Μονάδα:
Τμήμα ΦυσικήςΒιβλιοθήκη Σχολής Θετικών Επιστημών
Ημερομηνία κατάθεσης:
2025-05-29
Συγγραφέας:
Τσικουδή Ιωάννα
Στοιχεία επταμελούς επιτροπής:
Eleni Giannakaki, Assistant Professor, Department of Physics, University of Athens, Greece, Section of Environmental Physics and Meteorology (Supervisor)
Maria Tombrou, Professor, Department of Physics, University of Athens, Greece, Section of Environmental Physics and Meteorology
Vassilis Amiridis, Research Director, National Observatory of Athens
Elena Floca, Professor, Department of Physics, University of Athens, Greece, Section of Environmental Physics and Meteorology
Georgia Sotiropoulou, Assistant Professor, Department of Physics, University of Athens, Greece, Section of Environmental Physics and Meteorology
Dimitrios Balis, Professor, Faculty of Sciences, Department of Applied and Environmental Physics, Aristotle University of Thessaloniki,
Stelios Kazadzis, Senior Researcher, Physicalisch Meteorologisches Observatorium Davos, WorldRadiation Center, Switzerland
Πρωτότυπος Τίτλος:
Study of Atmospheric Boundary Layer dynamics in coastal areas, using active remote sensing methods
Γλώσσες διατριβής:
Αγγλικά
Μεταφρασμένος τίτλος:
Δυναμική του Ατμοσφαιρικού Οριακού Στρώματος σε θαλάσσιο περιβάλλον με χρήση μεθόδων ενεργής τηλεπισκόπησης
Περίληψη:
Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται τα χαρακτηριστικά του Ατμοσφαιρικού Οριακού Στρώματος (ΑΟΣ) σε θαλάσσια περιβάλλοντα με τη χρήση μεθόδων ενεργητικής τηλεπισκόπησης. Διερευνώνται τα εξής θέματα: (α) ποια είναι η πιο αξιόπιστη και βέλτιστη χρήση μεθόδων τηλεπισκόπησης για την εύρεση του ύψους του ΑΟΣ, (β) ποια είναι τα χαρακτηριστικά του ΑΟΣ στις περιοχές μελέτης και (γ) ποια είναι η επίδραση των αιωρούμενων σωματιδίων (σκόνη και θαλάσσια σωματίδια) στην ανάπτυξη του ΑΟΣ. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν μετρήσεις επίγειου και δορυφορικού συστήματος lidar, καθώς και δεδομένα ραδιοβολίσεων για την αξιολόγηση των νέων μεθόδων. Τα θαλάσσια περιβάλλοντα παρουσιάζουν ιδιαίτερα χαρακτηριστικά ως προς τον άνεμο, την ύπαρξη αιωρούμενων σωματιδίων, τη δημιουργία νεφών και κατ’επέκταση το σχηματισμό του ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος. Όταν επιπρόσθετα υπάρχουν υψηλές συγκεντρώσεις αιωρούμενων σωματιδίων διαφορετικού τύπου, όπως ερημική σκόνη, τα χαρακτηριστικά του οριακού στρώματος είναι ιδιαίτερα και ο εντοπισμός του ύψους της κορυφής του πιο δύσκολος. Για τους σκοπούς της διατριβής, συλλέχθηκαν και αναλύθηκαν δεδομένα από δύο περιοχές: Τη Φινοκαλιά Κρήτης στη Μεσόγειο, και το νησί Sao Vincente, στον Ατλαντικό Ωκεανό. Η Φινοκαλιά, βρίσκεται στα βόρεια παράλια της ανατολικής Κρήτης κι επηρεάζεται από τις Ετησίες, τους έντονους βόρειους ανέμους που οφείλονται στην αλληλεπίδραση ενός χαμηλού και ενός υψηλού βαρομετρικού συστήματος στην ανατολική Μεσόγειο που αλληλοεπιδρούν. Εκεί πραγματοποιήθηκε η πειραματική εκστρατεία «PreTECT» τον Απρίλιο του 2017. Η ιδιαίτερη τοπογραφία της Φινοκαλιάς σε συνδυασμό με το πολύπλοκο πεδίο ανέμων, σχηματίζουν ένα ενδιαφέρον πεδίο μελέτης για τη δομή του οριακού στρώματος. Το Sao Vincente στο Πράσινο Ακρωτήρι, είναι ένα μικρό νησί 227 τετραγωνικών χιλιομέτρων, που βρίσκεται στον Ατλαντικό και απέχει 920 χιλιόμετρα από την ακτή της δυτικής Αφρικής. Στην περιοχή αυτή, πραγματοποιήθηκε η πειραματική εκστρατεία «ASKOS» κατά τη διάρκεια των ετών 2021-2022, με εντατικές μετρήσεις τους μήνες Ιούνιο και Σεπτέμβριο. Το νησί επηρεάζεται από έντονη μεταφορά αφρικανικής σκόνης από την έρημο Σαχάρα, ενώ ταυτόχρονα χαρακτηρίζεται από το θαλάσσιο περιβάλλον με υψηλή υγρασία και ύπαρξη θαλάσσιων σωματιδίων στα χαμηλότερα στρώματα. Η εύρεση του ύψους του ΑΟΣ πραγματοποιήθηκε με διάφορες μεθόδους που εφαρμόστηκαν στις κατακόρυφες κατανομές του συντελεστή οπισθοσκέδασης στα 532nm και 1064nm και στο προϊόν αναλογίας μίγματος υδρατμών (water vapor mixing ratio) του συστήματος PollyXT Raman Lidar, καθώς και στις κατακόρυφες κατανομές του συντελεστή οπισθοσκέδασης στα 1500nm και στο προϊόν του ρυθμού διακύμανσης τυρβώδους κινητικής ενέργειας (Turbulence Kinetic Energy dissipation rate) του συστήματος Halo Wind Doppler Lidar, στην κατακόρυφη κατανομή του συντελεστή οπισθοσκέδασης στα 532nm του δορυφορικού συστήματος Lidar CALIOP του δορυφόρου CALIPSO και τέλος στις κατακόρυφες κατανομές της υγρασίας και θερμοκρασίας των ραδιοβολίσεων. Πιο συγκεκριμένα εξετάστηκαν: η μέθοδος μετασχηματισμού κυματιδιακής συνδιακύμανσης (wavelet covariance transform), η μέθοδος βαθμίδας (gradient method), η μέθοδος κατωφλίου (threshold method), η μέθοδος πακέτου αέρα (parcel method), και τέλος η μέθοδος Richardson. Η παραπάνω μελέτη του ΑΟΣ ανέδειξε πως και στις δύο περιοχές,τα ύψη του οριακού στρώματος ήταν χαμηλά με μικρή ημερήσια διακύμανση. Στη Φινοκαλιά Κρήτης, η διεύθυνση του ανέμου διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο για το ύψος του οριακού στρώματος: ο δυτικός άνεμος, προερχόμενος από την ξηρά, συνεισφέρει στη δημιουργία ενός χαμηλού οριακού στρώματος που φτάνει τα 600 m, ενώ ο βόρειος άνεμος, προερχόμενος από τη θάλασσα και προσήνεμος στην ψηλή και βραχώδη πλευρά του νησιού, ευνοεί τη δημιουργία ενός ψηλού οριακού στρώματος που φτάνει το 1 km. Επιπλέον πραγματοποιήθηκε στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων και τα ευρήματα από τις μετρήσεις διασταυρώθηκαν με τα αποτελέσματα του μοντέλου IFS/ECMWF. Στο Πράσινο Ακρωτήρι, η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων για το Σεπτέμβριο του 2022, ανέδειξε το ΑΟΣ της περιοχής στο ύψος των 600 m περίπου, παρουσιάζοντας καλή συμφωνία μεταξύ των αποτελεσμάτων του μοντέλου και των επίγειων μετρήσεων. Από την ερμηνεία των δεδομένων του δορυφορικού lidar πάνω από το νησί Sao Vincente αλλά και στην ευρύτερη περιοχή του Ατλαντικού, το μέσο ύψος του οριακού στρώματος προέκυψε επίσης γύρω στα700 m, όντας σε καλή συμφωνία με το μοντέλο. Για τη μελέτη του ΑΟΣ στην ευρύτερη περιοχή, αναλύθηκαν 10 έτη δεδομένων lidar CALIPSO και μοντέλου ECMWF (2012-2022), αξιοποιώντας μόνο το μήνα Σεπτέμβριο από κάθε έτος. Αξίζει να σημειωθεί πως για το ύψος του οριακού στρώματος, παρατηρήθηκαν μεγαλύτερες διαφορές μεταξύ δορυφορικού Lidar και ECMWF στη δυτική Αφρική σε σχέση με εντός του Ατλαντικού Ωκεανού. Τέλος, στη διατριβή αναλύονται λεπτομερώς περιπτώσεις μελέτης στο Πράσινο Ακρωτήρι, διερευνώντας τις διαφορετικές περιπτώσεις θερμοδυναμικής ευστάθειας, αλλά και την ύπαρξη αιωρούμενων σωματιδίων θάλασσας και σκόνης, αξιοποιώντας όλες τις διαθέσιμες μετρήσεις επίγειου και δορυφορικού lidar, ραδιοβολίσεων καθώς και αποτελεσμάτων του μοντέλου.
Κύρια θεματική κατηγορία:
Θετικές Επιστήμες
Λέξεις-κλειδιά:
Ατμοσφαιρικό Οριακό Στρώμα, ΑΟΣ, Σύστημα Lidar, αιρωρούμενα σωματίδια, ραδιοβόλιση, ενεργή τηλεπισκόπηση, θαλάσσιο ΑΟΣ, Μέθοδος WCT
Αρ. σελίδων ευρετηρίου:
2
Αρ. βιβλιογραφικών αναφορών:
229
