ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Θέµα : Επιδράσεις των ατµοσφαιρικών αιωρηµάτων στην ηλιακή ακτινοβολία από µετρήσεις µε αεροσκάφη στην περιοχή της Θεσσαλονίκης ΣΤΗΘΟΣ ΙΟΝΥΣΗΣ Επιβλέπων καθηγητής Αλκιβιάδης Μπάης ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2008
Περιεχόµενα Κεφάλαιο Ι 1.1 Εισαγωγή...σελ.7 1.2 Βασικοί ορισµοί σελ.7 Κεφάλαιο ΙΙ 2.1 Ανάλυση στόχων εργασίας σε σχέση µε την καµπάνια AERUV2006 στο πλαίσιο του SCOUT-O3.σελ.11 2.2 Ερευνητικά όργανα αεροπλάνου που χρησιµοποιήθηκαν για τη συλλογή δεδοµένων..σελ.12 2.3 Γεωγραφικά χαρακτηριστικά του νοµού Θεσσαλονίκης σελ.15 2.4 Εξαιρετικά συµβάντα κατά τη διάρκεια των πτήσεων σελ.17 2.5 Πρόγραµµα πτήσεων...σελ.18 Κεφάλαιο ΙΙΙ 3.1 Οπτικό βάθος σε σχέση µε το ύψος.σελ.21 3.2 Σύγκριση δεδοµένων αεροπλάνου µε µετρήσεις εδάφους του ΑΠΘ..σελ.30 3.3 Συντελεστής Angstrom σε σχέση µε το χρόνο και το ύψος...σελ.32 3.4 Ανακλαστικότητα σε σχέση µε το χρόνο και το ύψος πτήσης σελ.43 3.5 Συµπεράσµατα...σελ.63 2
Πρόλογος Οι κύριοι στόχοι της συγκεκριµένης εργασίας είναι τρεις: α) Μελέτη της κατακόρυφης συµπεριφοράς του οπτικού βάθους των αιωρούµενων σωµατιδίων στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης από µετρήσεις αεροπλάνου και σύγκριση αυτών (όταν είναι εφικτό) µε τις αντίστοιχες µετρήσεις εδάφους του ΑΠΘ. β) Υπολογισµός του συντελεστή Angstrom για τον προσδιορισµό της φύσης των σωµατιδίων που συναντάµε στην ατµόσφαιρα της πόλης. γ) Μελέτη της συµπεριφοράς της ανακλαστικότητας του εδάφους σε σχέση µε το ύψος για δυο διαφορετικά µήκη κύµατος ακτινοβολίας (320nm και 400nm). Τα δεδοµένα που χρειάστηκαν για να πραγµατοποιηθεί η εργασία δόθηκαν από το Εργαστήριο Φυσικής του µεταπτυχιακού τµήµατος Φυσικής της Ατµόσφαιρας του ΑΠΘ. Πιο αναλυτικά, κατά τη διάρκεια της περιόδου 16/7/2006 έως 21/7/2006 πραγµατοποιήθηκε στην πόλη της Θεσσαλονίκης η καµπάνια µε µετρήσεις από αεροσκάφος AERUV2006 στο πλαίσιο του SCOUT- O3 (Stratospheric-Climate Links with Emphasis on the Upper Troposphere and Lower Strato-sphere). Κύριος σκοπός της καµπάνιας ήταν να ασχοληθεί µε το πρόβληµα της µέτρησης της κατακόρυφης µεταβλητότητας των οπτικών ιδιοτήτων των ατµοσφαιρικών αιωρούµενων σωµατιδίων και να ποσοτικοποιήσει τις επιδράσεις της UV ακτινοβολίας. Τα σχέδια πτήσης προγραµµατίστηκαν από το Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης και περιελάµβαναν πτήσεις κοντά στην περιοχή του Εργαστηρίου Ατµοσφαιρικής Φυσικής Α(N40 38'01.28, E22 57'36.75 ) καθώς και στην ευρύτερη περιοχή του Νοµού. 3
Στο πρώτο µέρος της επεξεργασίας των δεδοµένων µελετήσαµε την κατακόρυφη συµπεριφορά του οπτικού βάθους των αιωρούµενων σωµατιδίων στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης. Από τα διαγράµµατα που προέκυψαν καταλήξαµε στο συµπέρασµα ότι το ΑΟΤ ελαττώνεται µε την αύξηση του ύψους. Αυτή η συµπεριφορά προκύπτει επειδή οι συγκεντρώσεις των αιωρούµενων σωµατιδίων µειώνονται εκθετικά µε το ύψος. Επίσης, όταν το αεροσκάφος βρίσκεται πάνω από την πόλη και στις κοντινές ορεινές περιοχές οι τιµές του ΑΟΤ είναι µεγαλύτερες από αυτές που συναντάµε στα προάστια και στο θαλάσσιο χώρο. Κατά την σύγκριση των µετρήσεων µας µε αυτές του εργαστηρίου,διαπιστώσαµε οι µετρήσεις από το ground-based lidar είναι µεγαλύτερες από αυτές του αεροπλάνου και δεν διατηρούν µια σταθερή συµπεριφορά ως προς την τιµή τους. Στο δεύτερο µέρος υπολογίσαµε τον συντελεστή Angstrom, όπου οι τιµές που υπολογίστηκαν είναι χαρακτηριστικές σωµατιδίων που υπάρχουν σε σχετικά ρυπασµένες περιοχές, όπως θειούχα και ανθρακούχα, ανθρωπογενούς προέλευσης, και σωµατιδίων που υπάρχουν σε παραθαλάσσιες περιοχές. Στο τελευταίο κοµµάτι υπολογίσθηκε και µελετήθηκε η τάση της ανακλαστικότητας, η οποία κυµάνθηκε από 7% έως 13%, ποσοστό λογικό για τις περιοχές που κάλυψε το αεροπλάνο. Παρατηρούµε ότι η ανακλαστικότητα έχει σχεδόν την ίδια τάση για όλες τις πτήσεις µε µικρές διαφορές, οι οποίες οφείλονται στο διαφορετικό φόρτο σωµατιδίων στην ατµόσφαιρα, στις διαφορετικές µετεωρολογικές συνθήκες και στη διαφορετική πορεία του αεροπλάνου. 4
Abstract The main objectives of this dissertation are the following three: a)the study of the vertical behaviour of optical depth of aerosols in the wider region of Thessaloniki from aeroplane taken readings and the comparison of these, when it is feasible, with the corresponding AUTH s (Aristotle University of Thessaloniki) ground readings. b)calculation of Angstrom factor for the determination of nature of particles that we meet in atmosphere of the city. c)the study of the behaviour of reflectivity of ground concerning the height for two different lengths of wave of radiation (320nm and 400nm). The data that needed in order to accomplish this research was provided by the Laboratory of Physics of the Program of Postgraduate Study in Atmospheric Physics of AUTH. In particularly, during the period 16/7/2006 until 21/7/2006 the campaign with measurements taken by plane AERUV2006 in the frame of SCOUT-O3 (Stratospheric-Climate Links with Emphasis on the Upper Troposphere and Lower Strato-sphere), took place in the city of Thessaloniki. The main aim of the campaign was to deal with the problem of measurement of vertical variability of the optical attributes of aerosols and to quantify the effects of UV radiation. The flights schedule was organised by the Aristotelian University of Thessalonica and included flights near the region of the Laboratory of Atmospheric Physics A (N40 38'? 01.28, E22 57'? 36.75 ) as well as in the wider region of the Prefecture. In the first part of data analysis we studied the vertical behaviour of the optical depth of aerosols in the wider region of Thessaloniki. From the derived diagrams we were led to the conclusion that the AOT is 5
decreasing when height increases. This behaviour results because the concentrations of aerosols are decreasing exponentially with height. In addition, when the plane flies above the city and in the near mountainous regions the prices of the AOT are bigger than those that we meet in the suburbs and in the marine space. By comparing of our measurements with those of the laboratory, we realised that the measurements from ground-based lidar were larger than those from plane and that they did not maintain a constant behaviour with respect to their price. In the second part of our analysis we calculated the Angstrom factor. The calculated prices are indicative of particles that exist in relatively polluted regions, such as sulphur and coal of anthropogenic origin, and of particles that exist in coastal regions. In the last part of our analysis we calculated and studied the tendency of reflectivity, which oscillated from 7% till 13%. This percentage variation is considered reasonable for the regions that the plane covered. We observed that the reflectivity had almost the same tendency for all flights with small differences. Those differences are owed to the different pressure of particles in the atmosphere, the different meteorological conditions and the different course that the plane followed each time. 6
Κεφάλαιο Ι 1.1 Εισαγωγή Τα ατµοσφαιρικά αιωρήµατα παίζουν σηµαντικό ρολό στη παγκόσµια κλιµατική αλλαγή. Επηρεάζουν το ενεργειακό ισοζύγιο του πλανήτη µέσω των φαινόµενων σκέδασης και απορρόφησης της ακτινοβολίας αλλά µε την µεταβολή των ιδιοτήτων των νεφών. Ωστόσο η γνώση του µεγέθους των συγκεκριµένων επιδράσεων είναι περιορισµένη αφού ο έλεγχος της κατανοµής των φυσικών, χηµικών και οπτικών ιδιοτήτων των αιωρηµάτων δεν είναι επαρκής (Houghton et al. 1995). Η παρακολούθηση των ατµοσφαιρικών αιωρηµάτων αποτελεί ένα από τα πιο σηµαντικά προβλήµατα της επιστηµονικής κοινότητας. Πρώτον, σε σύγκριση µε τα ατµοσφαιρικά αέρια, τα αιωρήµατα είναι ανοµοιογενή και ποικίλουν (π.χ. ο έλεγχος των αιωρηµάτων πρέπει να γίνεται σε παγκόσµιο επίπεδο και να είναι συνεχής). εύτερον, τα δεδοµένα που περιγράφουν τα χαρακτηριστικά τους δεν είναι ακριβή (Heintzenberg et al. 1997, Sokolik et al. 1993, Sokolik and Toon 1996). 1.2 Βασικοί ορισµοί Τα ατµοσφαιρικά αιωρήµατα ταξινοµούνται σε κατηγορίες, ανάλογα µε τη διάµετρο που έχουν, έτσι έχουµε τις εξής κατηγορίες : Aitken σωµατίδια 0.000001 0.0001 mm µεγάλα σωµατίδια 0.0001 0.001mm γιγαντιαία σωµατίδια >0.001 mm καπνοί 0.001-1 mm σκόνη µικρής διαµέτρου <100 mm σκόνη µεγάλης διαµέτρου >100 mm 7
οµίχλη 0.1-10 mm υδροσταγονίδια 0.0001-100 mm σταγόνες βροχής > 0.1 mm (Ζάνης 2005) Η συνάρτηση κατανοµής του µεγέθους των aerosols είναι της µορφής : dn(r) = cr -v dr (1) όπου dn(r) ο αριθµός σωµατίων µε διαστάσεις από r µέχρι r+dr και c,v σταθερές. (Ζερεφός, 1984, σελ.198). Τα ατµοσφαιρικά αιωρήµατα χαρακτηρίζονται ως : Πρωτογενή, αν εκπέµπονται απευθείας στην ατµόσφαιρα από το περιβάλλον ή από ανθρώπινες δραστηριότητες. ευτερογενή, αν δηµιουργούνται στην ατµόσφαιρα από αέρια «προδρόµους» Τα ατµοσφαιρικά σωµατίδια δηµιουργούνται διαµέσου ανθρωπογενών αλλά και φυσικών διεργασιών. Οι κυριότερες πηγές τους είναι οι εξής : Η σκόνη εδάφους (soil dust) είναι από τους µεγαλύτερους χορηγούς aerosols, κυρίως στις τροπικές ζώνες. Τέτοιες περιοχές είναι έρηµοι, ξηρές λίµνες αλλά και εδαφικές εκτάσεις όπου η βλάστηση έχει µειωθεί από ανθρώπινες δραστηριότητες. Ο µέσος χρόνος παραµονής της σκόνης στην ατµόσφαιρα εξαρτάται κυρίως από το µέγεθος του µορίου, έτσι µεγάλα µόρια αποµακρύνονται από αυτή πιο γρήγορα εξαιτίας των βαρυτικών δυνάµεων. Τα σωµάτια από αλατόνερο (sea salt) δηµιουργούνται από φυσικές θαλάσσιες διεργασίες. Το µέγεθος των µορίων τους καλύπτει ένα ευρύ φάσµα, περίπου 0,05 έως 10 µm και αντίστοιχα ο µέσος χρόνος ζωής τους ποικίλει. 8
Η βιοµηχανική σκόνη (industrial dust) προέρχεται από ανθρώπινες δραστηριότητες όπως η καύση γαιανθράκων, η µεταλλουργία, η αποτέφρωση σκουπιδιών, η βιοµηχανία τσιµέντου. Τα ανθρακώδη αιωρήµατα (carbonaceous aerosols) προέρχονται από την καύση καυσίµων και τη βιοµάζα. Τα βιογενή αιωρήµατα (biogenic aerosols) αποτελούνται από φυτικά υπολείµµατα (π.χ. γύρη) και µικροβιολογικά µόρια (π.χ. βακτήρια, ιοί). Τέλος τα θειικά αιωρήµατα (sulphate aerosols) εισέρχονται στην ατµόσφαιρα είτε από ηφαιστειακές εκρήξεις είτε από χηµικές αντιδράσεις. (IPCC, 2001a, σελ.296-303) Στον πίνακα 1 αναφέρονται οι κυριότερες πηγές αιωρούµενων σωµατιδίων ανα κατηγορία. Πίνακας 1 : κυριότερες πήγες αιωρούµενων σωµατιδίων ΦΥΣΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ ΠΡΩΤΟΓΕΝΕΙΣ ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΙΣ ΠΗΓΕΣ ΠΡΩΤΟΓΕΝΕΙΣ Σκόνη από το έδαφος Βιοµηχανική σκόνη (SO2, NOX) Θαλάσσια άλατα (π.χ. NaCl) - Ηφαιστειακή σκόνη - Βιολογική προέλευση - ΕΥΤΕΡΟΓΕΝΕΙΣ ΕΥΤΕΡΟΓΕΝΕΙΣ Θειικά άλατα από βιογενή αέρια Θειικά άλατα από SO2 Νιτρικά άλατα από NOX Καύση βιοµάζας Θειικά άλατα από ηφαιστειακό Νιτρικά άλατα από ΝΟx SO2 Οργανική ύλη από βιογενή Οργανικές ενώσεις από VOC. βιογενή VOC. 9
Η συγκέντρωση τους ελαττώνεται εκθετικά µε το ύψος και δίνεται από τη εξίσωση : N (z) =N (0) exp (-z/h) (2) H=10 km για ηπειρωτικό αέρα το καλοκαίρι Η=6 km για αστικό αέρα Η=2 km για ηπειρωτικό αέρα το χειµώνα Η=1 km για θαλάσσιες υποτροπικές περιοχές υψηλών πιέσεων Τέλος, επίδραση τους µπορεί να είναι δύο τύπων : α) άµεση και β) έµµεση Σαν άµεση επίδραση θεωρείται η σκέδαση της ηλιακής ακτινοβολίας προς όλες τις κατευθύνσεις ή ανάλογα µε το είδος των αιωρηµάτων µπορεί να έχουµε και απορρόφηση της. Σαν έµµεση επίδραση τα αιωρήµατα λειτουργούν ως πυρήνες συµπύκνωσης νεφών (CCN). 10
Κεφάλαιο ΙΙ 2.1 Ανάλυση στόχων εργασίας σε σχέση µε την καµπάνια AERUV2006 στο πλαίσιο του SCOUT-O3. Οι κύριοι στόχοι της συγκεκριµένης εργασίας είναι τρεις: Μελέτη της κατακόρυφης συµπεριφοράς του οπτικού βάθους των αιωρούµενων σωµατιδίων στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης από µετρήσεις αεροπλάνου και σύγκριση αυτών (όταν είναι εφικτό) µε τις αντίστοιχες µετρήσεις εδάφους του ΑΠΘ. Υπολογισµός του συντελεστή Angstrom για τον προσδιορισµό της φύσης των σωµατιδίων που συναντάµε στην ατµόσφαιρα της πόλης. Μελέτη της συµπεριφοράς της ανακλαστικότητας του εδάφους σε σχέση µε το ύψος για δυο διαφορετικά µήκη κύµατος ακτινοβολίας (320nm και 400nm). Τα δεδοµένα που χρειάστηκαν για να πραγµατοποιηθεί η εργασία δόθηκαν από το Εργαστήριο Φυσικής του µεταπτυχιακού τµήµατος Φυσικής της Ατµόσφαιρας του ΑΠΘ. Πιο αναλυτικά, κατά τη διάρκεια της περιόδου 16/7/2006 έως 21/7/2006 πραγµατοποιήθηκε στην πόλη της Θεσσαλονίκης η καµπάνια µε µετρήσεις από αεροσκάφος AERUV2006 στο πλαίσιο του SCOUT- O3 (Stratospheric-Climate Links with Emphasis on the Upper Troposphere and Lower Strato-sphere). Κύριος σκοπός της καµπάνιας ήταν να ασχοληθεί µε το πρόβληµα της µέτρησης της κατακόρυφης µεταβλητότητας των οπτικών ιδιοτήτων 11
των ατµοσφαιρικών αιωρούµενων σωµατιδίων και να ποσοτικοποιήσει τις επιδράσεις της UV ακτινοβολίας. Τα σχέδια πτήσης προγραµµατίστηκαν από το Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης και περιελάµβαναν πτήσεις κοντά στην περιοχή του Εργαστηρίου Ατµοσφαιρικής Φυσικής Α(N40 38'01.28, E22 57'36.75 ) καθώς και στην ευρύτερη περιοχή του Νοµού. 2.2 Ερευνητικά όργανα αεροπλάνου που χρησιµοποιήθηκαν για τη συλλογή δεδοµένων. Το αεροσκάφος που χρησιµοποιήθηκε για την πραγµατοποίηση των πτήσεων ήταν τύπου Cessna 207T το οποίο παραχωρήθηκε από το Free University Berlin. Εικόνα 1 : CESSNA 207T Το αεροσκάφος ήταν εξοπλισµένο µε τα εξής όργανα : 1. Fubiss-UV 2. Fubiss-ASA2 3. Polis 4. MOOI 12
Αναλυτικότερα : Το Fubiss-UV (Free University Berlin Spectrographic system UV µε φασµατικό εύρος 200 400 nm) είναι φασµατόµετρο το οποίο παίρνει µετρήσεις της κατερχόµενης και ανερχόµενης ακτινοβολίας. Η είσοδος από την οποία διέρχεται η ακτινοβολία µπορεί να µεταβληθεί µε τέτοιο τρόπο ώστε να ελαχιστοποιηθεί η επίδραση της συµπεριφοράς του αεροσκάφους στα δεδοµένα µας. Εικόνα 2 : FUBISS-UV Το Fubiss-ASA2 (Free University Berlin Spectrographic system Aureole & Sun Adapter 2) είναι φασµατοφωτόµετρο το οποίο περιλαµβάνει 3 πανοµοιότυπα φασµατόµετρα για τις µετρήσεις της άµεσης και διάχυτης ακτινοβολίας (412nm-862nm) σε δυο διαφορετικές στερεές γωνίες 4 0 και 6 0 κοντά στον ήλιο. Το όργανο διαθέτει µηχανισµό µε τον οποίο ακολουθεί τον ήλιο ανεξάρτητα από την πορεία του αεροσκάφους. Οι µετρήσεις αυτές χρησιµοποιούνται για τον υπολογισµό του οπτικού βάθους των ατµοσφαιρικών αιωρηµάτων. 13
Εικόνα 3 : FUBISS-ASA2 Το Polis (Portable Lidar System, Ludwig-Maximilians-University Munich, Meteorological Institute) παρέχει το προφίλ της οπισθοσκεδαζόµενης ακτινοβολίας στα 355nm (2 polarized channels). Η συχνότητα του παλµού είναι 20Hz, ενώ τα δεδοµένα αποθηκεύονται σε χρονικά διαστήµατα του ενός δευτερολέπτου. Εικόνα 4 : POLIS Το MOOI (Manchester Ocean Optics Instrument, University of Manchester UMIST, UK) συλλέγει δεδοµένα για την ανερχόµενη και κατερχόµενη ακτινοβολία.(μπάης 2006 σελ.4-6) 14
Εικόνα 5 : MOOI 2.3 Γεωγραφικά χαρακτηριστικά του νοµού Θεσσαλονίκης. Η πορεία που ακολούθησε το αεροπλάνο κάλυπτε την πόλη αλλά και την ευρύτερη περιοχή γύρω από αυτήν. Η γεωγραφική θέση της πόλης παίζει σηµαντικό ρόλο στη καταγραφή και στη ποιότητα των δεδοµένων αφού βρίσκεται στο δυτικό τµήµα του σηµερινού νοµού Θεσσαλονίκης, στο µυχό του Θερµαϊκού κόλπου. Είναι κτισµένη αµφιθεατρικά στις πλαγιές του Κεδρηνού Λόφου και περιβάλλεται στα βόρεια από το δάσος του Σέιχ Σου. Στη Σίνδο (δυτικά) υπάρχει η βιοµηχανική ζώνη της πόλης και στα ανατολικά βρίσκονται οι περιοχές του αεροδροµίου, της Θέρµης και του Πανοράµατος. Το έδαφος του Ν. Θεσσαλονίκης είναι κατά τα 2/3 πεδινό. Η κατανοµή του κατά κατηγορίες έχει ως εξής: 62% πεδινό, 20% ηµιορεινό και 18% ορεινό. Όρη : Τα σηµαντικότερα όρη του Ν. Θεσσαλονίκης είναι : ο Χορτιάτης (1.201 µ.) Βόρεια-Βορειοανατολικά της πόλης, τα όρη της Βόλβης (659 µ.), τα Κερδύλια (1.091 µ.) και ο Βερτίσκος (1.103 µ.). Πεδιάδες : Το µεγαλύτερο µέρος του Ν. Θεσσαλονίκης είναι πεδινό και αποτελείται κυρίως από την πεδιάδα της Θεσσαλονίκης, που είναι 15
πολύ εύφορη και έχει άφθονα νερά. Μια δεύτερη πεδιάδα είναι αυτή του Λαγκαδά, γύρω από την οµώνυµη λίµνη. Ποταµοί : Ο Ν. Θεσσαλονίκης διαρρέεται από τους ποταµούς : Λουδία, Αξιό και Γαλλικό. Υπάρχουν επίσης πολλοί µικροί ποταµοί και χείµαρροι, που εκβάλλουν στις λίµνες. Λίµνες : Στο έδαφος της Θεσσαλονίκης υπάρχουν δύο πολύ σηµαντικές λίµνες : η Κορώνεια και η Βόλβη. Η Κορώνεια έχει έκταση 57 τ. χλµ. και η Βόλβη 73 τ. χλµ. 1 Κλίµα : Το κλίµα της έχει σε γενικές γραµµές τα χαρακτηριστικά του Μεσογειακού κλίµατος, δηλαδή ήπιους και βροχερούς χειµώνες, σχετικώς θερµά και ξηρά καλοκαίρια και µεγάλη ηλιοφάνεια όλο σχεδόν το χρόνο. Η θερµότερη περίοδος είναι το τελευταίο δεκαήµερο του Ιουλίου και το πρώτο του Αυγούστου οπότε η µέση µεγίστη θερµοκρασία κυµαίνεται από 29 o C µέχρι 35 o C. Κατά τη θερµή εποχή οι υψηλές θερµοκρασίες µετριάζονται από τη δροσερή θαλάσσια αύρα στις παράκτιες περιοχές. 2 Το αεροσκάφος κάλυψε όλες τις προαναφερθείσες τοποθεσίες µε αποτέλεσµα να έχουµε ποικιλία στις πηγές των αιωρούµενων σωµατιδίων. Πιο συγκεκριµένα, ο Θερµαϊκός κόλπος είναι υπεύθυνος για τις συγκεντρώσεις αιωρηµάτων θαλασσίων αλάτων, από την άλλη οι ορεινές περιοχές και οι πεδιάδες είναι υπεύθυνες για τις συγκεντρώσεις των πρωτογενών βιογενών σωµατιδίων όπου έχουµε άγρια βλάστηση αλλά και αγροτικά εδάφη. Τέλος, οι ανθρωπογενείς δραστηριότητες στην πόλη της Θεσσαλονίκης είναι υπεύθυνες για τα αιωρήµατα βιοµηχανικής σκόνης (από µεταφορές, από καύση άνθρακα, κατασκευή τσιµέντου, µεταλλουργία,αποτέφρωση απορριµµάτων και άλλες βιοµηχανικές 1 http://www.mathra.gr/default_274.aspx 2 http://www.hnms.gr/hnms/greek/climatology/climatology_html 16
δραστηριότητες), αιωρήµατα θειικών αλάτων και αιωρήµατα ανθρακούχων οργανικών ενώσεων. 2.4 Εξαιρετικά συµβάντα κατά τη διάρκεια των πτήσεων. Πρέπει να αναφερθούν δυο σηµαντικά περιστατικά, τα οποία επηρέασαν τη σύσταση της ατµόσφαιρας την περίοδο των µετρήσεων. Στις 12/7 στην περιοχή των Ταγαράδων (χωµατερή) ξέσπασε φωτιά η οποία διήρκησε µέχρι της 27/7. Από τις µετρήσεις που πραγµατοποιήθηκαν από την Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας και το ήµο Θεσσαλονίκης για τις µέσες ηµερήσιες τιµές συγκεντρώσεων αιωρούµενων σωµατιδίων στις περιοχές γύρω από τους Ταγαράδες, προκύπτει πως κυµάνθηκαν σε γενικές γραµµές κοντά στο όριο των 50 µg/κ.µ. Οι µετρήσεις αφορούν στις περιοχές Βασιλικών, Ταγαράδων, Καλαµαριάς, Σχολαρίου, Αγίου Παύλου, Αγίας Παρασκευής και Πανοράµατος. 3 Τα αποτελέσµατα των µετρήσεων από τους αναλυτές αιωρούµενων σωµατιδίων παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα 2: Πίνακας 2 : Συγκεντρώσεων αιωρούµενων σωµατιδίων µέσες ηµερήσιες τιµές ΗΜ/ΝΙΑ ΒΑΣΙ- ΛΙΚΑ ΤΑΓΑ- ΡΑ ΕΣ ΚΑΛΑ- ΜΑΡΙΑ ΣΧΟ- ΛΑΡΙ ΑΓ. ΠΑΥ- ΛΟΣ ΑΓ. ΠΑΡΑ- ΣΚΕΥΗ 16/7/2006 - - - - - - 27 17/7/2006 - - - - - - 20 18/7/2006 - - - - - - 33 19/7/2006 - - - - - - 29 20/7/2006 - - - - - - 27 3 http://www.rcm.gr/articleview.cfmpid=546&id=f1f4fb8a-347bd563-6865276f0836fccd ΠΑΝΟ- ΡΑΜΑ 17
21/7/2006 52 50 58 46 36-34 22/7/2006 37 39 64 38 41 49 34 23/7/2006 36 36 52 29 40 - - 24/7/2006 51 56 64 53 54 60 41 25/7/2006 59 61 81 48 52 69 46 26/7/2006 54 40 82 33 46 58 39 27/7/2006 56 56 87 33 47 62 45 28/7/2006 63 47 85 52 55 62 42 29/7/2006 43 40 66 43 49 52 41 30/7/2006 31 33 53 32 - - - 10/8/2006 42 25 45 27 24 22 19 11/8/2006 35 19 34 23 16 21 17 12/8/2006 27 20 38 20 19 21 14 13/8/2006 21 15 31 18 19 18 17 14/8/2006 33 19 37 23 23 23 19 15/8/2006 25 18 33 26 28 25 18 16/8/2006 47 29 47 33 36 Επίσης, στη δυτική περιοχή της Θεσσαλονίκης και πιο συγκεκριµένα στην Βιοµηχανική Περιοχή της Σίνδου, στις 16/7 ξέσπασε φωτιά σε εργοστάσιο χρωµάτων. Η διάρκεια της ήταν µια µέρα, αλλά εξαιτίας των τοξικών υλικών που κάηκαν, η επιβάρυνση στην ατµόσφαιρα πρέπει να θεωρείται σηµαντική. Μετρήσεις για τις µέσες ηµερήσιες συγκεντρώσεις αιωρούµενων σωµατιδίων δεν είναι διαθέσιµες. 2.5 Πρόγραµµα πτήσεων. Το πρόγραµµα περιελάµβανε συνολικά 7 πτήσεις, από τις οποίες πραγµατοποιήθηκαν 5. Στις 16 και 18 Ιουλίου οι πτήσεις ακυρώθηκαν εξαιτίας ακατάλληλων συνθηκών (εκτεταµένη νέφωση) για συλλογή δεδοµένων. 18
Στις εικόνες που ακολουθούν παρουσιάζονται η πορεία του αεροσκάφους στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης, η διάρκεια της και το ύψος στο οποίο πέταγε. Πτήση 17/7/2006 (πρωινή) Εικόνα 6 : ύψος αεροπλάνου σε σχέση µε το χρόνο- πορεία αεροπλάνου στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης. Πτήση 17/7/2006 (απογευµατινή) Εικόνα 7 : ύψος αεροπλάνου σε σχέση µε το χρόνο- πορεία αεροπλάνου στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης. 19
Πτήση 19/7/2006 Εικόνα 8 : ύψος αεροπλάνου σε σχέση µε το χρόνο- πορεία αεροπλάνου στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης. Πτήση 20/7/2006 Εικόνα 9 : ύψος αεροπλάνου σε σχέση µε το χρόνο- πορεία αεροπλάνου στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης. 20
Πτήση 21/7/2006 Εικόνα 10 : ύψος αεροπλάνου σε σχέση µε το χρόνο- πορεία αεροπλάνου στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης. Κεφάλαιο ΙΙΙ 3.1 Οπτικό βάθος σε σχέση µε το ύψος. Η εξίσωση διάδοσης ακτινοβολίας µε ένταση I λ είναι η εξής : di λ = -κ λ ρi λ ds + j λ ρds (3) όπου το πρώτο µέλος του δεξιού τµήµατος της εξίσωσης εκφράζει απώλεια ενέργειας λόγω απορρόφησης και σκέδασης, ενώ το δεύτερο κέρδη ενέργειας λόγω εκποµπής και πολλαπλού σκεδασµού (multiple scattering). Λέγοντας οπτικό βάθος της ατµόσφαιρας ουσιαστικά εννοούµε την εξασθένιση της ηλιακής ακτινοβολίας συνάρτηση του ύψους της ατµόσφαιρας, συγκριτικά µε την µέγιστη τιµή που έχει η ηλιακή ακτινοβολία στο άνω όριο της. Γενικά το κατακόρυφο οπτικό βάθος τ(λ) από κάποιο ύψος z και πάνω µπορεί να γραφτεί: 21
τ(λ)= z σ (λ, z)dz (4) όπου ο συντελεστής σ(λ,z) ισούται µε την εξασθένιση που προκύπτει από την σκέδαση και την απορρόφηση. Άρα σ(λ,z) = β m + β p + β α (5) Όπου β m : ο συντελεστής ικανότητας µοριακής σκέδασης (Rayleigh). β p : ο συντελεστής ικανότητας σωµατιδιακής σκέδασης (Mie). β α : ο συντελεστής ικανότητας απορρόφησης. r 2 β m = r1 σm( r) N( r) dr r 2 (6) β p = σ p( r) N( r) dr (7) r1 r 2 β α = σα ( r) N( r) dr (8) r1 µε N(r) να είναι η συνάρτηση κατανοµής του µεγέθους των µορίων.(μπάης 2003) Οι διαδικασίες της σκέδασης και της απορρόφησης λαµβάνουν χώρα κατά την διάδοση της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατµόσφαιρα. Πιο συγκεκριµένα, τα φωτόνια της υπεριώδους περιοχής απορροφούνται ή σκεδάζονται. Κατά τη διεργασία της απορρόφησης µόρια µιας ένωσης ή µικρά σωµατίδια απορροφούν ενέργεια από την ηλιακή ακτινοβολία κάποιου συγκεκριµένου µήκους κύµατος και τη µετατρέπουν σε ένα άλλο είδος ενέργειας, συνήθως θερµική ή φωτοχηµική. 22
Οι σηµαντικότεροι απορροφητές για την περιοχή της υπεριώδους ακτινοβολίας Α, Β είναι το όζον, το SO 2 και τα ατµοσφαιρικά αιωρήµατα. Κατά τη σκέδαση, τα µόρια ή τα αιωρήµατα της ατµόσφαιρας απορροφούν ενέργεια και στη συνέχεια την επανεκπέµπουν προς όλες τις διευθύνσεις, χωρίς να υπάρχει µετατροπή της. Υπάρχουν δυο ήδη σκέδασης, η σκέδαση Rayleigh, κατά την οποία το µήκος κύµατος της ακτινοβολίας είναι µεγαλύτερο από τα σωµατίδια που τη σκεδάζουν και η σκέδαση Mie, όπου τα σωµατίδια έχουν γενικά διάµετρο µεγαλύτερη από το 1/10 του µήκους κύµατος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Κυρίαρχος παράγοντας στη σκέδαση Mie είναι η σχετική αναλογία του µεγέθους του σωµατιδίου (r) προς το µήκος κύµατος (λ) και εκφράζεται από την αδιάστατη παράµετρο : α= 2π(r/λ) (9) Γενικά, η σκέδαση σε µοριακή ατµόσφαιρα (δηλαδή καθαρή από αιωρούµενα σωµατίδια) είναι εντονότερη στα µικρότερα µήκη κύµατος, διότι σε αυτήν την περίπτωση είναι αντίστροφα ανάλογη της 4 ης δύναµης του µήκους κύµατος. Το οπτικό βάθος φθίνει, καθώς αυξάνεται το µήκος κύµατος της ακτινοβολίας σαν αποτέλεσµα του γεγονότος ότι η σκέδαση είναι αντιστρόφως ανάλογη µε το µήκος κύµατος. Το ολικό οπτικό βάθος της ατµόσφαιρας µπορεί να αναλυθεί στους εξής όρους: τ(λ) = τ R (λ) + τ M (λ) + τ m1 (λ) + τ m2 (λ) + + τ(λ) (10) Ο κάθε όρος αντιπροσωπεύει το οπτικό βάθος διακριτών διεργασιών: i. τ R (λ) : ο όρος αυτός αντιπροσωπεύει το κατακόρυφο οπτικό βάθος που οφείλεται στην µοριακή σκέδαση Rayleigh. 23
ii. τ Μ (λ) : ο όρος αυτός αντιπροσωπεύει το κατακόρυφο οπτικό βάθος που οφείλεται στη σωµατιδιακή σκέδαση Mie. iii. Οι υπόλοιποι όροι συµβολίζουν το κατακόρυφο οπτικό βάθος που οφείλεται σε άλλες διεργασίες, όπως η απορρόφηση από το όζον Ο 3, το διοξείδιο του θείου SO 2, τα οξείδια του αζώτου NOx, το ποσοστό, το ύψος και το είδος της νεφοκάλυψης.(arola and Koskela 2004) Πτήση 17/7/2006 (πρωινή) 3400 3500 3250 altitude (m) 3200 3000 2800 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 aot 412nm altitude (m) 3000 2750 2500 2250 2000 1750 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 aot 412nm ιάγραµµα 1 : οπτικό βάθος στα 412 nm σε σχέση µε το ύψος πτήσης (άνοδος-κάθοδος αεροπλάνου). Πτήση 17/7/2006 (απογευµατινή) 2000 2800 1600 2600 altitude (m) 1200 800 altitude (m) 2400 2200 400 2000 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 aot 412nm aot 412nm ιάγραµµα 2: οπτικό βάθος στα 412nm σε σχέση µε το ύψος πτήσης (άνοδος- κάθοδος αεροπλάνου). 24
Στα διαγράµµατα 1 και 2 παρουσιάζεται η κατακόρυφη µεταβολή του οπτικού βάθους των αιωρούµενων σωµατιδίων σε σχέση µε το ύψος. Το γενικό συµπέρασµα που εξάγεται από την τάση του AOT είναι ότι ελαττώνεται όταν το αεροπλάνο ακολουθεί ανοδική πορεία, ενώ αυξάνεται όταν το ύψος µειώνεται. Αυτή η συµπεριφορά µπορεί να δικαιολογηθεί από τη θεωρία, η οποία αναφέρει ότι οι συγκεντρώσεις των αιωρούµενων σωµατιδίων µειώνονται εκθετικά µε το ύψος (εξίσωση 2). Άρα όσο ανεβαίνουµε στην τροπόσφαιρα τόσο λιγότερα και πιο αραιά στρώµατα από σωµατίδια συναντάµε, µε αποτέλεσµα τη µείωση του οπτικού βάθους. Για την πρώτη πτήση που πραγµατοποιήθηκε το πρωινό της 17/7/2006, η µέγιστη τιµή του AOT που καταγράφθηκε είναι 0,4 σε ύψος 1800m (διάγραµµα 1-κάθοδος). Για την απογευµατινή πτήση της ίδιας ηµέρας στο ίδιο ύψος των 1800m η τιµή του είναι 0,04 (διάγραµµα 2- άνοδος). Αυτή η τεράστια διαφορά των τιµών του οπτικού βάθους των αιωρούµενων σωµατιδίων δικαιολογείται κυρίως από τη διαφορετική πορεία που ακολούθησε το αεροπλάνο κατά τη διάρκεια των πτήσεων. Πιο συγκεκριµένα όπως παρατηρούµε στην εικόνα 6 η πρωινή πτήση περιελάµβανε µετρήσεις πάνω από την πόλη της Θεσσαλονίκης, τις ορεινές και αγροτικές εκτάσεις της ευρύτερης περιοχής. Αντίθετα, η απογευµατινή πτήση (εικόνα 7) περιελάµβανε µετρήσεις κυρίως στο θαλάσσιο χώρο του Θερµαϊκού κόλπου και πάνω από τα ανατολικά προάστια. Εποµένως, η διαφορά που συναντάµε στις τιµές του AOT για το ίδιο ύψος αλλά σε διαφορετικές γεωγραφικές θέσεις, οφείλεται στην διαφορετική πηγή προέλευσης και φύση των αιωρούµενων σωµατιδίων. Αυτό γίνεται πιο κατανοητό παρατηρώντας το διάγραµµα 2, όπου κατά την άνοδο το αεροπλάνο πετάει πάνω από το θαλάσσιο χώρο, µε αποτέλεσµα τα σωµατίδια να είναι κυρίως θαλάσσια άλατα και στα 25
2000m η τιµή του ΑΟΤ είναι 0,06. Αντίθετα, περίπου στο ίδιο ύψος κατά την κάθοδο το αεροπλάνο βρίσκεται πάνω από την πόλη της Θεσσαλονίκης όπου τα αιωρήµατα είναι κυρίως θειούχες ενώσεις, νιτρικά άλατα και η τιµή του οπτικού βάθους είναι 0,39. Τέλος, παρατηρούµε ότι η τάση του οπτικού βάθους δεν είναι οµαλή αλλά συνοδεύεται από µικρές αυξοµειώσεις. Αυτές δικαιολογούνται κυρίως από την τυρβώδη ροή η οποία είναι υπεύθυνη για την µετακίνηση των αερίων µαζών µέσα στο οριακό στρώµα, µε αποτέλεσµα να δηµιουργείται ποικιλία στις στρωµατώσεις των αιωρούµενων σωµατιδίων µέσα στην τροπόσφαιρα. Επίσης, η µεταφορά αέριων µαζών µε τον µέσο άνεµο παίζει σηµαντικό ρόλο στην ποικιλία των σωµατιδίων που συναντάµε στις περιαστικές περιοχές, αφού τα σωµατίδια αποµακρύνονται από την πόλη και µετακινούνται προς αυτές. Πτήση 19/7/2006 altitude (m) 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 0,0 0,1 0,2 0,3 aot 412 nm altitude (m) 2800 2600 2400 2200 2000 0,000 0,025 0,050 0,075 0,100 aot 412nm ιάγραµµα 3 : οπτικό βάθος στα 412nm σε σχέση µε το ύψος (άνοδος- κάθοδος αεροπλάνου). 26
2000 1400 1800 1200 altitude (m) 1600 1400 altitude (m) 1000 800 1200 0,05 0,10 0,15 0,20 aot 412nm 600 0,10 0,15 0,20 0,25 aot 412 nm ιάγραµµα 4 : οπτικό βάθος στα 412nm σε σχέση µε το ύψος πτήσης (κάθοδος αεροπλάνου). Πτήση 20/7/2006 3000 2400 2500 altitude (m) 2000 1500 1000 500 altitude (m) 2200 2000 0 0,0 0,1 0,2 0,3 aot 412nm 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 aot 412nm ιάγραµµα 5 : οπτικό βάθος στα 412nm σε σχέση µε ύψος πτήσης (άνοδος- κάθοδος αεροπλάνου). 27
1800 altitude (m) 1600 1400 1200 0.05 0.10 0.15 0.20 aot 412nm ιάγραµµα 6 : οπτικό βάθος στα 412nm σε σχέση µε το ύψος πτήσης (κάθοδος αεροπλάνου). Από τα διαγράµµατα 3 και 5, τα οποία περιγράφουν την άνοδο του αεροπλάνου, παρατηρούµε, όπως και προηγουµένως ότι το οπτικό βάθος των αιωρηµάτων ελαττώνεται µε την αύξηση του ύψους. Οι διαφορές που διακρίνουµε όσων αφορά την κατακόρυφη κατανοµή του στα συγκεκριµένα διαγράµµατα είναι λίγες. Η πιο ευδιάκριτη είναι ότι στο διάγραµµα 3 ( πτήση άνοδος 19-7-2006) η µεταβολή του οπτικού βάθους των σωµατιδίων πραγµατοποιείται µε αρκετές αυξοµειώσεις, ενώ στο διάγραµµα 5 (πτήση άνοδος 20-7-2006) είναι αρκετά πιο οµαλή. Αυτό οφείλεται κυρίως, στην ανοµοιογενή χωρική κατανοµή των στρωµάτων των σωµατιδίων στο συγκεκριµένο τµήµα της ατµόσφαιρας για την πτήση που πραγµατοποιήθηκε 19-7-2006. Επίσης, παρατηρούνται και µικρές διαφορές των τιµών του ΑΟΤ για το ίδιο ύψος αλλά σε διαφορετικές γεωγραφικές θέσεις. Αυτές οι διαφορές οφείλονται κυρίως, στην διαφορετική φύση και πηγή προέλευσης των σωµατιδίων, αφού η πτήση που πραγµατοποιήθηκε στης 19-7-2006 περιελάµβανε µετρήσεις πάνω από την πόλη της Θεσσαλονίκης και το θαλάσσιο χώρο, ενώ αυτή στης 20-7-2006 µετρήσεις κυρίως σε δασικές περιοχές (Σέιχ Σου), ορεινές περιοχές χαµηλής βλάστησης και αγροτικές εκτάσεις. 28
Πτήση 21/7/2006 3000 2600 2500 altitude (m) 2000 1500 1000 altitude (m) 2500 2400 500 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 aot 412nm 2300 0,04 0,06 0,08 0,10 aot 412nm ιάγραµµα 7 : οπτικό βάθος στα 412nm σε σχέση µε το ύψος πτήσης (άνοδος- κάθοδος αεροπλάνου). 2500 altitude (m) 2000 1500 1000 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 aot 412nm ιάγραµµα 8 :οπτικό βάθος στα 412nm σε σχέση µε το ύψος πτήσης (κάθοδος αεροπλάνου) Τέλος, συγκρίνοντας τα διαγράµµατα της τελευταίας πτήσης µε τα προηγούµενα παραθέτω τον πίνακα 3, ο οποίος περιλαµβάνει τιµές του ΑΟΤ για δυο διαφορετικά ύψη σε διαφορετικές θέσεις. 29
Πίνακας 3 : ΑΟΤ σε διαφορετικές θέσεις αλλά σε ίδιο ύψος. Altitude AOT 17/7 AOT 17/7 AOT 19/7 AOT 20/7 AOT 21/7 (m) πρωί απόγευµα 2500 0.18 0.33 0.04 0.05 0.07 2000 0.3 0.4 0.06 0.07 0.11 Από τα παραπάνω ενισχύεται το συµπέρασµα ότι το οπτικό βάθος των αιωρούµενων σωµατιδίων, ελαττώνεται µε το ύψος και οι τιµές του για σταθερή τιµή του ύψους εξαρτάται άµεσα από το είδος των σωµατιδίων. Έτσι αναµένονται µεγάλες τιµές ΑΟΤ στις αστικές και περιαστικές περιοχές, ενώ µικρότερες στις θαλάσσιες και ορεινές. 3.2 Σύγκριση δεδοµένων αεροπλάνου µε µετρήσεις εδάφους του ΑΠΘ. Οι επίγειες µετρήσεις πραγµατοποιήθηκαν ταυτόχρονα µε την διεξαγωγή της καµπάνιας από το εργαστήριο του µεταπτυχιακού τµήµατος φυσικής περιβάλλοντος. Το όργανο που χρησιµοποιήθηκε για τις επίγειες µετρήσεις ήταν το lidar του εργαστηρίου. Η λειτουργία µιας διάταξης lidar βασίζεται στην ελαστική σκέδαση από τα µόρια της ατµόσφαιρας και από τα αιωρούµενα σωµατίδια µιας µονοχρωµατικής παλµικής δέσµης laser. Αποτελείται από τρία ξεχωριστά συστήµατα, το σύστηµα εκποµπής, το σύστηµα λήψης και το σύστηµα ηλεκτρονικής καταγραφής.(μπαλής 2004) Το lidar ήταν τοποθετηµένο σε γεωγραφικό µήκος 22.96 και πλάτος 40.63. Το αεροπλάνο δεν ήταν εφικτό να περνάει πάνω από τις συγκεκριµένες συντεταγµένες, εποµένως τα δεδοµένα που χρησιµοποιήθηκαν είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στο σηµείο αυτό. 30
Πιο αναλυτικά για την Ιουλιανή µέρα 198 το πλησιέστερο σηµείο όπου το αεροπλάνο βρέθηκε κοντά στις προαναφερθείσες συντεταγµένες, ήταν στις 14.01 UTC και σε απόσταση 2.68km από αυτό. Για την µέρα 200 ήταν στις 14.16 UTC και σε απόσταση 200m και στις 15.01UTC σε απόσταση 60m, για την 201 ήταν στις 8.43UTC και σε απόσταση 910m και την µέρα 202 ήταν στις 6.33UTC και σε απόσταση 130m. Από την παραπάνω επεξεργασία των δεδοµένων προέκυψε το ακόλουθο διάγραµµα. 0,50 AOT 440nm ground based lidar AOT 412nm aircraft measuremnts AOT 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 198 199 200 201 202 203 Ιουλιανή µέρα ιάγραµµα 9 : οπτικό βάθος από µετρήσεις αεροπλάνου και lidar εδάφους για τις ηµέρες της καµπάνιας. Από το διάγραµµα 9 συµπεραίνουµε ότι οι µετρήσεις από το ground-based lidar είναι µεγαλύτερες από αυτές του αεροπλάνου και δεν διατηρούν µια σταθερή συµπεριφορά ως προς την τιµή τους. Αυτό οφείλεται σε δύο λόγους : 31
α) η δέσµη του lidar για τις επίγειες µετρήσεις διανύει µεγαλύτερη απόσταση µέσα στην ατµόσφαιρα, καταγράφοντας όλες τις στρωµατώσεις από αιωρούµενα σωµατίδια. Αντίθετα, το lidar του αεροπλάνου έχει τη δυνατότητα να παίρνει µετρήσεις µόνο πάνω από το επίπεδο πτήσης, αφού είναι τοποθετηµένο µε τέτοιο τρόπο ώστε η δέσµη να εκπέµπεται κάθετα προς τα πάνω. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα οι στρωµατώσεις σωµατιδίων κάτω από το αεροπλάνο να µην µπορούν να καταγραφθούν. β) η διαφορά που παρατηρούµε στην απόλυτη τιµή δυο διαδοχικών µετρήσεων του οπτικού βάθους, από την διάταξη του εργαστηρίου, οφείλεται στο χρόνο µεταξύ των µετρήσεων, ο οποίος είναι περίπου 15 µε 20 λεπτά. Σε αυτό το χρόνο η σύσταση της ατµόσφαιρας έχει µεταβληθεί λόγω της τυρβώδης ροής και του µέσου άνεµου, φαινόµενα τα οποία είναι υπεύθυνα για την µετακίνηση των αερίων µαζών. 3.3 Συντελεστής Angstrom σε σχέση µε το χρόνο και το ύψος. Ο Αngstrom (Angstrom, 1964) περιέγραψε την εξασθένηση της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατµόσφαιρα, εξαιτίας της ύπαρξης των αιωρούµενων σωµατιδίων, µε την σχέση που ακολουθεί: τ = β (λ) -α (11) όπου β ο συντελεστής θόλωσης Αngstrom και α ο κυµατικός εκθέτης του Angstrom, µεγέθη που είναι ανεξάρτητα του µήκους κύµατος.(kylling 1998) Από φυσικής απόψεως η αριθµητική τιµή του εκθέτη α εξαρτάται από τη κατανοµή µεγέθους των σωµατιδίων. Πολύ µικρές τιµές του συντελεστή (α < 1) περιγράφουν κατανοµές σωµατιδίων µε µεγάλο µέγεθος, όπως αυτά που εµφανίζονται σε παραθαλάσσιες περιοχές ή τα σωµατίδια σκόνης που προέρχονται από ξηρό και άγονο έδαφος, π.χ. 32
σκόνη από την έρηµο Σαχάρα. Τιµές από 1 έως 2 περιγράφουν σωµατίδια µικρότερου µεγέθους, όπως τα θειούχα σωµατίδια αστικής περιαστικής περιοχής. Μεταξύ δύο µετρήσεων του οπτικού βάθους σε διαφορετικά µήκη κύµατος ισχύει: τ(λ 1 ) / τ(λ 2 ) = (λ 1 / λ 2 ) -α => a = - ln(τ(λ2)/τ(λ1))/ln(λ2/λ1) (11) Υπολογίσθηκαν 3 συντελεστές Angstrom για τα µήκη κύµατος 450nm-500nm, 609nm-778nm και 609nm-862nm. Επίσης, πραγµατοποιήθηκαν διαγράµµατα του συντελεστή Angstrom σε σχέση µε το χρόνο και το ύψος πτήσης.(arola and Koskela 2004) Οι µετρήσεις για το οπτικό βάθος των αιωρούµενων σωµατιδίων δεν είναι διαθέσιµες για όλη τη διάρκεια της πτήσης αλλά µόνο για ορισµένα τµήµατα της, όπως είναι εµφανές στα παρακάτω διαγράµµατα. Πτήση 17/7/2006 (πρωινή) ιάγραµµα 10 : συντελεστής Angstrom a(450nm,500nm) και a(609nm,778nm) σε σχέση µε χρόνο και ύψος πτήσης. 33
ιάγραµµα 11: : συντελεστής Angstrom a(609nm,862nm) σε σχέση µε χρόνο και ύψος πτήσης ιάγραµµα 12 : µε κόκκινο χρώµα συµβολίζονται τα διαθέσιµα δεδοµένα για τον υπολογισµό του συντελεστή Angstrom. Στη συγκεκριµένη πτήση παρατηρούµε ότι τα διαθέσιµα δεδοµένα είναι κατά την άνοδο και την κάθοδο του αεροπλάνου. Κατά την άνοδο η πορεία περιλαµβάνει τις ορεινές περιοχές βόρεια της πόλης της Θεσσαλονίκης, ανάµεσα στις λίµνες Κερκίνης και οϊράνης. Εποµένως, οι τιµές του συντελεστή Angstrom (0.5 έως 1.2) δικαιολογούνται αφού οι 34
πηγές των αιωρούµενων σωµατιδίων είναι κυρίως από την βλάστηση και την σκόνη εδάφους. Στο καθοδικό τµήµα της πτήσης το αεροπλάνο βρίσκεται πάλι σε ορεινές περιοχές κοντά στην περιοχή της Αρεθούσας, της λίµνης Βόλβης και της κωµόπολης Νιγρίτα. Ο συντελεστής Angstrom κυµαίνεται από 0,9 έως 1,7 το οποίο είναι λογικό αφού τα σωµατίδια προέρχονται από φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές. Συγκρίνοντας τις τιµές των τριών συντελεστών παρατηρούµε ότι µεγαλύτερες τιµές παίρνει ο α(609nm,778nm), εξαιτίας των αντίστοιχων τιµών του οπτικού βάθους των αιωρούµενων σωµατιδίων. Τέλος, στο διάγραµµα 10 παρατηρούµε ότι οι τιµές του α(450nm,500nm) για την κάθοδο έχουν µεγάλη διαφορά µε τους άλλους συντελεστές. Αυτό οφείλεται στο ότι κατά την επεξεργασία των δεδοµένων χρησιµοποιήθηκε ένα είδος φίλτρου για την αποµάκρυνση λανθασµένων µετρήσεων. Πτήση 17/7/2006 (απογευµατινή) ιάγραµµα 13: συντελεστής Angstrom a(450nm,500nm) και a(609nm,778nm) σε σχέση µε χρόνο και ύψος πτήσης. 35
ιάγραµµα 14 : συντελεστής Angstrom a(609nm,862nm) σε σχέση µε χρόνο και ύψος πτήσης ιάγραµµα 15 : µε κόκκινο χρώµα συµβολίζονται τα διαθέσιµα δεδοµένα για τον υπολογισµό του συντελεστή Angstrom. Τα διαθέσιµα δεδοµένα αφορούν πάλι τα κοµµάτια της ανόδου και της καθόδου της ολικής πτήσης. Το αεροπλάνο στο πρώτο τµήµα κάλυψε µεγάλη περιοχή στο θαλάσσιο χώρο, ενώ για αρκετά µεγάλο χρονικό διάστηµα πέταγε στην ευρύτερη περιοχή της Περαίας. Οι τιµές του συντελεστή Angstrom κυµαίνονται από 0.5 έως 1.6, λογικό αφού η φύση των σωµατιδίων είναι τόσο θαλάσσια όσο και αστική. Κατά την κάθοδο το αεροπλάνο καλύπτει την βορειοανατολική ορεινή περιοχή της Θεσσαλονίκης (όρος Χορτιάτης). Οι τιµές του 36
συντελεστή είναι αυξηµένες και κυµαίνονται από 1.3 έως 1.7, το οποίο κυρίως οφείλεται στην µεταφορά των ρύπων από τη θαλάσσια αύρα προς τις ορεινές περιοχές. Πτήση 19/7/2006 ιάγραµµα 12 : συντελεστής Angstrom a(450nm,500nm) και a(609nm,778nm) σε σχέση µε χρόνο και ύψος πτήσης. ιάγραµµα 13 : συντελεστής Angstrom a(609nm,862nm) σε σχέση µε χρόνο και ύψος πτήσης. 37
ιάγραµµα 18 : µε κόκκινο χρώµα συµβολίζονται τα διαθέσιµα δεδοµένα για τον υπολογισµό του συντελεστή Angstrom. Το πρώτο τµήµα των δεδοµένων αφορά την περιοχή των ανατολικών προαστίων και το θαλάσσιο χώρο. Οι τιµές του συντελεστή κυµαίνονται από 0,7 έως 1,7, οι οποίες είναι χαρακτηριστικές για παραθαλάσσιες ρυπασµένες περιοχές. Στο δεύτερο τµήµα οι µετρήσεις του αεροπλάνου για το οπτικό βάθος των σωµατιδίων, δεν ήταν ικανοποιητικές για αυτό χρησιµοποιήθηκε φίλτρο για την αποµάκρυνση τους. Τα δυο τελευταία τµήµατα των δεδοµένων αφορούν την δασική έκταση του Σέιχ Σου, την ευρύτερη περιοχή της Περαίας και τον θαλάσσιο χώρο. Οι τιµές του συντελεστή Angstrom κυµαίνεται από 1.2 έως 2.1. 38
Πτήση 20/7/2006 ιάγραµµα 19 : συντελεστής Angstrom a(450nm,500nm) και a(609nm,778nm) σε σχέση µε χρόνο και ύψος πτήσης. ιάγραµµα 20 : συντελεστής Angstrom a(609nm,862nm) σε σχέση µε χρόνο και ύψος πτήσης. 39
ιάγραµµα 21 : µε κόκκινο χρώµα συµβολίζονται τα διαθέσιµα δεδοµένα για τον υπολογισµό του συντελεστή Angstrom. Κατά την άνοδο το αεροπλάνο βρίσκεται µεταξύ της πόλης της Θεσσαλονίκης, το δασός Σέιχ Σου και τις ορεινές περιοχές. Η ελάχιστη τιµή του συντελεστή Angstrom είναι 0.5 ενώ η µέγιστη 2.2. Το µεγάλο εύρος των τιµών οφείλεται στην ποικιλία πηγών αιωρούµενων σωµατιδίων. Για τις µέγιστες τιµές ευθύνονται οι ανθρωπογενείς δραστηριότητες (Βιοµηχανική σκόνη (SO2, NOX)) ενώ για τις ελάχιστες οι βιολογικές διεργασίες. Στο δεύτερο τµήµα των δεδοµένων χρησιµοποιήθηκε πάλι φίλτρο, ενώ στο τελευταίο τµήµα το αεροπλάνο κάλυψε τις ορεινές περιοχές βόρεια της Θεσσαλονίκης. Οι τιµές του συντελεστή κυµαίνονται από 0.8 έως 2.1, αφού έχουµε µεταφορά ρυπασµένων αέριων µαζών από την αστική περιοχή. 40
Πτήση 21/7/2006 ιάγραµµα 22: συντελεστής Angstrom a(450nm,500nm) και a(609nm,778nm) σε σχέση µε χρόνο και ύψος πτήσης. ιάγραµµα 23 : συντελεστής Angstrom σε σχέση a(609nm,862nm) µε χρόνο και ύψος πτήσης. 41
ιάγραµµα 24 : µε κόκκινο χρώµα συµβολίζονται τα διαθέσιµα δεδοµένα για τον υπολογισµό του συντελεστή Angstrom. Τα δεδοµένα τα οποία είναι διαθέσιµα για τη συγκεκριµένη πτήση αφορούν κυρίως την χρονική στιγµή όπου το αεροπλάνο καλύπτει τις εξής περιοχές : πόλη Θεσσαλονίκης, δασική έκταση βόρεια της πόλης και ορεινή περιοχή Χορτιάτη. Όπως και προηγούµενος η φύση των σωµατιδίων δικαιολογούν τις υψηλές τιµές του συντελεστή Angstrom. Γενικά, οι τιµές που υπολογίστηκαν είναι χαρακτηριστικές σωµατιδίων που υπάρχουν σε σχετικά ρυπασµένες περιοχές, όπως θειούχα και ανθρακούχα, ανθρωπογενούς προέλευσης, και σωµατιδίων που υπάρχουν σε παραθαλάσσιες περιοχές. ηλαδή αντιπροσωπεύουν ικανοποιητικά την περίπτωση της Θεσσαλονίκης. Επίσης, για τις υψηλές τιµές του συντελεστή Angstrom παίζει ρόλο και η φωτιά στην περιοχή των Ταγαράδων, αυξάνοντας τις συγκεντρώσεις σωµατιδίων στην ατµόσφαιρα. Οι πτήσεις που επηρεάστηκαν περισσότερο είναι αυτές που περιελάµβαναν πορεία πάνω από την Περαία, Βασιλικά, Καλαµαριά και γενικά τα ανατολικά προάστια της Θεσσαλονίκης. Χαρακτηριστικά σύµφωνα µε τον πίνακα (2) συγκεντρώσεων αιωρούµενων σωµατιδίων που εξέδωσε η Περιφέρεια 42
Κεντρικής Μακεδονίας, στις 21/7 οι συγκεντρώσεις στα Βασιλικά ήταν 52 µg/κ.µ και στους Ταγαράδες 50 µg/κ.µ, τιµές που υπερβαίνουν τα επιτρεπόµενα όρια. 3.4 Ανακλαστικότητα σε σχέση µε το χρόνο και το ύψος πτήσης. Οι περισσότερες έρευνες σχετικά µε την ανακλαστικότητα έχουν επικεντρωθεί στη περιοχή του ορατού και υπέρυθρου φάσµατος, ενώ για την UV περιοχή είναι αρκετά λιγότερες (Coulson and Reynolds, 1971, Eaton and Dirmhirn, 1979, Kriebel, 1979,Takamura, 1992). Οι µετρήσεις της φασµατικής ακτινοβολίας δείχνουν ότι η ανακλαστικότητα µειώνεται µε την αντίστοιχη µείωση του µήκους κύµατος για όλες τις επιφάνειες ακόµα και του χιονιού.. Ωστόσο, οι Ambach and Eisner [1986] και Blumthaler and Ambach [1988] αναφέρουν ότι για επιφάνεια καλυµµένη από clear-snow η ανακλαστικότητα (για µήκη κύµατος στην UV περιοχή) είναι µεγαλύτερη από αυτήν που αντιστοιχεί στα µήκη κύµατος του ορατού. Η ανακλαστικότητα είναι αδιάστατο µέγεθος και ορίζεται ως ο λόγος µεταξύ της ανακλώµενης ακτινοβολίας από το έδαφος, προς την κατερχόµενη ακτινοβολία. Υπολογίζεται από την εξίσωση : Α= Ε / Ε (13) Όπου Ε είναι η ροή ακτινοβολίας προς τα πάνω, ενώ Ε είναι η ροή ακτινοβολίας προς τα κάτω.(μπάης 2003) Μια κοινή µέθοδος µέτρησης της διάχυτης ανακλαστικότητας του εδάφους είναι η πραγµατοποίηση ταυτόχρονων µετρήσεων της ανερχόµενης και κατερχόµενης ροής ακτινοβολίας, όταν ένα στρώµα από νέφη καθιστά την ακτινοβολία στην επιφάνεια ισότροπη.(webb 2000) Στα δεδοµένα από τις πτήσεις την Ε την λαµβάνουµε από το όργανο το 43
οποίο έχει τοποθετηθεί µε τον δέκτη του προς τα κάτω (GBO data), ενώ το αντίθετο συµβαίνει για την Ε (GBP data). Σηµαντικές παράµετροι από τους οποίους εξαρτάται η ανακλαστικότητα είναι η γεωγραφική ανοµοιογένεια του εδάφους και η ύπαρξη ατµοσφαιρικών αιωρηµάτων καθώς και νεφών στην ατµόσφαιρα. Στον πίνακα 4 παρουσιάζονται ενδεικτικές τιµές της ανακλαστικότητας για διαφορετικά είδη εδαφών. Πίνακας 4 : ανακλαστικοτητα για διαφορετικά είδη εδαφών Surface Albedo (%) άµµος 18-28 κωνοφόρα δάση 5-15 αγρότοπος 16-20 Θάλασσα ( ήλιος σε µεγάλο ηλιακό 3-10 ύψος) πόλεις 14-18 Τα διαγράµµατα που ακολουθούν αφορούν µετρήσεις της ακτινοβολίας στα 320nm και 400nm. Επίσης, υπολογίστηκε η µέση ανακλαστικότητα όταν το αεροπλάνο πετάει σε σταθερά ύψη και η ολική για όλη τη διάρκεια της πτήσης. Τέλος, συγκρίνονται οι ανακλαστικότητες και για τα δυο µήκη κύµατος σε διαγράµµατα σε σχέση µε το χρόνο. 44
Πτήση 17/7/2006 (πρωινή) albedo 0,5 albedo altitude 0,4 320 nm 0,3 0,2 0,1 0,0 0,0 0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 time 6000 5000 4000 3000 2000 1000 altitude (m) albedo 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 albedo altitude 400nm 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 time 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 altitude (m) ιάγραµµα 25 : ανακλαστικότητα στα 320nm και 400nm σε σχέση χρόνο και ύψος. Για την καλύτερη κατανόηση των διαγραµµάτων παραθέτω το range corrected signal από το όργανο POLIS. ιάγραµµα 26 : range corrected signal Στα παραπάνω διαγράµµατα παρατηρούµε ότι η ανακλαστικότητα αυξάνεται καθώς το αεροπλάνο ακολουθεί ανοδική πορεία µέχρι ένα συγκεκριµένο ύψος. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το τµήµα της ατµόσφαιρας το οποίο βρίσκεται κάτω από τα αεροπλάνο, ενισχύει την 45
ανερχόµενη ακτινοβολία µέσω του φαινοµένου της σκέδασης από τα αιωρούµενα σωµατίδια, τα µόρια της ατµόσφαιρας είτε από τα νέφη. Όταν το αεροπλάνο πετάει πλέον σε σταθερό ύψος. παρατηρούµε ότι η ανακλαστικότητα έχει µειωθεί και διατηρεί µια σχεδόν σταθερή τάση µε αυξοµειώσεις. Αυτό οφείλεται κατά κύριο λόγο, στην ύπαρξη µη οµοιογενών στρωµάτων ατµοσφαιρικών αιωρηµάτων και νεφών κάτω ή πάνω από το επίπεδο πτήσης. Πιο συγκεκριµένα όταν το επίπεδο πτήσης βρίσκεται κάτω από τα σωµατίδια και τα νέφη, η κατερχόµενη ακτινοβολία είναι µειωµένη σε σχέση µε αυτήν που έχουµε όταν η ατµόσφαιρα είναι καθαρή, έτσι από την εξίσωση 13 προκύπτει µεγαλύτερη τιµή ανακλαστικότητας. Το αντίθετο συµβαίνει όταν το επίπεδο πτήσης είναι πάνω από τις στρωµατώσεις των σωµατιδίων και νεφών. Στο διάγραµµα 26 βλέπουµε το range corrected signal από 7,00 UTC έως 8,20 UTC, όταν το αεροπλάνο έχει φτάσει στο µέγιστο ύψος περίπου στα 3,3km. Είναι ευδιάκριτα δυο λεπτά στρώµατα από νέφη (πορτοκαλί χρώµα) περίπου στα 3,1km και στα 2,5km και µικρά στρώµατα από ατµοσφαιρικά αιωρήµατα (πράσινο χρώµα) περίπου στο 1,5km. ηλαδή το επίπεδο πτήσης είναι πάνω από τις συγκεκριµένες στρωµατώσεις. Αυτό συνεπάγεται την εξασθένιση της ανερχόµενης ακτινοβολίας, λόγο φαινοµένων µοριακής και σωµατιδιακής σκέδασης και απορρόφησης, µε συνέπεια την ελάττωση της ανακλαστικότητας, για το συγκεκριµένο τµήµα της πτήσης. Συγκρίνοντας την ανακλαστικότητα για τα µήκη κύµατος 320 nm και 400nm προκύπτει το επόµενο διάγραµµα στο οποίο παρατηρούµε ότι η ανακλαστικότητα, η οποία υπολογίστηκε µε ακτινοβολία στην UV περιοχή (320nm) παίρνει µεγαλύτερες τιµές από αυτές των 400nm. 46
albedo 0,5 320nm 400nm 0,4 0,3 0,2 0,5 0,4 0,3 0,2 albedo 0,1 0,1 0,0 0,0 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 time ιάγραµµα 27: ανακλαστικότητα για τα µ.κ. 320nm και 400nm σε σχέση µε το χρονο. Αυτό οφείλεται στο ότι η οπισθοσκέδαση στο οριακό στρώµα είναι µεγαλύτερη για τη UV φασµατική περιοχή, παρά για την περιοχή του ορατού. Επίσης τα ατµοσφαιρικά αιωρήµατα αντιδρούν αποτελεσµατικότερα µε την υπεριώδη ακτινοβολία παρά µε την ορατή. (400nm). Στο πίνακα 5 παραθέτονται οι τιµές της ανακλαστικότητας για όλη τη διάρκεια της πτήσης και καθώς το αεροπλάνο πετάει σε σταθερό ύψος. Πίνακας 5 : ανακλαστικότητα για την ολική πτήση και για σταθερό ύψος Μήκος κύµατος Albedo (ολική πτήση) Albedo για τα 3360m 320nm 0,0975 0,108 400nm 0,0866 0,102 Στο διάγραµµα 28 και 29 συγκρίνονται η ανερχόµενη και κατερχόµενη ακτινοβολία για τα δυο µήκη κύµατος, µε αποτέλεσµα να είναι εµφανής η διαφορά που παρατηρείται στην ανακλαστικότητα. 47
irradiance gbp 320nm (W/m 2 ) 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 gbo 320nm gbp 320nm 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 7 8 9 irradiance gbp 320nm (W/m 2 ) time UTC ιάγραµµα 28 : ακτινοβολία ανερχόµενη και κατερχόµενη στα 320nm σε σχέση µε το χρόνο. irradiance GBO 400nm (W/m 2 ) 0,4 0 0,3 5 0,3 0 0,2 5 0,2 0 0,1 5 0,1 0 0,0 5 0,0 0 g b o 4 0 0 n m g b p 4 0 0 n m 7 8 9 tim e U T C 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 irradiance GBP 400nm (W/m 2 ) ιάγραµµα 29 : ακτινοβολία ανερχόµενη και κατερχόµενη στα 400nm σε σχέση µε το χρόνο. Παρατηρούµε ότι η ανερχόµενη ακτινοβολία (GBO) από 6.5 UTC έως 7.2 UTC αυξάνεται ταυτόχρονα µε την κατερχόµενη (GBP), µε αποτέλεσµα την αύξηση της ανακλαστικότητας σε αυτό το χρονικό διάστηµα. Στη συνέχεια, η ανερχόµενη µειώνεται λίγο (εξαιτίας στρωµατώσεων από αιωρήµατα και νεφών) και διατηρεί µια σταθερή τιµή, ενώ η κατερχόµενη συνεχίζει να αυξάνεται (διάγραµµα 28) ή παραµένει σταθερή (διάγραµµα 29). Αυτό δικαιολογεί την µείωση της ανακλαστικότητας. 48
Πτήση 17/7/2006 (απογευµατινή) albedo 0,20 0,15 0,10 0,05 320nm albedo altitude 0,00 0 13,0 13,5 14,0 14,5 time 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 altitude (m) albedo 0,25 6000 albedo 5500 0,20 altitude 5000 4500 400nm 4000 0,15 3500 3000 0,10 2500 2000 1500 0,05 1000 500 0,00 0 13,0 13,5 14,0 14,5 time altitude (m) ιάγραµµα 30 : ανακλαστικότητα σε σχέση µε το χρόνο και το ύψος. Το αντίστοιχο διάγραµµα από το POLIS είναι το επόµενο ιάγραµµα 31 : range corrected signal Στο διάγραµµα 31 βλέπουµε το range corrected signal από 13,30 UTC έως 14,20 UTC, όταν το αεροπλάνο έχει φτάσει στο µέγιστο ύψος περίπου στα 2,6km. Σε αυτήν την πτήση τα στρώµατα ατµοσφαιρικών αιωρηµάτων και νεφών είναι λιγότερο ευδιάκριτα, ο κύριος λόγος είναι το χαµηλότερο ύψος πτήσης του αεροπλάνου. Η πορεία της ανακλαστικότητας, είναι ίδια µε την προηγούµενη µέρα, δηλαδή αυξάνεται µε την άνοδο του αεροπλάνου, στη συνέχεια 49
ακολουθεί πτωτική τάση, η οποία οφείλεται κυρίως στο ότι το αεροπλάνο παίρνει µετρήσεις πάνω από το θαλάσσιο χώρο. Συγκρίνοντας την ανακλαστικότητα για τα µήκη κύµατος 320 nm και 400nm προκύπτει το επόµενο διάγραµµα, στο οποίο όπως και προηγουµένως, παρατηρούµε ότι η ανακλαστικοτητα η οποία υπολογίστηκε µε ακτινοβολία στην UV περιοχή (320nm) παίρνει µεγαλύτερες τιµές από αυτές των 400nm. 0,25 0,20 320nm 400nm 0,25 0,20 albedo 0,15 0,10 0,15 0,10 albedo 0,05 0,05 0,00 0,00 13,00 13,25 13,50 13,75 14,00 14,25 14,50 time ιάγραµµα 32 : ανακλαστικότητα για τα µ.κ. 320nm και 400nm σε σχέση µε το χρόνο. Στο πίνακα 6 παρουσιάζονται οι διαφορές στις τιµές της ανακλαστικότητας, για όλη τη διάρκεια της πτήσης και για όταν το αεροπλάνο πετάει σε σταθερό ύψος. Πίνακας 6 : ανακλαστικότητα για την ολική πτήση και για σταθερό ύψος Μήκος κύµατος Albedo (ολική πτήση) Albedo για τα 2750m 320nm 0,074 0,093 400nm 0,061 0,069 50
Στα διαγράµµατα 33 και 34 αντιπαραθέτουµε την ανερχόµενη και κατερχόµενη ακτινοβολία. irradiance GBO 320nm (W/m 2 ) 0,3 0,2 0,1 gbo 320nm gbp 320nm 0,0 0,0 13,0 13,5 14,0 14,5 time UTC 0,3 0,2 0,1 irradiance GBP 320nm (W/m 2 ) ιάγραµµα 33 : ακτινοβολία ανερχόµενη και κατερχόµενη στα 320nm σε σχέση µε το χρόνο. irradiance GBO 400nm (W/m 2 ) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 gbo 400nm gbp 400nm 0,0 0,0 13,0 13,5 14,0 14,5 time UTC 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 irradiance GBP 400nm (W/m 2 ) ιάγραµµα 34 : ακτινοβολία ανερχόµενη και κατερχόµενη στα 400nm σε σχέση µε το χρόνο. 51
Πτήση 19/7/2006 albedo 0,30 albedo altitude 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 time 320nm 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 altitude (m) albedo 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 albedo altitude 0,00 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 time 400nm 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 altitude ιάγραµµα 35 : ανακλαστικότητα σε σχέση µε το χρόνο και το ύψος. Σε γενικές γραµµές η πορεία της ανακλαστικότητας ακολουθεί το γενικό συµπέρασµα από τα προηγούµενα διαγράµµατα µε κάποιες µικρές διάφορες. Τα αντίστοιχα διαγράµµατα από το POLIS είναι τα επόµενα : ιάγραµµα 36 : range corrected signal Στο range corrected signal από 13,40 UTC έως 14,20 UTC, το αεροπλάνο έχει φτάσει στο µέγιστο ύψος περίπου στα 2,7km. Παρατηρούµε ένα στρώµα νέφωσης, ακριβώς από κάτω από το επίπεδο 52
του αεροπλάνου και σε ύψος 2km-2,5km. Σαν συνέπεια σε αυτή τη περιοχή η ανακλαστικότητα µειώνεται εξαιτίας της εξασθένισης της ανερχόµενης ακτινοβολίας,, το οποίο είναι εµφανές στα διαγράµµατα 39 και 40. ιάγραµµα 37 : range corrected signal Στο συγκεκριµένο τµήµα της πτήσης το αεροπλάνο πετάει κάτω από τα 2 km, µε αποτέλεσµα τα προηγούµενα στρώµατα νέφωσης να µην είναι ευδιάκριτα. Στο διάγραµµα 38 παρατηρούµε την συµπεριφορά της ανακλαστικότητας για τα δυο µήκη κύµατος και είναι εµφανής οι µεγαλύτερες τιµές αυτής για τα 320nm. albedo 0,35 320nm 400nm 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 time 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 albedo ιάγραµµα 38: ανακλαστικότητα για τα µ.κ. 320nm και 400nm σε σχέση µε το χρόνο 53
Στο πίνακα 7 καταγράφονται οι τιµές της ανακλαστικότητας για όλη τη διάρκεια της πτήσης καθώς και για το χρονικό διάστηµα που το αεροπλάνο πετάει σε σταθερά ύψη. Πίνακας 7 : ανακλαστικότητα για την ολική πτήση και για σταθερό ύψος Μήκος κύµατος Albedo (ολική πτήση) Albedo στα 2750m Albedo στα 1930m Albedo στα 1300m 320nm 0,131 0,160 0,131 0,102 400nm 0,115 0,130 0,122 0,108 Στα διαγράµµατα 39 και 40 αντιπαραθέτουµε την ανερχόµενη και κατερχόµενη ακτινοβολία. irradiance GBO 320nm (W/m 2 ) 0,3 0,2 0,1 gbo 320nm gbp 320nm 0,0 13 14 15 time UTC 0,3 0,2 0,1 0,0 irradiance GBP 320nm (W/m 2 ) ιάγραµµα 39 : ακτινοβολία ανερχόµενη και κατερχόµενη στα 320nm σε σχέση µε το χρόνο. 54
irradiance GBO 400nm (W/m 2 ) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 gbo 400nm gbp 400nm 0,0 13 14 15 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 irradiance GBP 400nm (W/m 2 ) time UTC ιάγραµµα 40 : ακτινοβολία ανερχόµενη και κατερχόµενη στα 400nm σε σχέση µε το χρόνο Πτήση 20/7/2006 albedo 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 albedo altitude 320nm 0,00 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 altitude (m) albedo 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 albedo altitude 400nm 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 altitude (m) time time ιάγραµµα 41 : ανακλαστικότητα σε σχέση µε το χρόνο και το ύψος Τα αντίστοιχα διαγράµµατα από το POLIS είναι τα επόµενα 55
ιάγραµµα 42: range corrected signal Στο διάγραµµα 42 παρουσιάζεται η περίοδος (7,40 UTC 8,10 UTC) της πτήσης όπου το αεροπλάνο πετάει στο µέγιστο ύψος των 2,8km. Ένα έντονο στρώµα από ατµοσφαιρικά αιωρήµατα είναι ορατό περίπου στο ύψος των 2km. ιάγραµµα 43: range corrected signal Σε αυτό το τµήµα της πτήσης, το αεροπλάνο πετάει κάτω από το επίπεδο του στρώµατος των ατµοσφαιρικών αιωρηµάτων, µε αποτέλεσµα η κατερχόµενη ακτινοβολία να είναι ελαττωµένη (όπως βλέπουµε και στα διαγράµµατα των ακτινοβολιών), άρα η ανακλαστικότητα αυξάνει. Στο διάγραµµα 44 παρατηρούµε την συµπεριφορά της ανακλαστικότητας για τα δυο µήκη κύµατος. Με την ανακλαστικότητα στα 400nm να παίρνει µικρότερες τιµές. 56