Τηλεπισκόπηση για μετεωρολογία ατμοσφαιρικής ρύπανσης .

Από RemoteSensing Wiki

Εικόνα 1. Υποθετική πόλη η οποία αποτελείται από χαρακτηριστικά μιας κοινής αστικής περιοχής

Εικόνα 2. Προτεινόμενο δίκτυο τύπων αισθητήρων λέιζερ οι οποίοι έλαβαν χώρα στην υποθετική πόλη

Πηγή

Συγγραφείς:D.W.Beran and F.F. Hall Jr

Σκοπός- Γενικά στοιχεία Η εφαρμογή των συστημάτων επίγειας τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση αυτών των μετεωρολογικών παραμέτρων που έχουν σημασία στην αστική ατμοσφαιρική ρύπανση είναι υπό συζήτηση. Τα τυπικά σύστηματα εκτίμησης περιλαμβάνουν ανάλυση των χαρακτηριστικών του τόπου και τη θέση του αισθητήρα. Παραδείγματα για το πως τηλεσκοπικά συστήματα θα μπορούσαν να εφαρμοστούν για την μετεωρολογία ατμοσφαιρικής ρύπανσης μελετώνται στη συνέχεια.

Αντικείμενο Η παρούσα εργασία εξετάζει τη χρήση των επίγειων συσκευών τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση των αστικών μετεωρολογικών παραμέτρων. Ωστόσο, πρέπει πρώτα να οριστεί η ευρύτερη περιοχή της ατμοσφαιρικής ρύπανσης για να καθορίσει ένα πλαίσιο εντός του οποίου πρέπει να λειτουργεί το βέλτιστο σύστημα τηλεπισκόπησης. Για οποιαδήποτε αστική περιοχή, μπορεί να εξισωθεί η ποιότητα του αέρα σε μια δεδομένη χρονική στιγμή με έναν μεγάλο αριθμό παραγόντων όπως: έδαφος, είδος της εδαφοκάλυψης, κλιματολογία, θέση και είδος των πηγών ρύπανσης, πολιτικά σύνορα, δημογραφία, τύποι των λυμάτων

Μετεωρολογία ατμοσφαιρικής ρύπανσης Οι περισσότερες τεχνικές πρόβλεψης της ρύπανσης βασίζονται και περιορίζονται από, τις διαθέσιμες παρατηρήσεις. Αυτά τα δεδομένα αποτελούνται τυπικά από δύο φορές την ημέρα εξέταση του προφίλ της θερμοκρασίας, της υγρασίας, και του άνεμου. Επιπλέον, οι ωριαίες παρατηρήσεις αυτών των επιφανειακών παραμέτρων όπως η πίεση, ο άνεμος, η θερμοκρασία, η υγρασία, η ορατότητα και η νεφοκάλυψη είναι διαθέσιμα. Ιστορικά, αυτές οι παρατηρήσεις έχουν γίνει για την υποστήριξη της αεροπορίας και είναι φυσικό να λαμβάνονται κοντά σε ένα αεροδρόμια. Ως εκ τούτου, μπορεί να είναι εντελώς αντιπροσωπευτικά της αστικής περιοχής, ίσως και αρκετά μίλια μακριά. Δυο μετεωρολογικές παραμέτροι είναι πρωταρχικής σημασίας για τον έλεγχο του επιπέδου της ρύπανσης σε μια πόλη. Για ένα δεδομένο σύνολο συνεχών ελέγχων, το επίπεδο της ρύπανσης θα εξαρτηθεί από την κατακόρυφη μεταβολή της θερμοκρασίας και την κατεύθυνση και ένταση των ανέμων χαμηλού επιπέδου (Neiburger, 1969).

Μέθοδοι τηλεπισκόπησης Είναι έγκυρο να ρωτήσω κανείς γιατί χρησιμοποιείται αυτό το είδος τηλεπισκόπησης. Το κόστος ενός συγκεκριμένου μέσου τηλεπισκόπησης μπορεί να είναι υψηλό, ειδικά όταν συγκρίνεται με μία μόνο συσκευή επί τόπιου ελέγχου. Ωστόσο, μια πιο ρεαλιστική ανάλυση θα σύγκρινε το κόστος του συνολικού αριθμού των επίγειων αισθητήρων με το κόστος ενός απομακρυσμένου αισθητήρα που θα απαιτούνταν για την επίτευξη των στόχων της μέτρησης. Θα πρέπει να επιλέγονται τα μέσα που εμφανίζονται να έχουν τα κατάλληλα χαρακτηριστικά που βασίζονται στην κατανόηση για το τι χρειάζεται για το ανάλογο πρόβλημα πρόβλεψης / παρακολούθησης.

Αισθητήρες του προφίλ θερμοκρασίας ή της στατικής ευστάθειας. Α) ραδιομετρία μικροκυμάτων: Ενα παθητικό, επίγειο ραδιόμετρο μπορεί να μετρήσει τη θερμική εκπομπή της ατμόσφαιρας με τη λειτουργία σε οποιαδήποτε ζώνη συχνοτήτων, όπου τα αέρια συστατικά είναι έντονα απορροφούμενα. Β) Μετρήσεις θερμοκρασίας Laser: Με τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης του εδάφους αν υποτεθεί ότι η υδροστατική εξίσωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προβλέψει την πίεση σε μεγαλύτερα ύψη, έχει δειχθεί ότι το ατμοσφαιρικό προφίλ θερμοκρασίας μπορεί να ληφθεί απευθείας από την οπισθοσκέδαση Raman. Γ)Ακουστική ηχώ: Μία από τις νεότερες τεχνικές τηλεπισκόπησης αφορά την ακουστική ηχώ και εξαρτάται από την διασπορά του ήχου από φυσικές θερμοκρασίες και των διακυμάνσεων του ανέμου στην ατμόσφαιρα. Δ) RASS Το RASS (North et al., 1973) είναι μια υβριδική συσκευή η οποία χρησιμοποιεί έναν ακουστικό μετατροπέα για να στείλει μια έκρηξη του ήχου προς τα πάνω στην ατμόσφαιρα και ένα ραντάρ Doppler για να παρακολουθεί τον ήχο των κυμάτων και τον προσδιορισμό της ταχύτητας διάδοσης τους.

Ανίχνευση του ανέμου Α) Ανεμολογικές μετρήσεις με λέιζερ Οι τεχνικές οπισθοσκέδασης με λέιζερ οι οποίες χρησιμοποιούν σταυρωμένους ή κωνικούς δοκούς είναι η προτεινόμενη μέθοδος μέτρησης των ανέμων (Derr και Little, 1970). Β)Ραντάρ Τα παλμικά ραντάρ Doppler έχουν αποδείξει την ικανότητά τους να μετρούν τα πεδία του ανέμου (Miller, 1972). Η μέθοδος παλμικού Doppler έχει επίσης χρησιμοποιηθεί με τεχνητούς στόχους για να παράγουν εξαιρετικές μετρήσεις του ανέμου.

Επιφανειακή διερεύνηση Α) Μέθοδος laser Λόγω των υψηλών ηλεκτρομαγνητικών συχνοτήτων και των εγγενών συνεκτικών κυματομετώπων χρησιμοποιούνται ανιχνευτές λέιζερ, υψηλής γωνιακής ανάλυσης. Β) Ραντάρ ανίχνευσης Ισχυρά ραντάρ με μεγάλες κεραίες (20 m άνοιγμα) είναι σε θέση να παρακολουθούν το βάθος του μεικτού στρώματος και να ανιχνεύουν μοτίβα συναγωγής πάνω σε σειρές 10-20 χλμ. Γ) Εγκάρσια ανίχνευση του ανέμου με λέιζερ Οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα, οι οποίες δημιουργούν ακουστική οπισθοσκέδαση, μπορούν να οδηγήσουν επίσης σε μεταβολές στον οπτικό δείκτη διάθλασης. Οι διακυμάνσεις αυτές επηρεάζουν τη διάδοση των ακτίνων λέιζερ, και είναι υπεύθυνες για την οικεία ριπή των αστεριών.

Συστήματα τηλεπισκόπησης Συνοπτικά, το βέλτιστο σύστημα για κάθε δεδομένη πόλη πρέπει να είναι το προϊόν πολλών σκέψεων. Μια ποικιλία τεχνικών είναι διαθέσιμες για την πραγματοποίηση των απαιτούμενων μετρήσεων και η επιλογή ενός συστήματος πρέπει να βασίζεται σε παράγοντες όπως: α) μοναδικές απαιτήσεις που επιβάλλονται από το έδαφος και τη δημογραφία μιας συγκεκριμένης πόλης β) διαθέσιμος χρόνος πριν τη λειτουργία του συστήματος γ) το συνολικό κόστος του συστήματος, και δ) το στάδιο ανάπτυξης των επιλεγμένων αισθητήρων. Συνάγεται λοιπόν το συμπέρασμα ότι η ενσωμάτωση των τηλεπισκοπικών συσκευών σε αστικά συστήματα παρακολούθησης έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους αισθητήρες που προς το παρόν χρησιμοποιούνται σε ένα σημείο. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην υποβοήθηση της πρόβλεψης, ελέγχου και παρακολούθησης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στις πόλεις.