Nghiên cứu phân bố khí ozone trong khí quyển tầng thấp với phương pháp lidar hấp thụ ví sai

• Trường học: Viện Vật lý - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
• Chuyên ngành: Kỹ thuật LIDAR
• Đề tài: Nghiên Cứu Phân Bố Khí Ozone Trong Khí Quyển Tầng Thấp Bằng Phương Pháp Lidar
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
• DANH MỤC KÝ HIỆU
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• 1. MỞ ĐẦU
• 2. CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ LIDAR HẤP THỤ VI SAI ĐO PHÂN BỐ OZONE TRONG KHÍ QUYỂN TẦNG THẤP
• 1.1. Thiết kế hệ LIDAR hấp thụ vi sai đo phân bố ozone
• 1.1.1. Sơ đồ khối hệ LIDAR hấp thụ vi sai
• 1.1.2. Khối phát quang học
• 1.1.3. Khối thu quang học
• 1.1.4. Khối thu quang điện tử
• 1.1.5. Phần mềm xử lý, tính toán
• 1.2. Lựa chọn cặp bước sóng phát
• 1.3. Mô phỏng tín hiệu LIDAR hấp thụ vi sai đo phân bố ozone
• 1.4. Kết quả mô phỏng và thảo luận
• 3. CHƯƠNG 2: PHÁT TRIỂN MỘT HỆ LIDAR HẤP THỤ VI SAI ĐỂ ĐO ĐẠC PHÂN BỐ OZONE TRONG KHÍ QUYỂN TẦNG THẤP
• 2.1. Cấu hình hệ LIDAR hấp thụ vi sai đo ozone
• 2.2. Xây dựng hệ laser màu phản hồi phân bố
• 2.2.1. Bộ dao động phát
• 2.2.2. Hệ quang học bơm
• 2.2.3. Bộ khuếch đại quang
• 2.2.4. Môi trường hoạt chất
• 2.2.5. Bơm luân chuyển chất màu
• 2.3. Xây dựng bộ phát hệ LIDAR hấp thụ vi sai và đo đạc đánh giá
• 2.4. Chế tạo hệ telescope tử ngoại và khối quang học thu
• 2.4.1. Chế tạo telescope
• 2.4.2. Chế tạo hệ mài phôi kính quang học
• 2.4.3. Khối quang học thu
• 2.5. Phát triển khối điện tử thu
• 2.6. Xây dựng phần mềm thu ghi, xử lý tín hiệu
• 2.7. Đo đạc đánh giá hệ LIDAR hấp thụ vi sai
• 4. CHƯƠNG 3: ĐO ĐẠC THỬ NGHIỆM PHÂN BỐ OZONE TRONG LỚP KHÍ QUYỂN TẦNG THẤP
• 3.1. Xử lý số liệu
• 3.2. Tính toán phân bố nồng độ ozone theo độ cao
• 3.3. Kết quả đo đạc phân bố nồng độ ozone theo độ cao
• 3.4. Phân tích sai số, đánh giá kết quả đo đạc
• 5. KẾT LUẬN CHUNG
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về khí ozone trong khí quyển tầng thấp

Khí ozone (khí ozone) là một thành phần quan trọng trong khí quyển, đặc biệt là ở tầng thấp (tầng thấp). Ozone được hình thành chủ yếu từ các phản ứng quang hóa giữa các chất ô nhiễm như oxit nitơ và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi dưới tác động của ánh sáng mặt trời. Sự phân bố của ozone trong khí quyển có ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người và môi trường. Nồng độ ozone cao có thể gây ra các vấn đề về hô hấp và làm giảm chất lượng không khí. Theo nghiên cứu, nồng độ ozone trong tầng đối lưu có thể tăng lên đáng kể trong những ngày nắng nóng, dẫn đến hiện tượng ô nhiễm không khí. Do đó, việc theo dõi và đo đạc nồng độ ozone là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường.

1.1 Nguồn gốc và phân bố của ozone

Ozone trong khí quyển được hình thành từ các phản ứng hóa học phức tạp. Nguồn gốc chính của ozone là từ các khí thải công nghiệp và giao thông. Ozone có thể được tìm thấy ở cả tầng đối lưu và tầng bình lưu, nhưng nồng độ cao hơn thường xuất hiện ở tầng bình lưu. Sự phân bố của ozone không đồng đều và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời tiết, địa hình và hoạt động con người. Việc hiểu rõ về nguồn gốc và phân bố của ozone giúp các nhà nghiên cứu đưa ra các biện pháp kiểm soát ô nhiễm không khí hiệu quả hơn.

II. Phương pháp đo đạc ozone trong khí quyển

Phương pháp đo đạc ozone trong khí quyển hiện nay rất đa dạng, trong đó phương pháp LIDAR (phương pháp lidar) được coi là một trong những kỹ thuật tiên tiến nhất. LIDAR sử dụng bức xạ laser để đo đạc nồng độ ozone theo chiều cao. Kỹ thuật này cho phép thu thập dữ liệu với độ chính xác cao và thời gian thực. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng LIDAR có khả năng phát hiện nồng độ ozone trong các điều kiện thời tiết khác nhau, từ đó cung cấp thông tin quan trọng về sự biến đổi của ozone trong khí quyển. Việc áp dụng LIDAR trong nghiên cứu phân bố ozone giúp cải thiện khả năng theo dõi và dự đoán ô nhiễm không khí.

2.1 Nguyên lý hoạt động của phương pháp LIDAR

Nguyên lý hoạt động của LIDAR dựa trên việc phát ra các xung laser và đo lường thời gian phản hồi của ánh sáng bị tán xạ từ các phân tử ozone trong khí quyển. Kỹ thuật LIDAR hấp thụ vi sai (DIAL) cho phép phân biệt giữa các bước sóng khác nhau, từ đó xác định nồng độ ozone một cách chính xác. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng DIAL có thể đo đạc nồng độ ozone đến độ cao 30 km với độ phân giải không gian cao. Điều này giúp các nhà khoa học có cái nhìn sâu sắc hơn về sự phân bố và biến đổi của ozone trong khí quyển.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả từ các nghiên cứu sử dụng phương pháp LIDAR cho thấy sự biến đổi nồng độ ozone theo thời gian và không gian. Các số liệu thu thập được cho thấy nồng độ ozone có xu hướng tăng trong những ngày nắng nóng, đặc biệt là ở các khu vực đô thị. Điều này cho thấy mối liên hệ giữa hoạt động con người và sự gia tăng nồng độ ozone trong khí quyển. Việc phân tích dữ liệu LIDAR cũng giúp xác định các khu vực có nguy cơ ô nhiễm cao, từ đó đưa ra các biện pháp can thiệp kịp thời. Kết quả này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong việc quản lý chất lượng không khí.

3.1 Đánh giá độ chính xác của phương pháp LIDAR

Độ chính xác của phương pháp LIDAR trong việc đo đạc nồng độ ozone đã được kiểm chứng qua nhiều nghiên cứu. Các sai số trong phép đo chủ yếu đến từ các yếu tố như tán xạ ánh sáng và nhiễu nền. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ và các thuật toán xử lý tín hiệu, độ chính xác của LIDAR đã được cải thiện đáng kể. Việc sử dụng LIDAR không chỉ giúp theo dõi nồng độ ozone mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho các nghiên cứu về biến đổi khí hậu và ô nhiễm không khí.