2.1: Λεπτομέρειες Ελληνικών σταθμών Αρχικά θα πρέπει να αναφέρουμε ότι οι μετρήσεις έγιναν 31/3/2014,ήταν νυχτερινές (οι νυχτερινές μετρήσεις λαμβάνουν χώρα μετά την δύση του Ηλίου) και οι καιρικές συνθήκες ήταν κατάλληλες ώστε να επιτρέπουν την λειτουργία του οργάνου. Πρώτο βήμα ήταν να ανοίξουμε το παράθυρο του εργαστηρίου έτσι ώστε να μπορεί να φεύγει η δέσμη laser προς τον ουρανό αλλά και να μπορεί να γίνεται η συλλογή της οπισθοσκεδαζόμενης ακτινοβολίας από το τηλεσκόπιό μας. Στην συνέχεια ενεργοποιήσαμε την διάταξη lidar ρυθμίζοντας τα τροφοδοτικά υψηλής τάσης. Με την βοήθεια των ειδικών βάσεων στήριξης με ρυθμιζόμενη κλίση για τον τελικό έλεγχο της γωνίας εκπομπής των κατόπτρων πραγματοποιήσαμε την τελική ευθυγράμμιση της δέσμης (για την επίτευξη της απαιτούμενης παραλληλίας μεταξύ των εκπεμπόμενων δεσμών και του οπτικού άξονα του τηλεσκοπίου). Το όργανό μας ήταν έτοιμο προς μέτρηση. Όπως αναφέραμε και πιο πάνω το καταγραφικό σύστημα που χρησιμοποιούμε έχει τη δυνατότητα να εκτελεί ταυτόχρονα την αναλογική καταγραφή (an) στα 355 nm, 532 nm, 1064 nm και την καταμέτρηση φωτονίων (pc) στα 355 nm,532 nm,387 nm και 607 nm. Επίσης μπορεί να εκτελεί ταυτόχρονα την αναλογική καταγραφή (an) στα 532R nm, 532T nm, 1064 nm και την καταμέτρηση φωτονίων (pc) στα 532R nm και 532T nm. Εμείς μεταβάλλοντας την τάση τροφοδοσίας των φωτοπολλαπλασιαστών (συνδέοντας κάθε φορά το κατάλληλο μήκος κύματος) πήραμε ταυτόχρονες μετρήσεις των διάφορων μηκών κύματος για analog και photon counting σήματα. Πιο συγκεκριμένα στο πρώτο σετ μετρήσεων, συνδέσαμε στα κανάλια των φωτοπολλαπλασιαστών τα μήκη κύματος που φαίνονται παρακάτω στον πίνακα 2.2. Αφού τα συνδέσαμε πήραμε μετρήσεις (1000 shoots ανά μέτρηση) μεταβάλλοντας κάθε φορά την τάση των φωτοπολλαπλασιαστών με βήμα 10 V. Για τα κανάλια 355 nm (an και pc),532 nm (an και pc),387 nm (pc), και 607 nm (pc) ξεκινήσαμε από τα 18

19 920 V μέχρι τα 850 V (κατεβαίνοντας ανά 10 V για κάθε μέτρηση) ενώ για το κανάλι 1064 nm (an) ξεκινήσαμε από τα 170 V μέχρι τα 100 V (κατεβαίνοντας ανά 10 V για κάθε μέτρηση). Έτσι πήραμε 8 μετρήσεις για διαφορετικά Volts για καθένα από τα μήκη κύματος του πίνακα 2.2. Ch1 Ch2 Ch3 Ch4 Ch5 Ch6 Ch7 355 an 355 pc 532 an 532 pc 387 pc 1064 an 607 pc Πίνακας 2.2: Κανάλια φωτοπολλαπλασιαστών πρώτου σετ Στο δεύτερο σετ μετρήσεων, αλλάξαμε τα κανάλια των φωτοπολλαπλασιαστών καθώς συνδέσαμε σ αυτά τα μήκη κύματος που φαίνονται παρακάτω στον πίνακα 2.3. Αφού τα συνδέσαμε πήραμε και εδώ μετρήσεις (1000 shoots ανά μέτρηση) μεταβάλλοντας κάθε φορά την τάση των φωτοπολλαπλασιαστών με βήμα 10 V. Για τα κανάλια 532R nm (an και pc) και 532T nm (an και pc) ξεκινήσαμε από τα 920 V μέχρι τα 850 V (κατεβαίνοντας ανά 10 V για κάθε μέτρηση) ενώ για το κανάλι 1064 nm (an) ξεκινήσαμε από τα 180 V μέχρι τα 250 V (ανεβαίνοντας ανά 10 V για κάθε μέτρηση). Στην ουσία όσον αφορά το κανάλι 1064 nm, συνεχίστηκαν οι μετρήσεις του πρώτου σετ αλλά για διαφορετικά Volts. Έτσι πήραμε και εδώ 8 μετρήσεις για διαφορετικά Volts για καθένα από τα μήκη κύματος του πίνακα 2.3. Ch1 Ch2 Ch3 Ch4 Ch5 Ch6 Ch7 532R an 532R pc 532T an 532T pc Κενό 1064 an Κενό Πίνακας 2.3: Κανάλια φωτοπολλαπλασιαστών δεύτερου σετ Μετά την καταγραφή τους τα πρωτογενή δεδομένα (μετρήσεις lidar) αποθηκεύτηκαν σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Η επεξεργασία αυτών έγινε με την χρήση του ειδικού αλγόριθμου επεξεργασίας του ΕΦΑ καθώς και με την χρήση προγραμμάτων (origin, excel) του Η/Υ. 19

20 2.3 Σκεπτικό Το σκεπτικό της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι να κάνουμε μια διερεύνηση των σημάτων Lidar του ΕΦΑ μεταβάλλοντας την τάση τροφοδοσίας των φωτοπολλαπλασιαστών. Σκοπός μας είναι αρχικά να ελέγξουμε για τα κανάλια που μετράμε με την διάταξη του ΕΦΑ, 355nm (analog και photon counting), 532nm (analog και photon counting), 1064 (analog), 387nm (photon counting), 607nm (photon counting), 532Rnm (analog και photon counting) και 532Tnm (analog και photon counting) τι διαφορές υπάρχουν μεταξύ των σημάτων διαφορετικών τιμών τάσης και αν κάποια από αυτά μας δίνουν αποτελέσματα που αποκλίνουν σε κάποιο βαθμό από τα υπόλοιπα ή χρήζουν σχολιασμό. Επίσης σκοπός μας είναι να δούμε την αντίδραση των σημάτων καθώς αλλάζουμε την τάση, σε κάποια όρια που μας ενδιαφέρουν και αν όντως η αλλαγή αυτή επηρεάζει τις μετρήσεις μας. 20

21 Κεφάλαιο 3 :Αποτελέσματα-Σχολιασμός μετρήσεων 3. Εισαγωγή Στο κεφάλαιο αυτό θα ασχοληθούμε με τα αποτελέσματα των μετρήσεών μας, σχολίαζοντάς τα, βλέποντας ξεχωριστά το κάθε ένα μήκος κύματος. 3.1 Αποτελέσματα-Α μέρος Μετά τη καταγραφή τα σήματα αθροίζονται (ανά 1000 παλμούς) και αποθηκεύονται υπό μορφή αρχείων σε έναν Η/Υ (η άθροιση γίνεται για να περιοριστούν τυχαίες διακυμάνσεις στο σήμα όπως για παράδειγμα αυτές οι οποίες οφείλονται στον άνεμο). Τα αρχεία αυτά αποτελούν τα δεδομένα εισόδου του αλγορίθμου του ΕΦΑ. Αρχικά ο αλγόριθμος διαβάζει την πληροφορία των αρχείων και εκτελεί μια προεργασία των σημάτων. Στο τελικό στάδιο της προεργασίας τα σήματα έχουν υποστεί όλες τις απαραίτητες διορθώσεις. Συγκεκριμένα οι διορθώσεις αυτές οι οποίες αφορούν όλα τα σήματα (analog και photon counting) επιγραμματικά είναι η διόρθωση σκότους (στοχεύει στην αφαίρεση του θορύβου ο οποίος προέρχεται από τα ηλεκτρονικά της διάταξης), η διόρθωση υποβάθρου (έχει αφαιρεθεί η zero) και η διόρθωση του σήματος με την απόσταση από την πηγή. Επίσης για να περιοριστεί επαρκώς ο θόρυβος του σήματος, ειδικά για τα πιο ασθενή σήματα, είναι απαραίτητη η χρήση μαθηματικών φίλτρων εξομάλυνσης. Ο αλγόριθμος αυτός περιλαμβάνει ένα φίλτρο Savitzky-Golay και ένα φίλτρο κυλιόμενου μέσου όρου (sliding average). Προσθετικά τα ψηφιακά σήματα έχουν υποστεί διόρθωση νεκρού χρόνου. Παρακάτω παρουσιάζονται οι κατανομές των σημάτων (signals) διορθωμένων με το ρεύμα σκότους και με το υπόβαθρο καθώς και των κανονικοποιημένων σημάτων με την μοριακή ατμόσφαιρα στα 5000 m σε μονάδες συντελεστή οπισθοσκέδασης (normalized singals) συναρτήση της απόστασης για τα διάφορα voltage στα 355nm (an και pc), 532nm (an και pc), 1064nm (an-για δύο διαφορετικά set voltage), 387nm (pc), 607nm (pc), 532R nm (an και pc) και 532T nm (an και pc). Οι κατανομές αυτές χωρίζονται σε δύο μέρη, στα κοντινά σήματα (near range, μέχρι τα 2000 m) και στα μακρινά σήματα (far range, πάνω από τα 2000 m) μέχρι το ύψος αναφορά που το έχουμε πάρει στα 5000 m. Στην διάρκεια αυτών των μετρήσεων υπολογίζεται για κάθε ένα voltage ο συντελεστής εξασθένισης (extinction) στα 355nm (pc) και 532nm (pc) με την μέθοδο Raman, και ο συντελεστής οπισθοσκέδασης (backscatter) στα 355nm (an και pc),532nm (an και pc) και 1064nm (an-για δύο διαφορετικά set voltage) με την μέθοδο Klett. Από τους συντελεστές εξασθένισης και οπισθοσκέδασης υπολογίζεται το οπτικό βάθος των αιωρούμενων σωματιδίων (AOD) για κάθε voltage. Τέλος υπολογίσουμε την σχετική απόκλιση των σημάτων για κάθε voltage, για κάθε ένα μήκος κύματος από τα προαναφερόμενα, από το μέσο (relative deviation from mean). Η διαδικασία που ακολουθήσαμε για τον υπολογισμό της σχετικής απόκλισης είναι: 1. Η μέση τιμή των σημάτων για κάθε voltage: mean=sum(p_vi)/8 2.Η σχετική απόκλιση για κάθε voltage από το μέσο: Dev(P_Vi)=(P_Vi-mean)/mean κτλ,όπου P_Vi είναι το σήμα για κάθε voltage. Παρακάτω παρουσιάζονται τα αποτελέσματα ανά μήκος κύματος. 21

22 22

23 23

24 24

25 25

26 26

27 27

28 28

29 29

30 30

31 31

32 32

33 33

34 3.2 Σχολιασμός-Α μέρος Τα αποτελέσματά μας έχουν χωριστεί ανά μήκος κύματος έτσι ώστε να καταλάβουμε ποια voltage έχουν πρόβλημα στην κάθε περίπτωση ή γενικότερα αποκλίνουν από τα υπόλοιπα, ενώ στις περιπτώσεις όπου για κάποιο μ.κ έχουμε διαθέσιμο αναλογικό και ψηφιακό σήμα, έχουν τοποθετηθεί το ένα μετά το άλλο για να μπορούμε να πραγματοποιούμε και μία σύγκριση μεταξύ των σημάτων. Αρχικά, έχουμε δύο γενικές παρατηρήσεις που αφορούν όλα τα κανάλια:1.αυξάνοντας την τάση του voltage αυξάνεται η ένταση του σήματος (κορυφή σήματος σε υψηλότερη ένταση) και γενικά ο ρυθμός μεταβολής της καμπύλης είναι ανάλογος του voltage (στα 532Rnm και 532Tnm έχουμε μια μικρή αλλαγή) (αφορά τα Signals και Normalized Signals) 2.με σύγκριση αναλογικού και ψηφιακού προκύπτει ότι τα κανονικοποιημένα σήματα, τα οπτικά βάθη και οι συντελεστές οπισθοσκέδασης στα ψηφιακά έχουν χαμηλότερες τιμές από ότι στα αναλογικά για τα ίδια voltage. Περνώντας στις ειδικές παρατηρήσεις για κάθε κανάλι έχουμε: Στο κανάλι 1064nm (an) παρατηρούμε ότι τα voltage 100V-110V-120V ίσως και το 130V έχουν πρόβλημα και τα αποτελέσματα αυτών έχουν μεγάλες αποκλίσεις (σχήματα σελ.26). Έτσι καλό θα είναι να παίρνουμε μετρήσεις πάνω από τα 130V. Εδώ θα πρέπει να σημειωθεί ότι για τα 100V και 110V δεν έχει υπολογιστεί το οπτικό βάθος ενώ για την τυπική απόκλιση έχουν βγει εκτός και τα 120V, 130V (καθώς θα επηρέαζαν τον υπολογισμό τους). Στο κανάλι 607 (pc) παρατηρούμε ότι στα 920V έχουμε μεγάλες αποκλίσεις από το υπόλοιπα voltage. Οι αποκλίσεις είναι αισθητές σε όλα τα διαγράμματα που αφορούν το συγκεκριμένο κανάλι (σχήματα σελ.29). Έτσι καταλήγουμε ότι για το 607 (pc) δεν πρέπει να γίνονται μετρήσεις στα 920V ή ότι πρέπει να παίρνουμε μετρήσεις από 920V και πάνω (ανάλογα βέβαια με τις προδιαγραφές του φωτοπολλαπλασιαστή και με το ποιά είναι η μέγιστη τάσης λειτουργίας). Στα κανάλια 532Rnm (an και pc) και 532Tnm (an και pc) (όσον αφορά την αλλαγή που αναφέραμε παραπάνω) παρατηρούμε στα κανονικοποιημένα σήματα μόνο, ότι ενώ τα σήματα με το υψηλότερο voltage φτάνουν σε πιο υψηλές κορυφές κατά την μείωσή τους με το ύψος μειώνονται πιο απότομα φτάνοντας σε χαμηλότερες τιμές από τα χαμηλότερα voltage. Όσο αναφορά το ψηφιακό κανονικοποιημένο σήμα 532Τnm εκεί τα χαμηλότερα voltage φτάνουν σε υψηλότερες κορυφές. Οι διαφορές αυτές έχουν να κάνουν με την κανονικοποίηση του σήματος. Στα υπόλοιπα κανάλια δεν υπάρχει κάποια ιδιαίτερη διαφορά μεταξύ των σημάτων διαφορετικών τιμών τάσης και αυτό επαληθεύετε από το τελικό μας προιόν που είναι το οπτικό βάθος. Τέλος θα πρέπει να αναφέρουμε ότι όποιες διαφορές υπάρχουν μεταξύ των σημάτων στα χαμηλά ύψη (μέχρι περίπου 1000m) δεν μας πολυ ενδιαφέρουν (έχει να κάνει με την συνάρτηση αλληλεπικάλυψης-overlap). Επίσης κάποιες μικρές διαφορές (μικρές μετατοπίσεις κορυφών) στα μεγαλύτερα ύψη οφείλονται στην αλλαγή της ατμόσφαιρας καθώς η κάθε μας μέτρηση για κάθε voltage διήρκεσε περίπου 7 λεπτά. 3.3 Αποτελέσματα-Σχολιασμός-Β μέρος Αν για κάποιο μ.κ. υπάρχει διαθέσιμο ψηφιακό και αναλογικό σήμα τότε εφόσον πληρούνται κάποιες προϋποθέσεις είναι δυνατόν να γίνει συνένωση των δύο σημάτων (glue procedure). Στην περίπτωση του lidar του ΕΦΑ η διαδικασία αυτή μπορεί να λάβει χώρα για την ακτινοβολία των 355nm, 532nm, 532Rnm και 532Tnm. Γνωρίζουμε ότι τα ψηφιακά σήματα αντιμετωπίζουν προβλήματα σε χαμηλό ύψος αλλά είναι αρκετά πιο αξιόπιστα από τα αναλογικά σε μεγάλο ύψος. Από την άλλη τα 34

35 αναλογικά σήματα είναι πιο αξιόπιστα όταν υπάρχει αρκετό σήμα (μικρά ύψη). Θα θέλαμε, επομένως να μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το αναλογικό σήμα σε μικρά ύψη και το ψηφιακό σήμα σε μεγαλύτερα. Η διαδικασία συνένωσης βασίζεται στον εντοπισμό μίας περιοχής του σήματος στην οποία και τα δύο σήματα να είναι αξιόπιστα. Τα κριτήρια επιλογής (κριτήρια glue) είναι εμπειρικά και έχουν ως εξής: το αναλογικό σήμα πρέπει να είναι μεγαλύτερο από 0.1mV (Silke Gross) αφού έχει αφαιρεθεί το υπόβαθρο και το ψηφιακό μεταξύ 0.5MHz και 10MHz (Bernd Mielke) χωρίς να έχει αφαιρεθεί το υπόβαθρο. Αν τα κριτήρια αυτά δεν ικανοποιούνται τότε μπορούμε να ανεβάσουμε το άνω όριο του ψηφιακού σήματος στα 60MHz (Silke Gross) ή στα 130MHz (Bernd Mielke) όπου το φαινόμενο του νεκρού χρόνου δεν προκαλεί ακόμα σημαντικά προβλήματα (πάνω από τα 130MHz δεν μπορούμε να κάνουμε διόρθωση νεκρού χρόνου του σήματος). Παρακάτω παρουσιάζονται οι κατανομές των σημάτων (signals) διορθωμένων με το ρεύμα σκότους και με το υπόβαθρο συναρτήση της απόστασης για τα διάφορα voltage στα 355nm (an και pc), 532nm (an και pc), 532Tnm (an και pc) και 532Rnm (an και pc). Στα διαγράμματα αυτά έχουμε φέρει μία οριζόντια ευθεία στα 0.1 mv (Silke Gross) για τα αναλογικά και δύο οριζόντιες ευθείες στα 0,5MHz και 10MHz (Bernd Mielke) για τα ψηφιακά. Μεγεθύνουμε στις περιοχές όπου το σήμα μας πέφτει κάτω από αυτά τα όρια και υπολογίζουμε την μετατόπιση του σήματος σχετικά με τα voltage. Επίσης παρουσιάζονται οι κατανομές των διορθωμένων σημάτων συναρτήση της απόστασης για τα διάφορα voltage στα 355nm,532nm,387nm, 607nm, 532Rnm και 532Tnm μόνο για τα pc κανάλια. Στα διαγράμματα αυτά έχουμε φέρει δύο οριζόντιες ευθείες στα 130MHz και 60MHz ελέγχοντας τον κορεσμό του σήματος (saturation test). Μεγεθύνοντας στις περιοχές όπου το σήμα μας πέφτει κάτω από τα όρια αυτά υπολογίζουμε και εδώ την μετατόπιση του σήματος. Τέλος παρουσιάζουμε και τις κατανομές των διορθωμένων σημάτων συναρτήση της απόστασης για τα διάφορα voltage στα 1064nm (an). Στα διαγράμματα αυτά έχουμε φέρει μία οριζόντια ευθεία στα 0.1 mv για να κάνουμε έναν έλεγχο του σήματος. Μεγεθύνουμε και εδώ στις περιοχές όπου το σήμα μας πέφτει κάτω από αυτά τα όρια και υπολογίζουμε την μετατόπιση του σήματος σχετικά με τα voltage. 35

36 Κριτήρια Glue για 355nm, 532nm,532Rnm,532Tnm (an και pc) Μετατόπιση σημάτων για τα 355nm: Analog (0,1mV), 2958m-2646m=312m, Photon counting (10MHz), 2780m- 2674m=106m Photon counting (0.5MHz), 7830m- 6690m=1140m 36

37 Μετατόπιση σημάτων για τα 532nm: Analog (0,1mV), 2495m-1935m=560m Photon counting (10MHz), 2080m- 1820m=260m Photon counting (0.5MHz), 6565m- 4805m=1760m Μετατόπιση σημάτων για τα 532Rnm: Analog (0,1mV), 1640m-1380m=260m Photon counting (10MHz), 1680m- 1130m=550m Photon counting (0.5MHz), 4850m- 2990m=1860m 37

38 Μετατόπιση σημάτων για τα 532Tnm: Analog (0,1mV), 1920m-1660m=260m Photon counting (10MHz), 1990m- 1540m=450m Photon counting (0.5MHz), 6350m- 3900m=2450m Γενικά το σήμα μας μετατοπίζεται σε χαμηλότερα ύψη καθώς ελαττώνεται η τάση τροφοδοσίας (έτσι η διαδικασία συγκόλλησης μετατοπίζεται σε μικρότερο ύψος). Σύμφωνα με τα αποτελέσματά μας παρατηρούμε ότι οι αλλαγές των voltage δεν επηρεάζουν αισθητά, στα όρια 0,1mV και 10MHz, καθώς έχουμε μία μετατόπιση της τάξης των m ανάλογα με το μήκος κύματος. Οι μεγαλύτερες μετατοπίσεις παρουσιάζονται στα 532nm (0,1mV) και 532Rnm (10MHz) οι οποίες είναι 560m και 550m αντίστοιχα, ενώ η μικρότερη στα 355nm (10MHz)-106m. Αντίθετα παρατηρούμε οι αλλαγές των voltage να επηρεάζουν στο όριο 0,5 MHz όπου οι μετατοπίσεις μας είναι αισθητές, της τάξης των m (οι μετατοπίσης άνω από τα 5000 m δεν μας ενδιαφέρουν, είναι πάνω από το ύψος αναφοράς). Εδώ η μεγαλύτερη παρουσιάζεται στα 532Tnm (0,5MHz)-2450m ενώ η μικρότερη στα 355nm (0,5MHz)-1140m. 38

39 Κριτήρια κορεσμού (αφορά μόνο τα photon counting κανάλια) Μετατόπιση σημάτων για τα 355nm: 130MHz, 1180m-1060m=120m 60MHz, 1620m-1480m=140m Μετατόπιση σημάτων για τα 532nm: 130MHz, 785m-646m=139m 60MHz, 1075m-914m=161m Μετατόπιση σημάτων για τα 387nm: 130MHz, 900m-780m=120m 60MHz, 1270m-1100m=170m 39

40 Παρατηρούμε ότι κανένα σήμα δεν φτάνει το όριο των 130MHz ενώ στα 60MHz δεν φτάνουν τα 860V (οριακά) και τα 850V. Μετατόπιση σημάτων για τα 607nm: 130MHz, δεν υπάρχει 60MHz, 690m-488m=202m Μετατόπιση σημάτων για τα 532Rnm: 130MHz, 460m-360m=100m 60MHz, 720m-410m=310m Παρατηρούμε ότι τα μόνα σήματα που περνάνε το όριο των 130MHz είναι τα 920V και 910V. Μετατόπιση σημάτων για τα 532Tnm: 130MHz, 695m-470m=225m 60MHz, 1054m-700m=354m 40

41 Σύμφωνα με τα αποτελέσματά μας παρατηρούμε ότι οι αλλαγές των voltage δεν επηρεάζουν αισθητά, στα όρια 60MHz και 130MHz, καθώς έχουμε μία μετατόπιση της τάξης των m ανάλογα με το μήκος κύματος. Η μέγιστη μετατόπιση παρουσιάζεται στα 532Tnm (60MHz)- 354m ενώ η μικρότερη στα 532Rnm (130MHz)-100m. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εμφανίζουν τα κανάλια 607nm και 532Rnm. Στα 607nm κανένα σήμα μας δεν φτάνει το όριο των 130MHz ενώ στο όριο των 60MHz δεν φτάνουν τα 860V (οριακά) και τα 850V. Στα 532Rnm τα μόνα σήματα που περνάνε το όριο των 130MHz είναι τα 920V και 910V καθώς τα υπόλοιπα δεν φτάνουν. Έλεγχος σήματος 1064nm (an) για δύο διαφορετικά set voltage Μετατόπιση σημάτων για τα 1064nm: 0,1 mv, 4020m-2820m=1200m. (στη συγκεκριμένη μετατόπιση δεν υπολογίσαμε τα 120V,110V,100V πού όπως αναφέραμε είναι εκτός) Μετατόπιση σημάτων για τα 1064nm: 0,1 mv, 5070m-3330m=1740m Σύμφωνα με τα αποτελέσματά μας παρατηρούμε ότι οι αλλαγές των voltage στο κανάλι 1064nm επηρεάζουν αισθητά, στο όριο 0,1mV,καθώς έχουμε μετατόπιση 1200m για το set voltage 100V-170V (στη συγκεκριμένη μετατόπιση δεν υπολογίσαμε τα 120V,110V,100V πού όπως αναφέραμε είναι εκτός) ενώ για το set voltage 180V-250V η μετατόπιση είναι 1740m. 41

42 3.4 Συμπεράσματα Σε αυτή την παράγραφο γίνεται μία σύνοψη όλων των σημαντικών συμπερασμάτων του κεφαλαίου 3. Αρχικά, από τα αποτελέσματά μας, όσον αφορά το πρώτο μέρος της πειραματικής μας διαδικασίας καταλήγουμε στο γεγονός ότι τα σήματα που παρουσιάζουν αισθητό πρόβλημα σε κάποιες τιμές voltage, από το συγκεκριμένο εύρος που χρησιμοποιήσαμε, 920V-850V για όλα τα κανάλια εκτός από το 1064 όπου πήραμε μετρήσεις για δύο set 100V-170V και 180V-250V, είναι το 1064 (an) και 607 (pc). Α) Πιο συγκεκριμένα στο κανάλι 1064nm (an) καταλήξαμε ότι τα voltage 100V- 110V-120V ίσως και το 130V έχουν πρόβλημα και τα αποτελέσματα αυτών έχουν μεγάλες αποκλίσεις. Έτσι καλό θα είναι να παίρνουμε μετρήσεις πάνω από τα 130V. Β) Στο κανάλι 607 (pc) παρατηρούμε ότι στα 920V έχουμε μεγάλες αποκλίσεις από το υπόλοιπα voltage. Έτσι καταλήξαμε ότι για το 607 (pc) δεν πρέπει να γίνονται μετρήσεις στα 920V ή ότι πρέπει να παίρνουμε μετρήσεις από 920V και πάνω. Το πρόβλημα αυτό ίσως θα μπορούσε να λυθεί αν παίρναμε μετρήσεις και πάνω από 920V έτσι ώστε να μπορεί να γίνει σύγκριση των αποτελεσμάτων έχοντας βέβαια φωτοπολλαπλασιαστή με ανάλογες προδιαγραφές (κατάλληλη μέγιστη τάση λειτουργίας). Γ) Στα υπόλοιπα κανάλια η αλλαγή του voltage δεν έδειξε να επηρεάζει αισθητά τα σήματά μας, γεγονός που φαίνεται και στην σύγκριση των οπτικών βαθών, όπου οι αποκλίσεις είναι πολύ μικρές. Δ) Όσον αφορά τα αποτελέσματα του δεύτερου μέρους της εργασίας καταλήξαμε ότι η αλλαγή voltage προκαλεί μετατόπιση των σημάτων στα όρια που μελετήσαμε, 0,1 mv για τα αναλογικά σήματα και 0,5MHz, 10MHz, 60MHz και 130MHz για τα ψηφιακά. Οι μετατοπίσεις αυτές είναι αρκετά μικρές για τα όρια 0,1 mv,10mhz, 60MHz, και 130MHz, ενώ η μετατόπιση είναι αισθητή για το όριο 0,5MHz. Αυτά αφορούν όλα τα κανάλια εκτός από το 1064nm. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εμφανίζουν τα κανάλια 607nm και 532Rnm. Στα 607nm κανένα σήμα μας δεν φτάνει το όριο των 130MHz ενώ στο όριο των 60MHz δεν φτάνουν τα 860V (οριακά) και τα 850V. Στα 532Rnm τα μόνα σήματα που περνάνε το όριο των 130MHz είναι τα 920V και 910V καθώς τα υπόλοιπα δεν φτάνουν. Όσον αφορά το κανάλι 1064nm για το όριο 0,1 mv, η μετατόπιση του σήματος είναι αρκετά αισθητή. 42

43 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Silke Groβ, Gluing of LICEL analog and photon counting signals, EARLINET-ASOS 6 th Workshop, Andoya, 2008 Giuseppe, training course preprocessing, EARLINET-ASOS 5 th Workshop, Thessaloniki February 2008 Takashi Fujii, Tetsuo Fukuchi, Laser Remote Sensing,2005 Claus Weitkamp, Lidar Range-Resolved Optical Remote Sensing of the Atmosphere Freudenthaler Volker, Test of the optical setup with partial telescope cover, EARLINET-ASOS NA3, Updated , Ελένη Ε. Γιαννακάκη, Μελέτη των οπτικών και φυσικών ιδιοτήτων των αιωρούμενων σωματιδίων με μεθόδους τηλεπισκόπισης laser, Διδακτορική Διατριβή, Θεσσαλονίκη 2009 Βασίλη Π. Αμοιρίδη, Μεταβολές αιωρούμενων σωματιδίων σε τοπική και παγκόσμια κλίμακα, Διδακτορική Διατριβή, Θεσσαλονίκη 2005 Σιώμος Νικόλαος, Βελτιστοποίηση και αξιολόγηση αλγορίθμου για την επεξεργασία σημάτων τηλεπισκόπισης Lidar, Διπλωματική Διατριβή, Θεσσαλονίκη 2013 Αλκιβιάδης Μπάης, Δημήτρης Μελάς, Δημήτρης Μπαλής, Ατμοσφαιρική Τεχνολογία, Σημειώσεις για την Κατεύθυνση Φυσικής Περιβάλλοντος του Τμήματος Φυσικής του Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη 2011 Μελάς Δημήτριος, Φυσική ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος, Σημειώσεις για την Κατεύθυνση 43

44 Φυσικής Περιβάλλοντος του Τμήματος Φυσικής του Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη 2003 Αλκιβιάδης Μπάης, Δημήτρης Μπαλής, Κλεαρέτη Τουρπάλη, Φυσική της ατμόσφαιρας, Σημειώσεις για την Κατεύθυνση Φυσικής Περιβάλλοντος του Τμήματος Φυσικής του Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη 2011 Διαδίκτυο: 44