Tiểu luận Ứng dụng của Lidar trong việc đo các Sol khí trong khí quyển trái đất

1TIỂU LUẬN : Trường ĐH KHTN TPHCM Bộ môn VẬT LÍ ỨNG DỤNG Chuyên ngành QUANG HỌC HVTH : Nguyễn Thị Hà Trang 2NỘI DUNG 1 – Giới thiệu về LiDAR 2 – Ứng dụng của LiDAR trong việc đo sol khí 2.1 – Sol khí là gì ? 2.2 – Phương pháp đo 2.3 – Kết quả 31 – Giới thiệu về LiDAR  LiDAR ( Light Detection And Ranging) là thuật ngữ chỉ một công nghệ viễn thám mới, chủ động, sử dụng các loại tia laser để khảo sát đối tượng từ xa.  LASER + Hệ thống thu nhận dữ liệu = LiDAR Khối phát Khối thu Ánh sáng bị phản xạ hoặc tán xạ ngược 41.1 - Laser  LiDARs khai thác các tính chất cơ bản của ánh sáng laser để thực hiện những phát hiện chính xác.  Tính chất cơ bản của laser o Độ đơn sắc cao o Độ định hướng cao  có thể chiếu đi rất xa. o Độ chói (mật độ phổ) rất cao (độ tập trung tia sáng rất cao) o Ánh sáng phân cực 1 – Giới thiệu về LiDAR 51.1 - Laser 1 – Giới thiệu về LiDAR 61.2 – Sự tán xạ ánh sáng  Tán xạ Rayleigh  Tán xạ Mie  Tán xạ Raman  Sự huỳnh quang 1 – Giới thiệu về LiDAR  Mie tán xạ LIDAR: đo các sol khí ở tầng đối lưu.  Rayleigh tán xạ LIDAR : đo mật độ và nhiệt độ của không khí ở tầng trung lưu.  Raman tán xạ LIDAR : đo những thành phần thiểu số như hơi nước, N2,O3, đo nhiệt độ không khí.  Huỳnh quang LIDAR: nhận biết và đo mật độ khí ở tần trung lưu.  Differential absorption LIDAR (DiAL) : nhận biết và đo mật độ phân tử khí  Doppler LIDAR : đo hướng gió và tốc độ gió Các phương pháp đo của LIDAR: 81 – Giới thiệu về LiDAR 1.3 - Một số ứng dụng của LiDAR : o Trong lâm nghiệp o Lập bản đồ ngập úng o Lập bản đồ địa hình đáy biển o Lập bản đồ giao thông o Đo khoảng cách, tốc độ xe o Trong môi trường : đo đạc các thông số của khí quyển Trái Đất o 92 - Ứng dụng của Lidar trong việc đo sol khí trong khí quyển Trái Đất  Các thông số khí quyển có thể đo được với kỹ thuật LiDAR: o nhiệt độ o áp suất o mật độ độ ẩm (hơi nước tập trung) o tốc đô gió o nồng độ các khí trong khí quyển (ozone, khí lưu huỳnh, khí mê-tan, ...) o nồng độ các chất ô nhiễm (nồng độ bụi, nguyên tử kim loại..) : sol khí (aerosol) 10 2 - Ứng dụng của Lidar trong việc đo sol khí trong khí quyển Trái Đất 2.1 – Sol khí là gì ? - Sol khí là các phần tử nhỏ lơ lửng trong khí quyển. - Kích thước của sol khí : - Tác hại của sol khí :  Làm thay đổi khí hậu.  Gây ra những căn bệnh nghiêm trọng ở người, đặc biệt là bệnh liên quan đến hệ hô hấp.  Gây hại cho hệ thực vật, làm giảm năng suất mùa vụ.  Gây ra hiện tượng sương khói (smog).  11 2 - Ứng dụng của Lidar trong việc đo sol khí trong khí quyển Trái Đất  Hệ thống LiDAR cơ bản bao gồm : • Bộ phát • Bộ thu • Thiết bị điều khiển 2-2. Phương pháp đo 12 Hệ LiDAR sol khí đo đạc mật độ sol khí bằng cách phát đi xung ánh sáng và đo ánh sáng tán xạ bởi các hạt ở những khoảng cách khác nhau. Ánh sáng tán xạ từ những khoảng cách này đến máy thu với thời gian khác nhau cho phép ta xác định khoảng cách từ điểm tán xạ đến hệ LiDAR. 14 2 - Ứng dụng của Lidar trong việc đo sol khí trong khí quyển Trái Đất 2 0 , . . , .exp 2 , 2 R o O Rc P R P A R r dr R Phương trình cơ bản của LiDAR P0: công suất của laser xung được phát đi τ: độ rộng của laser xung A : diện tích mặt kính thiên văn η: hiệu suất của hệ β: hệ số tán xạ ngược , α: Hệ số suy giảm , , ,mol aerR R R , , , ,, , , , ,mol sca mol abs aer sca aer absR R R R R 2 - Ứng dụng của Lidar trong việc đo sol khí trong khí quyển Trái Đất 2.3 – Kết quả Với thiết bị đo : Laser : Big Sky Ultra CFR Nd : YAG 20Hz 1064nm – 20mJ 532nm – 12mJ 355nm – 7mJ Đường kính chùm tia : ~3mm Độ phân kỳ : 1.5mrad – 1064nm 1mrad – 532nm Kính viễn vọng : Meade ETX125 đường kính 12.7cm 17 2.3 – Kết quả Với thiết bị : Pulsed laser source : Nd: YAG Wavelength : 1064, 532 and 355 nm* Energy / pulse : 110/55/65 mJ @ 1064/532/355nm Pulse duration : 8 ns Repetition rate : 10 - 20 Hz Laser beam diameter (expanded) : 45 mm Laser beam divergence : <0.3 mrad 18 2 - Ứng dụng của Lidar trong việc đo sol khí trong khí quyển Trái Đất 2.3 – Kết quả 19