CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.3 Nguyên lý đo đạc phân bố ozone trong khí quyển tầng thấp dùng kỹ
1.3.4 Lựa chọn bước sóng cho LIDAR hấp thụ vi sai đo ozone
Để đo đạc phân bố ozone khí quyển theo phương thẳng đứng, kỹ thuật DIAL được sử dụng. Kỹ thuật này đòi hỏi sự phát đồng thời hai chùm tia laser có đặc trưng bởi tiết diện hấp thụ ozone khác nhau. Sự lựa chọn hai bước sóng trước hết phụ thuộc vào độ cao của phép đo.
Ozone có các băng hấp thụ chính là Hartley, Huggin, Chappuis và Wulf (xem Hình 1.7). Do các băng hấp thụ Chappuis và Wulf có tiết diện hấp thụ tương đối thấp nên các hệ DIAL thường chọn các bước sóng trong dải Hartley và Huggin. Bước sóng on được lựa chọn trong vùng hấp thụ mạnh của ozone, bước sóng off được lựa chọn trong vùng không hấp thụ hoặc hấp thụ yếu hơn. Sự chọn lựa bước sóng là việc quan trọng khi xây dựng một hệ LIDAR hấp thụ vi sai. Để quan trắc phân bố ozone trong tầng ozone, thuộc miền dưới của tầng bình lưu, cặp bước sóng được lựa chọn thuộc miền bước sóng lớn hơn 300 nm, tương ứng với vùng ozone có tiết diện hấp thụ thấp. Miền dưới của tầng bình lưu (độ cao khoảng từ 15 km đến 35 km) được xem là khí quyển tầng cao, nơi đây có mật độ ozone cao hơn nhiều tầng đối lưu và mật độ khí quyển giảm làm giảm các thành phần gây ra ánh sáng tán xạ ngược. Do vậy, để đạt đến độ cao này, các bức xạ laser phải có cường độ mạnh, khơng bị ozone trong lớp khí quyển tầng thấp hấp thụ hết, đủ để phát hiện nồng độ ozone cao trong tầng bình lưu và tín hiệu tán xạ ngược không quá nhỏ. Ngược lại, tầng đối lưu có mật độ ozone nhỏ nên bước sóng laser phải nằm trong vùng ozone hấp thụ mạnh để tăng độ nhạy phát hiện, tức là cặp bước sóng lựa chọn cho hệ LIDAR hấp thụ vi sai phải nằm sâu hơn trong miền tử ngoại (băng Hartley), giữa khoảng 266 nm và 320 nm.
Hình 1.22. Tiết diện hấp thụ tử ngoại của SO2 và ozone [3]
Trong miền phổ này có khí nhiễu là SO2. Hình 1.22 cho thấy tiết diện hấp thụ của SO2 khá lớn trong miền phổ từ 277 nm đến 300 nm. Do đó, SO2 có thể gây sai số, nhất là khi có ô nhiễm khói bụi gây ra nồng độ SO2 cao. 13 cặp bước sóng, với giữa 0,9 và 8,7 nm đã được lựa chọn để tiết diện hấp thụ vi sai của SO2 bằng không với sai số dưới 3% cho mỗi cặp [3]. Nếu chúng ta có thể sử dụng 1 trong các cặp bước sóng này (Bảng 1.3), phép đo ozone bằng kỹ thuật LIDAR hấp thụ vi sai sẽ tránh được sự hiện diện của SO2 trong số hạng hiệu chỉnh ở biểu thức (1.29). Bảng 1.3 liệt kê các cặp bước sóng theo thứ tự giảm dần của tiết diện hấp thụ vi sai.
Chúng ta cũng nhận thấy các số hạng hiệu chỉnh D, E và F trong biểu thức (1.26) đều có chứa 1/, do đó cặp bước sóng nên được lựa chọn sao cho tỷ số giá trị / là lớn nhất có thể. Sự lớn một cách tương đối của giá trị / sẽ làm giảm suy hao gây bởi son khí cần phải hiệu chỉnh [3].
Như vậy, để lựa chọn cặp bước sóng tối ưu cho hệ LIDAR hấp thụ vi sai đo ozone, chúng ta cần cân nhắc và xem xét:
1. Tiết diện hấp thụ ở bước sóng on để đáp ứng độ cao quan trắc mong muốn
2. Lựa chọn on và off sao cho đủ lớn để không ảnh hưởng đến độ phân giải không gian (biểu thức 1.25)
3. / nên được lựa chọn lớn nhất có thể
Bảng 1.3. Các cặp bước sóng thường dùng cho đo đạc LIDAR hấp thụ vi sai
loại bỏ ảnh hưởng của SO2 [3]
Cặp bước sóng Tiết diện hấp thụ ozone Cặp on (nm) off (nm) on-off (nm) (on) 10-23 m2 (on)-(off) 10-23 m2 A 280,9 289,6 8,7 35,4 20,8 B 277,6 284,1 6,5 46,4 20,6 C 280,9 288,3 7,4 35,4 18,3 D 277,6 282,7 5,1 46,4 16,7 E 278,6 282,9 4,3 42,3 12,6 F 284,1 289,6 5,5 25,8 11,2 G 277,6 280,9 3,3 46,4 11,0 H 282,9 286,4 3,5 29,7 8,9 I 286,4 289,6 3,2 20,8 6,2 J 280,9 282,7 1,8 35,4 5,7 K 282,7 284,1 1,4 29,7 3.9 L 286,4 288,3 1,9 20,8 3,7 M 278,6 279,5 0,9 42,3 2,1