(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu xác định các thông số khí quyển từ số liệu LIDAR quan trắc xon khí

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ KHÍ QUYỂN TỪ SỐ LIỆU LIDAR QUAN TRẮC XON KHÍ CHUYÊN NGÀNH : KHÍ TƯỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC TRẦN PHÚC HƯNG HÀ NỘI, NĂM 2018 download by : skknchat@gmail.com BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ KHÍ QUYỂN TỪ SỐ LIỆU LIDAR QUAN TRẮC XON KHÍ TRẦN PHÚC HƯNG CHUYÊN NGÀNH : KHÍ TƯỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC MÃ SỐ: 60440222 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN XUÂN ANH HÀ NỘI, NĂM 2018 download by : skknchat@gmail.com CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Cán hướng dẫn chính: TS Nguyễn Xuân Anh Cán chấm phản biện 1: TS Phạm Thị Thanh Ngà Cán chấm phản biện 2: TS Thái Thị Thanh Minh Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Ngày 22 tháng năm 2018 download by : skknchat@gmail.com LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu xác định thơng số khí từ số liệu LIDAR quan trắc xon khí” hồn thành tháng năm 2018 trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Viện Vật lý Địa cầu, để hoàn thành nghiên cứu tác giả nhận nhiều giúp đỡ từ phía quan, nhà trường, gia đình bạn bè Trước hết, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới gia đình ln sát cánh động viên suốt trình nghiên cứu làm luận văn Xin gửi lời cảm ơn tới TS Nguyễn Xuân Anh truyền đạt ý tưởng khoa học, trực tiếp hướng dẫn để tác giả thực hoàn thiện luận văn Xin gửi lời cảm ơn tới Khoa Khí tượng Thủy văn, Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội tạo điều kiện học tập, nghiên cứu, truyền đạt kiến thức cần thiết trình học tập thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn tới Viện Vật lý Địa cầu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt nam tạo điều kiện thời gian công tác, học hành, cung cấp thiết bị LIDAR IGP để tác giả thực nghiên cứu luận văn Xin gửi lời cảm ơn tới chương trình AERONET dự án MPLNET quan Hàng không Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) cấp nguồn số liệu cho luận văn Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp sát cánh giúp đỡ q trình học tập, hồn thiện luận văn Trong trình làm luận văn khơng thể tránh khỏi sai sót, ý kiến đóng góp quý báu, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp để hồn thiện luận văn Xin trân trọng cảm ơn! download by : skknchat@gmail.com download by : skknchat@gmail.com LỜI CAM ĐOAN Những kết nghiên cứu trình bày luận văn hồn tồn trung thực, tơi, khơng vi phạm điều luật sở hữu trí tuệ pháp luật Việt Nam Nếu sai, tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước pháp luật TÁC GIẢ LUẬN VĂN Trần Phúc Hưng download by : skknchat@gmail.com MỤC LỤC MỤC LỤC i TÓM TẮT LUẬN VĂN iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC HÌNH VẼ ix MỞ ĐẦU CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC 1.1 LIDAR 1.1.1 Kỹ thuật LIDAR 1.1.2 Lược sử công nghệ LIDAR 1.1.3 Hệ thống LIDAR 1.1.4 Phân loại ứng dụng LIDAR 1.1.5 Phương trình LIDAR 1.1.6 Tổng quan nghiên cứu khí sử dụng cơng nghệ LIDAR 1.2 Khí thơng số khí 1.2.1 Cấu trúc khí 1.2.2 Sự tán xạ hấp thụ ánh sáng khí 1.2.3 Các thơng số khí đo đạc LIDAR 10 i download by : skknchat@gmail.com 1.2.4 Lớp biên hành tinh 12 1.3 Xon khí 13 1.3.1 Định nghĩa 13 1.3.2 Độ dày quang học xon khí 14 1.3.3 Các tác động xon khí 15 1.3.4 Quan trắc xon khí LIDAR 15 CHƯƠNG SỐ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 2.1 Số liệu 17 2.1.1 LIDAR 17 2.1.2 AERONET 23 2.1.3 Mơ hình khí tiêu chuẩn quốc tế (ISA) 25 2.1.4 Số liệu bóng thám khơng 26 2.2 Các phương pháp xác định thơng số khí 27 2.2.1 Xác định hệ số suy hao phương pháp độ dốc 27 2.2.2 Xác định hệ số tán xạ ngược, hệ số suy hao phương pháp điểm biên 28 2.2.3 Phương pháp xác định độ cao lớp biên khí 31 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Thuật tốn xác định thơng số khí từ số liệu LIDAR 34 3.1.1 Sơ đồ thuật tốn bước tính tốn 34 3.1.2 Chương trình tính 39 3.2 Xử lý số liệu phân tích đánh giá số trường hợp cụ thể 41 ii download by : skknchat@gmail.com 3.2.1 Các thơng số khí đặc trưng xon khí quan trắc thiết bị LIDAR IGP 41 3.2.2 Quan trắc mây Ci LIDAR IGP ngày 25/12/2017 48 3.2.3 Độ cao lớp biên khí từ số liệu LIDAR MPLNET bóng thám khơng 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC I Error! Bookmark not defined PHỤ LỤC II Error! Bookmark not defined iii download by : skknchat@gmail.com TÓM TẮT LUẬN VĂN Họ tên học viên: Trần Phúc Hưng Lớp: CH2B.K Khoá: II Cán hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Anh Tên đề tài: Nghiên cứu xác định thơng số khí từ số liệu LIDAR quan trắc xon khí Tóm tắt: Luận văn trình bày bước xử lý số liệu LIDAR theo phương pháp điểm biên (phương pháp Klett – Fernald) để tính tốn thơng số khí hệ số suy hao gây xon khí hệ số tán xạ ngược xon khí Các đối tượng khác khí độ cao lớp biên, độ cao lớp xon khí, phân bố xon khí khí xác định đánh giá dựa tín hiệu LIDAR xử lý thơng số khí tính tốn iv download by : skknchat@gmail.com 13 Mei, L., Guan, P., Yang, Y., et al., Atmospheric extinction coefficient retrieval and validation for the single-band Mie-scattering Scheimpflug lidar technique Opt Express, 2017 25(16): p A628-A638 14 Liu, Q., He, Q., Fang, S., et al., Vertical distribution of ambient aerosol extinctive properties during haze and haze-free periods based on the Micro-Pulse Lidar observation in Shanghai Sci Total Environ, 2017 574: p 1502-1511 15 Anh, N.X and Quan, L.N., Nghiên cứu ứng dụng LIDAR nghiên cứu mây Ci Tuyển tập cơng trình nghiên cứu Viện Vật lý địa cầu 2008 16 Anh, N.X., Nghiên cứu đánh giá thông lượng đặc trưng sol khí (aerosol) đề xuất giải pháp ứng dụng nhằm nâng cao chất lượng công tác dự báo thời tiết, ứng phó biến đổi khí hậu bảo vệ môi trường 2014 17 Thành, P.X., Anh, N.X., Trung, Đ.V., et al., Nghiên cứu thơng số khí sử dụng quan trắc vệ tinh đo đạc LIDAR đánh giá ảnh hưởng khí lên chất lượng ảnh vệ tinh”, Chương trình khoa học cơng nghệ độc lập cấp nhà nước công nghệ vũ trụ giai đoạn 2012 – 2015 2016 18 Tuan, A.D., Anh, N.X., and Hung, T.P., The Simulation of aerosol lidar developed at the Institute of Geophysics, in The International Conference on Research Development and Cooperation in Geophysics 2017, Publishing House For Science and Technology: Hanoi 19 Tuan, N.X., Trung, D.V., Binh, N.T., et al., Measurement of the Upper Tropospheric Density and Temperature Profiles in Hanoi Using a Raman Lidar Communications in Physics, 2016 24(3S2) 20 Tuan, N.X., Trung, D.V., and Binh, N.T., Measurements of the Stratospheric Density and Temperature Profiles in Hanoi by a Rayleigh Lidar.pdf Communications in Physics, 2014 24(3): p 247-256 21 Hai, B.V., Tuan, N.X., Hoang, N.D., et al., Monitoring the boundary layer over Hanoi using a compact lidar system with a high power diode laser at 905 nm, in The Third National Conference on Technical and Applied Physics 2013: Hue 22 Hai, B.V., Trung, D.V., Tuan, N.X., et al., Determination of atmospheric aerosol extinction profiles with a raman lidar system over Hanoi Advances in Optics, Spectroscopy and Applications VII 2012 58 download by : skknchat@gmail.com 23 Boubel, R.W., Fox, D.L., Turner, D.B., et al., Fundamentals of Air Pollution 3rd ed 1994: Academic Press 24 Ahrens, C.D., Essentials of Meteorology: An Invitation to the Atmosphere 6th ed 2010: Cengage Learning 25 Springer, Lidar Range-Resolved Optical Remote Sensing of the Atmosphere Springer Series in Optical Sciences, ed W.T Rhodes 2005: Springer 26 IPCC, Climate Change 2013: The Physical Science Basis Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, T.F Stocker, D Qin, G.K Plattner, M Tignor, S.K Allen, J Boschung, A Nauels, Y Xia, V Bex and P.M Midgley, Editor 2013: Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA 27 https://mplnet.gsfc.nasa.gov/ 28 https://aeronet.gsfc.nasa.gov/ 29 http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html 30 Kunz, G.J and de Leeuw, G., Inversion of lidar signals with the slope method Appl Opt, 1993 32(18): p 3249-56 31 Gamage, N and Hagelberg, C., Detection and Analysis of Microfronts and Associated Coherent Events Using Localized Transforms Journal of the Atmospheric Sciences, 1993 50(5): p 750-756 32 Heffter, J.L Transport layer depth calculations in The 2nd Joint Conference on Applications of Air Pollution Meteorology 1980 New Orleans, La, USA 33 Kovalev, V.A and Eichinger, W.E., Elastic Lidar Theory, Practice, and Analysis Methods 2004: Wiley 34 Takamura, T and Sasano, Y., Aerosol optical properties inferred from simultaneous lidar, aerosol-counter, and sunphotometer measurements Meteorological Society of Japan Journal, 1990 68(Dec 1990): p 729739 35 Mattis, I., Müller, D., Ansmann, A., et al., Ten years of multiwavelength Raman lidar observations of free-tropospheric aerosol layers over central Europe: Geometrical properties and annual cycle Journal of Geophysical Research, 2008 113(D20) 59 download by : skknchat@gmail.com download by : skknchat@gmail.com ... MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ KHÍ QUYỂN TỪ SỐ LIỆU LIDAR QUAN TRẮC XON KHÍ TRẦN PHÚC HƯNG CHUYÊN NGÀNH : KHÍ TƯỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC MÃ SỐ: 60440222 NGƯỜI HƯỚNG... nghiên cứu khác Các thơng số tính tốn từ số liệu LIDAR kể đến hệ số tán xạ ngược, hệ số suy hao xon khí, độ dày quang học khí quyển, tỉ số phân cực, hệ số hấp thụ loại hạt bụi khí Các thơng số. .. trung nghiên cứu tổng quan hệ thồng lidar, khí nghiên cứu khí sử dụng cơng nghệ lidar nước Chương Số liệu phương pháp nghiên cứu Đưa nguồn số liệu sử dụng luận văn, diễn giải phương pháp nghiên cứu