Investigation of tropospheric aerosols by multiwavelength Mie-Raman lidar

Abstract

Atmosfer aerosolleri, güneş ve karasal radyasyonun akışını soğurarak veya saçarak Dünya'nın ışınım dangesini değiştirmektedir. Bu değişiklik atmosfer ışınımsal zorlamasına yol açar. Aerosollerden güneş radyasyonunun saçılması, atmosferin soğuması eğilimi göstermektedir ve bu fenomen `aerosol doğrudan etkisi' olarak bilinmektedir. Aerosollar, bulut özelliklerini değiştirerek yağış şekillerini değiştirmekte ve bu da `aerosol dolaylı etkisi' olarak bilinmektedir. Bu yüzden aerosoller küresel soğumaya sebep olmaktadır. Ayrıca, aerosollar insan sağlığını olumsuz etkilemektedir; aerosollerin teneffüs edilmesi, vücuda kimyasalların akciğer yoluyla girmesi ve dolayısıyla akciğer kanseri, astım, erken ölüm ve kardiyovasküler sorunlar gibi komplikasyonlara neden olmaktadır. Lidar `ışıkla tespit ve mesafelendirme` kelimelerinin İngilizcesinden türetilmiş bir akronimdir ve bir lazer vericisi, bir teleskop alıcı ve çeşitli yardımcı elektronik ve optik aygıtlardan oluşmaktadır. Lidar uzaktan algılama teknolojisi yardımı ile elde edilen ışın azalımı ve geri saçılma katsayılarının analizi ile aerosollerin optik ve fiziksel özellikleri, bulutlar ve atmosferdeki su buharı hakkında önemli bilgiler hesaplanabilir hale gelmektedir.Aerosollerin incelenmesi amacı ile, bir çokdalgaboylu Mie-Raman lidarı, tasarlanmış, geliştirilmiş ve 2009 ile 2010 arasında ölçümler alınmıştır. Bu lidar ile çeşitli dalgaboylarındaki ışıklardan elde edilen ışın azalımı ve geri saçılımı, matematiksel yöntemler ile aerosol mikrofiziksel özelliklerine dönüştürülmüştür. Elde edilen bilgiler, parçacık boyut dağılımı, etkin parçacık çapı, hacim, alan ve sayı yoğunluğu, kompleks kırılma indisi, hacim ve parçacık polarizasyonu ve su buharı karışım oranı gibi özellikleri içermektedir. İzlanda'daki volkanik patlamanın kül tozları tespit edilmiş ve karakterize edilmiştir.

Atmospheric aerosols affect the Earth?s radiation balance by absorbing or scattering the fluxes of solar or terrestrial radiation. This change leads to radiative forcing of the atmosphere. Scattering of the solar radiation by aerosols tends to cool the atmosphere and this is called the `aerosol direct effect`. Aerosols modify the cloud properties effecting rainfall patterns and this is called the `aerosol indirect effect`. Thus, aerosols cause global cooling. Aerosols also have negative effect on public health; inhaling aerosols results with chemicals entering the human body and deposited into lungs causing lung cancer, asthma, premature death and cardiovascular problems. Lidar is the acronym of `light detection and ranging`, with a laser transmitter and a telescope receiver supplied with electronic and optical instruments. Aerosol optical and physical parameters and important atmospheric data about the clouds and water vapor can be calculated by analyzing aerosol extinction and backscattering coefficients which can be obtained by the remote sensing technology of lidars.For the purpose of investigating the aerosols, a Multiwavelength Mie-Raman lidar has been designed, developed and operated between 2009 and 2010. By this lidar, extinction and backscattering at multiple wavelengths were measured and converted to microphysical properties of aerosols by mathematical methods. The retrieved data contains size distribution, effective radius, volume, surface area and number density, complex refractive index, volume and particle polarization, water vapor mixing ratio. The ash plums from the Iceland volcanic eruption were detected and characterized.