Χρήση τηλεπισκόπησης για τη διερεύνηση των δομών οριακού στρώματος που σχετίζονται με την ατμοσφαιρική ρύπανση στις πόλεις
Από RemoteSensing Wiki
Συγγραφείς:Stefan Emeis · Klaus Schäfer
Σκοπός- γενικά στοιχεία
Η τηλεπισκόπηση με οπτικές (Ceilometer) και ακουστικές μεθόδους (SODAR) επιτρέπει την παρακολούθηση της ημερήσιας μεταβολής της δομής του ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος με υψηλή χρονική ανάλυση. Κατά κύριο λόγο η συναγωγή του οριακού στρώματος, το νυκτερινό σταθερό επιφανειακό στρώμα, και το απομένον στρώμα μπορούν να αναγνωριστούν από το μετρούμενο κατακόρυφο προφίλ της συγκέντρωσης των αεροζόλ και τις θερμικές διακυμάνσεις. Η ικανότητα των δύο τεχνικών τηλεπισκόπησης φαίνεται σε διαφορετικά παραδείγματα από δύο διαφορετικές τοποθεσίες και δύο εποχές.
Εισαγωγή
Η θερμική δομή του ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος και το ύψος του στρώματος ανάμιξης (MLH) είναι απαραίτητες ποσότητες κατά την εκτίμηση της ποιότητας του αέρα και την κάθετη διασπορά των ατμοσφαιρικών ρύπων, επειδή καθορίζουν και περιορίζουν το ρυθμό και το εύρος της κατακόρυφης διασποράς πτητικών ουσιών οι οποίες σχηματίζονται ή εκπέμπονται κοντά στο έδαφος.
Ο σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να αξιολογήσει τις ταυτόχρονες μετρήσεις με οπτικές και ακουστικές μεθόδους στην πόλη της Βουδαπέστης (Ουγγαρία) και γύρω από την πόλη του Μονάχου (Γερμανία) προκειμένου να αναλύσει τη δομή και την ημερήσια μεταβολή του οριακού στρώματος, και να αποδείξει την αξία της ταυτόχρονης μέτρησης και με τις δυο μεθόδους.
Παρατηρήσεις
Α. Οπτικές To όργανο μέτρησης (μονού φακού LD40) λειτούργησε στο κέντρο της πόλης της Βουδαπέστης, τον Ιούλιο του 2003 και στο Frankendorf κοντά στο Μόναχο το Μάιο, στο τέλος του Νοεμβρίου και τον Δεκέμβριο του 2003 για τη μέτρηση της οπτικής έντασης οπισθοσκέδασης σε 0.9μm και κατά μέσο όρο πάνω από 15 δευτερόλεπτα. Εκτός από την πολύ ισχυρή οπισθοσκέδαση από τα σύννεφα και την ομίχλη, η ασθενέστερη κλίση στην ένταση οπισθοσκέδασης καθορίζεται κυρίως από τον αριθμό και το φάσμα του μεγέθους των σωματιδιακών αερολυμάτων που αιωρούνται στον αέρα.
Β. Ακουστικές Το όργανο το οποίο χρησιμοποιείται ( METEK DSD3×7 ) έχει βελτιστοποιηθεί για την ανίχνευση μεγάλης εμβέλειας μέχρι 1300μ πάνω από το έδαφος σε ιδανικές συνθήκες, χωρίς εξωτερικές πηγές θορύβου. Η ένταση της ακουστικής οπισθοσκέδασης καθορίζεται κυρίως από τις ταραχώδεις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και την ισχυρή μέση κλίση της θερμοκρασίας, όπως είναι οι αναστροφές.
Αποτελέσματα Δύο διαφορετικές μετεωρολογικές συνθήκες έχουν επιλεγεί για συζήτηση. Η πρώτη περιλαμβάνει ημέρες (σχεδόν) χωρίς σύννεφα του καλοκαιριού με χαμηλές ταχύτητες ανέμου στη Βουδαπέστη και η δεύτερη ένα χειμερινό επεισόδιο βόρεια των Άλπεων στην περιοχή του Μονάχου. Και για τις δύο περιπτώσεις θα συγκρίνουμε τα τρία διαφορετικά σύνολα πληροφοριών που προέρχονται από τις ταυτόχρονες μετρήσεις με τις δύο μεθόδους: το ύψος του τυρβώδους στρώματος Η1, το ύψος μιας επιφάνειας βάσης Η2, και το ύψος της επιφάνειας που εντοπίζονται τα αεροζόλ H3. Τα παραδείγματα λοιπόν που παρουσιάζονται δείχνουν ότι η συνδυασμένη εφαρμογή των οπτικών και ακουστικών τεχνικών τηλεπισκόπησης είναι ικανή να παρακολουθεί την ημερήσια διακύμανση της κάθετης δομής του ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος μέχρι περίπου τα 3000 m. Οι Δυο τεχνικές είναι αλληλεξαρτώμενες καθώς καμία από τις δύο τεχνικές δεν είναι σε θέση να ανιχνεύσει την κατακόρυφη έκταση του υπολειμματικού στρώματος επειδή η οπτική βλέπει μόνο το άνω όριο αυτού του στρώματος, ενώ η ακουστική ανιχνεύει το κάτω όριο.
Συμπεράσματα
Οι πληροφορίες σχετικά με την ημερήσια διακύμανση του ύψους του στρώματος ανάμειξης που έχουν αποκτηθεί από τις δυο παραπάνω τεχνικές παρέχουν τη δυνατότητα εκτίμησης της κατάστασης της ποιότητας του αέρα στις πόλεις και όχι μόνο. Η οπτική μέθοδος μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί σε αστικές περιοχές, επειδή δεν έχει αρνητικές επιπτώσεις στο περιβάλλον του. Η πρόσθετη χρήση ενός SODAR είναι πιο δύσκολη, επειδή απαιτείται μια ελάχιστη απόσταση αρκετών εκατοντάδων μέτρων σε οικιακές και επιχειρηματικές περιοχές. Η σύγκριση αυτή δίνει τη διορατικότητα στην ειδική αλληλεπίδραση των εκπομπών και της διασποράς, απαραίτητη προϋπόθεση για την ανάπτυξη στρατηγικών μείωσης των εκπομπών. Ακόμη όμως, λείπουν πληροφορίες που θα είναι πολύτιμες για την έρευνα του οριακού στρώματος, οι οποίες δεν μπορούν να παρέχονται από ακουστικές και οπτικές τεχνικές τηλεπισκόπησης. Τέτοιες είναι η ανίχνευση των κάθετων προφίλ θερμοκρασίας στο οριακό στρώμα.
