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Dott.ssa Antonella Boselli Laboratorio di Fisica Laurea Magistrale Esperienza di Laboratorio di Fisica Atomica ed Applicazioni Laser Laboratorio di Fisica Atomica ed Applicazioni Laser I fasci laser possono essere utilizzati per studiare la composizione e lo stato fisico dell’atmosfera. In che modo? Utilizzando i processi di assorbimento, emissione o diffusione della radiazione elettromagnetica da parte della materia per studiare qualitativamente e/o quantitativamente la materia o per studiare i processi fisici. Tecnica LIDAR di Remote Sensing Tecnica efficace e ben nota Misura non invasiva di diversi parametri e della distanza del bersaglio Osservazioni in tempo reale con elevata risoluzione spaziale e temporale Particolato atmosferico Climatologia Qualità dell’aria Fisica delle nubi Chimica e Fisica dell’atmosfera AEROSOL: sospensione di materiale solido o liquido, con bassa velocità di sedimentazione, in un mezzo gassoso, nel nostro caso l’aria. A causa delle loro piccole dimensioni, gli aerosol restano sospesi in atmosfera per tempi più o meno lunghi. AEROSOL: Rivestono un ruolo estremamente importante nell’atmosfera, specialmente in termini di controllo del bilancio radiativo terrestre Influenzano il clima : Direttamente attraverso la riflessione e l’assorbimento della radiazione solare ed infrarossa nell’atmosfera. Indirettamente in quanto possono alterare le caratteristiche delle nubi, in quanto fungono da nuclei di condensazione. La tecnica LIDAR per lo studio degli AEROSOL Per studiare i meccanismi che governano la formazione degli aerosol, il loro trasporto, la sedimentazione e in generale la loro influenza nei processi atmosferici. Misure regolari su tempi lunghi consentono di caratterizzare gli aerosol tipicamente presenti su un sito di misura e di valutare la variabilità stagionale ed annuale di molti parametri di interesse legati alle proprietà ottiche degli aerosol. Atmosphere LASER Collimation lens TELESCOPE Pin-hole MON FI Spectral selection MON FI PMT Detection Time PMT Time Acquisition L’ampiezza del segnale ricevuto è determinata dalle proprietà di retrodiffusione dell’atmosfera nelle successive stratificazioni attraversate, ed anche dall’attenuazione nei percorsi di andata e ritorno. Misure risolte in quota su tempi lunghi consentono inoltre di avere informazioni sulla evoluzione nello spazio e nel tempo degli strati atmosferici . Basics of LIDAR Transmitter Recevier Laser power Telescope surface Overlap function Backscatter coefficient Extintion coefficient 100 Field Of View 1/ξ(λ,z) M1 M2 Signal, a.u. Laser beam divergence MS D Nd:YAG laser source Il segnale a bassa quota è sottostimato se non si conosce la funzione di sovrapposizione. 200 300 400 1 500 m ξ =(z) Funzione di sovrapposizione Lc PMT Oscilloscope MP L’approccio analitico richiede delle ipotesi che non sono verificate in un sistema lidar reale. Un approccio alternativo richiede l’uso di un software di ray tracing basato sul calcolo del percorso fatto dalla luce attraverso l'interazione con le diverse superfici ottiche. Non esistendo accurati metodi pratici per conoscere questa funzione, essa può essere ricavata solo sperimentalmente. Una parte dell’esperienza di laboratorio contemplerà la realizzazione di misure sperimentali indirizzate alla misura della funzione di sovrapposizione. Verranno realizzate misure sperimentali dopo aver preso confidenza in laboratorio con i diversi sottosistemi del lidar. Quindi verranno fornite agli studenti le informazioni di base per poter ricavare dai segnali lidar misurati la funzione di overlap attraverso un approccio di tipo iterativo. L’attività sperimentale includerà anche la realizzazione di misure dedicate alla verifica del test di Telecover utilizzato per ottimizzare il ricevitore ottico del sistema. Il test comprende la realizzazione di misure consecutive corrispondenti ai diversi quadranti del telescopio. Il confronto fra i segnali lidar misurati consente di evidenziare differenze di trasmissione del ricevitore ottico dipendenti dalla quota. La funzione di sovrapposizione è la più ovvia caratteristica che differenzia i quattro i segnali di telecover. I segnali di telecover normalizzati dovranno risultare sovrapposti al di sopra del range di overlap. Ny-Alesund (Spitsbergen)
