ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ"

Σήθι Καλύβας
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΜΑΘΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ 8ο Εξάμηνο Ενότητα Ι Τεχνικές Παρακολούθησης του Περιβάλλοντος (Ατμόσφαιρα-Υδρόσφαιρα)

3 Cairo, 10/3/2005 Cairo, 10/3/2005

4 Τεχνικές Παρακολούθησης Περιβάλλοντος 1. Δειγματοληπτικές-Αναλυτικές Δειγματοληψία + Ανάλυση 2. Τεχνικές Τηλεπισκόπησης Ενεργητικές-Παθητικές Ενεργητικές: Εκπομπή δέσμης / παλμού Παθητικές: Χρήση ήλιου/σελήνης σαν πηγή ακτινοβολίας. Πομπός Δέκτης Δέκτης Δέκτης Πομπός

5 Τεχνικές Παρακολούθησης Περιβάλλοντος 1. Δειγματοληπτικές-Αναλυτικές Τεχνικές Λήψη αέριου / υγρού δείγματος : Επιτόπια ανάλυση ή Ανάλυση στο Εργαστήριο. Ανάλυση: - Τεχνικές οπτικής φασματοσκοπίας - Ηλεκτρο-χημικές τεχνικές - Τεχνικές αέριας / υγρής χρωματογραφίας - Φασματοσκοπικές τεχνικές - Περίθλαση ακτίνων Χ -Tεχνικές επαγόμενου φθορισμού - Χημειοφωταύγειας κλπ...

6 Τεχνικές Παρακολούθησης Περιβάλλοντος 1. Δειγματοληπτικές-Αναλυτικές (συνέχεια) Τεχνικές οπτικής φασματοσκοπίας-περίθλασης - Επαγόμενου φθορισμού με λυχνία ή λέιζερ - UV-VIS-IR πηγή φωτός (λυχνία, laser) - Φασματοφωτόμετρο(1λ-2λ)-ΟΜΑ x I(x) I 0 I(x)=I 0 exp(-αx) α(λ)=σ(λ)ν Τεχνικές Χημειοφωταύγειας Αέριος ρύπος + αέριο 1 αέριο 2 + hν (φως) Ο 3 + Αιθυλένιο (C 2 H 4 ) Φορμαλδεϋδη (HCHO*)+ hv (λ max =435 nm) O 3 + NO NO 2 + O 2 και NO 2 * NO 2 + hν

7 Τεχνικές Παρακολούθησης Περιβάλλοντος 1. Δειγματοληπτικές-Αναλυτικές (συνέχεια) Τεχνικές οπτικής φασματοσκοπίας-περίθλασης - Επαγόμενου φθορισμού με λυχνία ή λέιζερ - Χημειοφωταύγειας Αέριος Ρύπος Ο 3 SO 2 NO x CO 2 BTX Τεχνική Μέτρησης Φασματοσκοπία UV Χημειοφωταύγεια Φθορισμός UV Χημειοφωταύγεια Φασματοσκοπία IR Αέρια χρωματογραφία Αέρια χρωματογραφία Ακρίβεια Μέτρησης 0.5 ppbv 0.2 ppbv 0.05 ppbv 1 ppmv 0.5 ppbv B. Finlayson-Pitts and J. Pitts, Chemistry of the Upper And the Lower Atmosphere, Academic Press, N. York 2002.

μέτρηση Ο 3 με την ECC sonde Εισαγωγή δείγματος αέρα Κάθοδος Άνοδος Κάθοδος: 0.

8 Τεχνικές Παρακολούθησης Περιβάλλοντος 1. Δειγματοληπτικές-Αναλυτικές (συνέχεια) Ηλεκτροχημικές τεχνικές Πχ. μέτρηση Ο 3 με την ECC sonde Εισαγωγή δείγματος αέρα Κάθοδος Άνοδος Κάθοδος: 0.06 Mol/l (=1% KI) Άνοδος: 8.0 Mol/l (KI-saturated) 2ΚΙ+Ο 3 +Η 2 Ο Ι 2 +Ο 2 +2ΚΟΗ (παραγωγή Ι 2 ) I e Pt 2 I - 2Ι - Ι 2 + 2e (Κάθοδος) από Pt (Άνοδος) 1 μόριο όζοντος 2e

9 Τεχνικές Παρακολούθησης Περιβάλλοντος 2. Τεχνικές Τηλεπισκόπησης Ενεργητικές-Παθητικές Ενεργητικές: Εκπομπή δέσμης / παλμού Παθητικές: Χρήση ήλιου/σελήνης σαν πηγή ακτινοβολίας Πομπός: Πηγή laser ή Φασματική λυχνία Δέκτης: Οπτικό τηλεσκόπιο Ανιχνευτής Ακτινοβολίας (PMT, APD ) Πομπός Δέκτης Δέκτης Πομπός Δέκτης

Beer-Lambert I( Ζ, λ) =Ι ( λ) exp[ a( λ) Ζ] 0 Χρήση τουλάχιστον 2 μηκών κύματος (Διαφορική απορρόφηση) I=ένταση ακτινοβολίας,

10 Ενεργητικές Τεχνικές Τηλεπισκόπησης 1. Διαφορική Οπτική Φασματοσκοπία Απορρόφησης (DOAS) Αρχή λειτουργίας Φασματική περιοχή λειτουργίας: nm Νόμος Beer-Lambert I( Ζ, λ) =Ι ( λ) exp[ a( λ) Ζ] 0 Χρήση τουλάχιστον 2 μηκών κύματος (Διαφορική απορρόφηση) I=ένταση ακτινοβολίας, Ζ=απόσταση πομπού-δέκτη α(λ)=συν/τής εξασθένισης = σ(λ) Ν σ(λ)=ενεργός διατομή απορρόφησης (cm 2 ) Ν = μέση συγκέντρωση αέριου ρύπου Μετρούμενοι Ρύποι: NOx, O 3, BTX, NH 3, H 2 O 2, SO 2, SO 3, ClO 2, NMHC, CH 4, CO, CO 2.

11 Ενεργητικές Τεχνικές Τηλεπισκόπησης 1. Διαφορική Οπτική Φασματοσκοπία Απορρόφησης (DOAS) Ενσωμάτωση συστήματος DOAS σε δίκτυο Παρακολούθησης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης

12 Ενεργητικές Τεχνικές Τηλεπισκόπησης 1. Διαφορική Οπτική Φασματοσκοπία Απορρόφησης (DOAS) Νέα γενιά συστημάτων DOAS: Δυνατότητα καταγραφής της κατακόρυφης κατανομής των αέριων ρύπων (0-20m) Δέκτης Πομπός

14 Ενεργητικές Τεχνικές Τηλεπισκόπησης 2. Τηλεπισκόπηση με χρήση Laser (Τεχνική LIDAR) Αλληλεπίδραση δέσμης λέιζερ & Ατμόσφαιρας Μέτρηση της κατακόρυφης / οριζόντιας κατανομής αέριων ρύπων ή ατμοσφαιρικών παραμέτρων Χρήση παλμικών ή συνεχούς λειτουργίας λέιζερ

15 Ενεργητικές Τεχνικές Τηλεπισκόπησης 2. Τηλεπισκόπηση με χρήση Laser (Τεχνική LIDAR) Αλληλεπίδραση δέσμης λέιζερ & Ατμόσφαιρας Σκέδαση Mie (αιωρούμενα σωματίδια) Σκέδαση Rayleigh (μόρια) Σκέδαση Raman (N 2, O 2, H 2 O ) Η 2 Ο,, Τ, Ο 3 Διαφορική Απορρόφηση (DIAL) SO 2, O 3, CO 2, BTX, Hg, HF, HCl, NO x, CO Doppler Lidar (ταχύτητα-διεύθυνση ανέμου) Lidar Επαγόμενου Φθορισμού (LIF) ΟΗ -

16 Wavelength [µm] alkane alkene alkyne / allene aromatic homocyclic alcohol / phenol ethers organo-sulphur organo-halogen organo-phosphorus : CO 2 : NO 2 : SO 2 : O 3 : NH 3 : CH 4 CO 2 Transmission CO 2 H 2 O H 2 O Wavenumbers [cm -1 ]

17 Ενεργητικές Τεχνικές Τηλεπισκόπησης 2. Τηλεπισκόπηση με χρήση Laser (Τεχνική LIDAR) Αλληλεπίδραση δέσμης λέιζερ & Υδρόσφαιρας Lidar Επαγόμενου Φθορισμού (LIF) - Ανίχνευση πετρελαιοκηλίδων - Ανίχνευση φυτοπλαγκτόν/

18 Η Τεχνική LIDAR Ατμόσφαιρα (μόρια, άτομα, αερολύματα) laser Τηλεσκόπιο Φασματοφωτόμετρο PMTs Μονάδα ανίχνευσηςκαταγραφής σημάτων

19 Τεχνική οπτικού Radar (LIDAR) Στόχος Πηγή laser

20 Η τεχνική της Διαφορικής Απορρόφησης Lidar (DIAL)

21 Η τεχνική της Διαφορικής Απορρόφησης Lidar (DIAL) σ(λ on ) >> σ(λ off )

22 Η Τεχνική LIDAR Τηλεσκόπιο Λέιζερ Φασματοφωτόμετρο

23 Αερομεταφερόμενα συστήματα Lidar

24 Διαστημικά συστήματα Lidar Μέτρηση αερολυμάτων, πυκνότητας ατμόσφαιρας, θερμοκρασίας, όζοντος, κλπ.

25 Καταγραφή της κατακόρυφης κατανομής των αερολυμάτων στην περίπτωση μεταφοράς σκόνης από την έρημο Σαχάρα (Αθήνα, 22/09/01) Ύψος (km) 4.50 Athens 22/09/01 Sahara Dust d(slog)/dz Altitude ASL (km) Time (UT) Ώρα UTC

26 Καταγραφή της κατακόρυφης κατανομής των αερολυμάτων στην περίπτωση μεταφοράς σκόνης από την έρημο Σαχάρα Ύψος (km) (Αθήνα, 27/06/03) Ώρα UTC

27 Καταγραφή της κατακόρυφης δομής των νεφών

28 Μέτρηση της κατακόρυφης κατανομής του όζοντος στην Αφρική (καύση βιομάζας)

29 Μέτρηση της κατακόρυφης κατανομής του όζοντος στο Παρίσι

30 Μέτρηση της ταχύτητας του ανέμου Doppler Lidar: ν Rec = ν 0 +Δν

31 Αποτύπωση πλημμυρών σε πραγματικό χρόνο

32 Αποτύπωση φυσικής κατάστασης δασικών οικοσυστημάτων Αποτύπωση πετρελαιοκηλίδων Εντοπισμός βιολογικών παραμέτρων στην υδρόσφαιρα (Τεχνική επαγόμενου φθορισμού: LIF) λe=355 nm λ LIF =450 nm Βάθος (m) Ώρα (UTC)

33 Εντοπισμός βιολογικών παραμέτρων στην υδρόσφαιρα (Τεχνική επαγόμενου φθορισμού: LIF)

34 Εντοπισμός βιολογικών παραμέτρων στην υδρόσφαιρα (Διάδοση δέσμης laser στο νερό)

35 Εντοπισμός βιολογικών παραμέτρων στην υδρόσφαιρα (Τεχνική επαγόμενου φθορισμού: LIF) I(AU) Raman scattering Integral mode Depth resolution mode DOM Fluorescence Δέσμη laser Δέσμη laser Pulsed Raman scattering UV (nm) Chl-a Fluoresence Βάθος VIS (nm) DOM=dissolved organic matter

36 Εντοπισμός βιολογικών παραμέτρων στην υδρόσφαιρα (Τεχνική επαγόμενου φθορισμού: LIF)

37 Εντοπισμός βιολογικών παραμέτρων στην υδρόσφαιρα (a-χλωροφύλλη) (LIF + MODIS data)

38 Αποτύπωση αναγλύφου με σάρωση δέσμης λέιζερ

39 Πλεονεκτήματα της τεχνικής Lidar έναντι των συμβατικών τεχνικών 1. Συνεχής καταγραφή της κατακόρυφης και οριζόντιας κατανομής ρύπων και παραμέτρων της ατμόσφαιρας και της υδρόσφαιρας (σε 1 έως και 3 διαστάσεις) 2. Πολύ μεγάλη χωρική ακρίβεια μέτρησης ( m) 3. Μη καταστρεπτική μέθοδος 4. Μέτρηση από απόσταση χωρίς αλλοίωση του μετρούμενου δείγματος 5. Μεγάλο χωρικό εύρος μετρήσεων : Ατμόσφαιρα: Ελάχιστη απόσταση: 100m, Μέγιστη απόσταση: 100 km Υδρόσφαιρα: Μέγιστη απόσταση: m. 6. Ικανότητα ταυτόχρονης μέτρησης πολλαπλών ρύπων και παραμέτρων ατμόσφαιρας και υδρόσφαιρας 7.Εντοπισμός εστιών ρύπανσης σε μεγάλες αποστάσεις ( m).

Σχετικά έγγραφα

Κεφάλαιο 4. Lasers και Εφαρμογές τους στο Περιβάλλον. Αλέξανδρος Δ. Παπαγιάννης

Κεφάλαιο 4. Lasers και Εφαρμογές τους στο Περιβάλλον. Αλέξανδρος Δ. Παπαγιάννης Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Lasers και Εφαρμογές τους στο Περιβάλλον Κεφάλαιο 4 Αλέξανδρος Δ. Παπαγιάννης Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειτα