CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
4.1 Xử lý số liệu
Để cải thiện hơn độ chính xác của phép đo trước khi tính tốn phân bố ozone, các dữ liệu thu được trong các tập tin dạng *.txt sẽ được hiệu chuẩn theo thời gian, hiệu chỉnh nền và lấy trung bình. Việc xử lý số liệu được thực hiện theo các bước sau:
Hiệu chuẩn tín hiệu LIDAR theo thời gian: dịch chuyển mức trigger của tín hiệu về mốc 0 thời gian.
Hiệu chỉnh về cường độ: làm trơn (smooth) và trừ tín hiệu nền. Tín hiệu nền được lấy trung bình từ 1 s sau của các tín hiệu LIDAR khi lúc này được xem là khơng có tín hiệu tán xạ ngược.
Lọc tín hiệu để tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu. Số liệu cuối cùng được tổng hợp từ các phép đo ứng với 6000 xung laser trong thời gian đo 10 phút liên tục.
4.2 Tính tốn phân bố nồng độ ozone theo độ cao
Nồng độ phân bố ozone 𝑁 𝑅 giữa độ cao R và R+R được tính theo biểu thức (1.34), và là tổng của ba số hạng:
Ns(R) : số hạng tín hiệu đo (s – signal)
Nb(R) : số hạng hiệu chỉnh tán xạ ngược vi sai (b – backscattering)
Ne(R) : số hạng hiệu chỉnh suy hao vi sai (e – extinction)
Trong các số hạng trên, chỉ có Ns(R) được tính trực tiếp từ số liệu đo, các số
hạng hiệu chỉnh Nb(R) và Ne(R) được tính theo các biểu thức (1.41) và (1.42) tương
mật độ phân bố ozone 𝑁 𝑅 được xác định bằng phương pháp lặp được trình bày trong Mục 1.3.6
Trong tính tốn phân bố mật độ ozone từ kết quả đo LIDAR hấp thụ vi sai, tỷ số LIDAR S được xác định là 30 sr-1 căn cứ theo các nghiên cứu về son khí tại Hà Nội [81], nghiên cứu về son khí trong mơi trường đơ thị và có ơ nhiễm [63,76]. Giá trị số mũ Angstrom thường biểu thị cho kích thước hạt son khí. Giá trị >2 tương ứng với kích thước son khí là khói bụi cơng nghiệp loại nhỏ, các giá trị <1 tương ứng với son khí có nguồn gốc đại dương và có kích thước lớn. Các cơng trình nghiên cứu về đo đạc số mũ Angstrom của son khí tầng đối lưu đều cơng bố giá trị của nó xung quanh bước sóng 300 nm thay đổi từ 0 đến 2 [82,83]. Áp dụng cho trường hợp cặp bước sóng LIDAR hấp thụ vi sai trong vùng tử ngoại, được xem xét với tương đối nhỏ và bằng 0,5 cho son khí đơ thị [39].
Các bước tính tốn phân bố mật độ ozone có thể tóm tắt như sau: Bước 1: tính phân bố mật độ ozone lần thứ nhất theo biểu thức (1.35).
Bước 2: với giá trị phân bố mật độ ozone lần thứ nhất, tính hệ số tán xạ ngược son khí 𝛽 𝜆 , 𝑅 cho bước sóng off theo biểu thức (1.46) và lặp lại (vòng lặp son khí) với giá trị hệ số suy hao son khí 𝛼 𝜆 , 𝑅 theo biểu thức (1.48) để
nhận được giá trị 𝛽 𝜆 , 𝑅 thỏa mãn điều kiện 𝜉 0,01.
Bước 3: tính các số hiệu chỉnh Nb(R) và Ne(R) theo biểu thức (1.41) và (1.42),
từ đó suy ra phân bố mật độ ozone lần thứ hai theo biểu thức (1.34).
Bước 4: với giá trị phân bố mật độ ozone lần thứ hai, quay trở lại bước 2. Vòng lặp ozone này kết thúc khi thỏa mãn điều kiện 𝜉 0,001.
Chương trình tính phân bố ozone được viết trên nền Matlab có giản đồ thuật tốn trình bày trong Hình 4.1. Các dữ liệu đầu vào chính của chương trình là: số liệu đo cường độ tín hiệu LIDAR Pon(R) và Poff(R) ở hai bước sóng on và off , tiết diện hấp thụ vi sai của ozone Δ𝜎 , tỷ số LIDAR : S, số mũ Angstrom , mật độ phân tử khí quyển (lấy theo số liệu khí tượng), tần số lấy mẫu fSample và số điểm lấy trung bình giá trị đo (bin). Thơng thường, các vịng lặp son khí và vịng lặp ozone dừng lại sau 2 vịng lặp. Chương trình cho kết quả đầu ra là cường độ tín hiệu LIDAR hiệu
chỉnh theo độ cao P(R)*R2, độ phân giải không gian, phân bố mật độ ozone theo độ cao và mật độ ozone trung bình trên khoảng độ cao đo đạc.
4.3 Kết quả đo đạc phân bố nồng độ ozone theo độ cao
Hệ LIDAR hấp thụ vi sai tán xạ đàn hồi, dùng nguồn phát là 2 laser màu phản hồi phân bố, đã được triển khai đo đạc thử nghiệm phân bố ozone vào các đêm trời trong, ít mây. Phần mềm Matlab được sử dụng để xử lý số liệu, hiệu chỉnh tín hiệu LIDAR theo độ cao, tính tốn mật độ phân bố ozone theo độ cao khí quyển. Hình 4.2 trình bày kết quả phân bố mật độ ozone liên tục vào tháng 01/2017, từ khoảng 1,2 km đến độ cao trên 4 km, với độ phân giải không gian 480 m và thời gian đếm tích hợp 10 phút. Các tín hiệu LIDAR ở dưới độ cao 1,2 km được loại ra do ảnh hưởng bởi hàm chồng chập giữa chùm laser phát và trường nhìn của telescope bộ thu.
Hình 4.2. Phân bố mật độ ozone đo đạc vào tháng 01/2017 tại Hà Nội.
Từ mật độ ozone trung bình được trình bày trong Hình 4.2, chúng ta có thể nhận thấy nồng độ ozone tại Hà Nội từ độ cao khoảng 1200 m tới 4000 m biến động giảm trung bình từ 2.1012 đến 5.1011 phân tử/cm3, tương đương từ 80 đến 20 ppbv. Xu hướng giảm này phù hợp với phân bố ozone đặc trưng trong tầng đối lưu. Do khơng có các số liệu đo phân bố ozone bằng bóng thám khơng vào cùng thời điểm đo đạc nên Hình 4.2 sử dụng phân bố ozone tại Hà Nội, đo bằng đầu dị ozone đặt
trên bóng thám khơng, độ phân giải 1 km, được công bố tại hội nghị về khí tượng ở Hàn Quốc năm 2007 [4] để minh họa xu hướng giảm và so sánh, đánh giá sự tương đương về bậc của số liệu đo phân bố mật độ ozone.