Κύκλος ενημερωτικών διαλέξεων «Έρευνα στο Τμήμα Φυσικής» Δορυφόροι-κατάσκοποι της παγκόσμιας μεταβολής Δημήτρης Μπαλής Επίκουρος Καθηγητής Εργαστήριο Φυσικής της Ατμόσφαιρας, Τμήμα Φυσικής, ΑΠΘ ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 1
Δομή παρουσίασης Ποιό είναι το πρόβλημα Τι «εργαλεία» υπάρχουν για τη διερεύνηση του Πως συμβάλλουν οι δορυφόροι και τι δυνατότητες παρέχουν Παγκόσμια και περιφερειακά παραδείγματα εφαρμογής Η εμπλοκή του Τμήματος Φυσικής ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 2
Περιβαλλοντικά προβλήματα και επίπεδο ανάπτυξης ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 3
Είναι το πρόβλημα τοπικό? Βικτωριανό Λονδίνο Βιομηχανική περιοχή στη Γερμανία (1870) Αιθαλομίχλη στο Πεκίνο 2005 Los Angeles Φωτοχημική αιθαλομίχλη ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 4
Όξινη βροχή Η αριθμητική επίλυση της εξίσωσης κίνησης του αέρα υπό κατάλληλες συνθήκες προβλέπει ότι οι ρύποι μπορούν να μεταφερθούν σε μεγάλες αποστάσεις! Κάποια αδρανή αέρια μπορούν να καλύψουν σχεδόν όλο τον πλανήτη... ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 5
... οπότε μπορούν να οδηγήσουν σε αλλαγές στον ισοζύγιο της ακτινοβολίας ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 6
Η κατανόηση φαινόμενων όπως: Παγκόσμια Θέρμανση και επιπτώσεις Παγκόσμια σκίαση και επιπτώσεις Τρύπα του όζοντος στην Ανταρκτική Μείωση του όζοντος αύξηση της UV-B Διασυνοριακή-Διηπειρωτική ρύπανση Απαιτούν σε βάθος χρόνου συνεχείς μετρήσεις της σύστασης της ατμόσφαιρας σε παγκόσμια κλίμακα και με μεγάλη ακρίβεια. Τι εργαλεία έχουμε για αυτό το σκοπό? ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 7
Τι εργαλεία έχουμε? ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 8
Τη συγκέντρωση ενός αερίου στην ατμόσφαιρα μπορούμε να την μετρήσουμε με δύο βασικούς τρόπους: Επι τόπου (in situ) Η μέτρηση έχει υψηλή ακρίβεια αλλά είναι ενδεικτική για ένα συγκεκριμένο σημείο στο χώρο. Χρήσιμες για τοπικά προβλήματα, δαπανηρές για ανάπτυξη δικτύων με αμφίβολη χρονική και χωρική κάλυψη. Τηλεπισκόπηση (remote sensing) μέτρηση από απόσταση Εχουμε μετρήσεις σε περιοχές χωρίς άμεση πρόσβαση Μπορούμε ταυτόχρονα να μετρήσουμε περισσότερες από μια παραμέτρους Μπορούμε να έχουμε παγκόσμια κάλυψη Αυτοματοποιημένες και μακροπρόθεσμα λιγότερο δαπανηρές ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 9
Ενεργή Τηλεπισκόπηση: Χρήση τεχνητών πηγών ακτινοβολίας Ήχος: SONAR Ραδιοκύματα: RADAR (RAdio Detection And Ranging) Ακτινοβολία laser: LIDAR (LIght Detection And Ranging) Λευκό φώς: DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy) Παθητική Τηλεπισκόπηση: Χρήση φυσικών πηγών ακτινοβολίας Ήλιος Σελήνη Αστέρια Θερμική εκπομπή Πλατφόρμες Επίγειες Αεροπορικές Αερόστατα-μπαλόνια Διαστημικό λεωφορείο Δορυφόροι ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 10
Ακτινοβολία Δορυφορική Τηλεπισκόπηση Μεταβολές στην ακτινοβολία Επαλήθευση Αντικείμενο προς μέτρηση Αισθητήρας Παραδοχές Μέτρηση ΑΠΘ Θεωρητικό πρότυπο Ανάλυση δεδομένων ΑΠΘ Τελικό αποτέλεσμα ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 11
Παθητική τηλεπισκόπηση E λ ( T ) = 2πhc 5 hc λ exp 1 ktλ 2 Wavelength λ I I i I I I I I I I I I I I 1km 100m 10m 1m 0.1m 10cm 1cm 1mm 0.1mm 10μm 1μm 0.1μm 10nm 1nm Radiowaves Microwaves thermal X-ray Infrared Visible Ultraviolet Interaction of electromagnetic Rotation Vibration Electron radiation with matter Transition Απορρόφηση Διέγερση Επανεκπομπή ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 12
Διάδοση ηλιακής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα Στο όριο της ατμόσφαιρας Στην ατμόσφαιρα απορροφάται di = -I 0 σ a (λ) n ds I o = Σκεδάζεται ελαστικά... Δεν είναι και η καλύτερη δυνατή πηγή... Γεμάτη γραμμές Fraunhoffer Περιοδικότητες στην εκπομπή (11ετης κύκλος) Μεταβαλλόμενη αποσταση Ηλιου- Γης Μετατόπιση Doppler λόγω περιστροφής Το φάσμα μεταβάλλεται στον ηλιακό δίσκο Σκεδάζεται με μετατόπιση του μήκους κύματος Ανακλάται Εκπέμπεται θερμικά ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 13
Τί είδους μετρήσεις μπορούμε να κάνουμε ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 14
ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 15
Το ιστορικό ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 16
Παραδείγματα εφαρμογής ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 17
Η μείωση του όζοντος ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 18
Συστηματικές δορυφορικές μετρήσεις της NASA και της ESA από το 1979 κατέγραψαν την εμφάνιση και την εξέλιξη της τρύπας του όζοντος μέχρι σήμερα ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 19
Οκτώβριος 2007 «κι όμως είναι ακόμα εδώ..» To ΑΠΘ σε συνεργασία με τον WMO παρακολουθεί την εξέλιξη του φαινομένου εδω και 10 χρόνια ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 20
Πρωτόκολλο του Μοντρεαλ 1987 Πιθανή ανάκαμψη το 2060? Χρειαζόμαστε συνεχείς μακροχρόνιες παρατηρήσεις υψηλής ακρίβειας και βελτιωμένα θεωρητικά εργαλεία ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 21
Παρακολούθηση του στρώματος του όζοντος σε πραγματικό χρόνο από δορυφόρους και επίγεια δίκτυα Πληροφόρηση της επιστημονικής κοινότητας απ όλες τις διαθεσιμες πηγές και αξιολόγση των μετρήσεων http://lap.physics.auth.gr/ozonemaps ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 22
Η βελτίωση των αλγορίθμων των δορυφορικών δεδομένων και η συνεχής επαλύθεσή τους είναι απαραίτητη για την βελτιστη πρόγνωση της εξελιξης των φαινομένων: (SAT-ground based)/sat 8 6 4 2 0-2 -4 TOMSv7-Dobs TOMSv7-Brew TOMS v8-dobs TOMSv8-Brew Lap.physics.auth.gr/eumetsat Στοχος: Σταθερότητα των μετρήσεων Εντός του 1% -6-8 -90-80-70-60-50-40-30-20-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Latitude (deg) ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 23
Μείωση όζοντος => αύξηση UV Είναι η έκθεση στον ήλιο ασφαλής? Figure UV-O3 www.uvnet.gr ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 24
Η αέρια ρύπανση όπως καταγράφεται από το διάστημα (π.χ ΝΟ 2 ) ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 25
ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 26
Υπάχουν περιοχές με ραγδαία αύξηση: πλανητική σκίαση ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 27
Η ελλάδα βρίσκεται σε ενα σταυροδρόμι ρύπων Sahara dust SO 2 from Eastern Europe Pollution from Europe Biomass burning ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 28
Οι δορυφορικές μετρήσεις βοηθούν να βελτιώσουμε την πρόγνωνση των επίπεδων ρύπανσης lap.physics.auth.gr/forecasting ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 29
Μακροχρόνιες μεταβολές του οπτικού βαθους των αιωρούμενων σωματιδίων Thessaloniki 40 N Mean Monthly AOD @ 320 nm 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 Brewer 005 Brewer 005 N>10 Brewer 086 Brewer 086 N>10 0.0 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 Year ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 30
Εξάρτηση από τη πηγή LATITUDE, degrees 60 55 50 45 40 35 30 ANALYTICAL BACKTRAJECTORIES data provided by the German Weather Service 25 10 15 20 25 30 35 40 45 LONGITUDE, d e grees PRESSURE, hpa THESSALONIKI, 19 UTC 09.08.01 100 200 300 400 500 600 700 800 900 500 hpa 700 hpa 850 hpa 975 hpa 1000-96 -72-48 -24 0 TIME, hours Διαφέρουν και στην ποσότητα και στις ιδιότητες ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 31
Πρόσφατα καταγράφονται και τα θερμοκηπικά αέρια ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 32
Δορυφορικές εφαρμογές ενεργητικής τηλεπισκόπησης με τη χρήση πηγών laser LITE (1994 στο διαστημικό λεωφορείο) IceSAT-GLAS (σε( τροχιά απο το 2003, προβλήματα κατα τη λειτουργία) CALIPSO (σε( τροχιά από το 2006) Μπορόυμε να μετρήσουμε: Κατακόρφη κατανομή των οπτικών ιδιοτήτων των αιωρούμενων σωματδίων Οπτικές ιδιότητες των νεφών ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 33
Δικτύωση και συντονισμένες μετρήσεις A European Aerosol Research Lidar Network to Establish an Aerosol Climatology: EARLINET Υποστηριξη του CALIPSO και μελλοντικά της αντίστοιχης αποστολής της ESA 7 6 Level 1 Data - 5 km Horizontal resolution 26 AUGUST 2006 Case 1, distance=5 km Saharan dust event 5 Height, asl [km] 4 3 2 A U TH, 23:58-00:44 U TC, lr=70 sr CALIPSO, 00:41:05 UTC 1 0 0.000 0.002 0.004-80 -40 0 40 80 Attenuated backscatter [km -1 sr -1 ] % Difference ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 34
Με μια διαταξη lidar αρχικα μπορόυμε να μετρήσουμε... SCOUT: 21 JULY 2006 6.0 5.0 355nm 532nm 355nm 355nm b 355 +b 532 4.0 HEIGHT (km) 3.0 2.0 1.0 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 100 200 300 0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 5 6 BACKSC. COEFF (Mm -1 sr -1 ) EXT. COEFF (Mm-1) LIDAR RATIO (sr) ANGSTRÖM EXP. Και με αρκετες παραδοχές και πολύπλοκα μαθηματικά... 4 440 nm 3 HEIGHT, asl [km] 2 1 0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.8 0.000 0.025 0.050 EFF. RADIUS [μm] SSA REAL PART IMAGINARY PART ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 35
Συμπέρασμα: Ειναι απαραίτητη η καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών έτσι ωστε οι προβλεψεις μας να είναι πειστικές. Οι συνεχείς μετρήσεις είναι το κλειδί. ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 36
Ευχαριστώ για την προσοχή σας ΑΠΘ 8 Απριλίου 2008 37