A Novel Lidar Ceilometer: Design, Implementation and Characterisation

در این پایان نامه، یک لیدار جدید (تشخیص و برد نور) با قابلیت نظارت بر پایه ابر و حساس به آئروسل های لایه مرزی معرفی شده است. کلید این نوآوری در طراحی عدسی تقسیم شده آن نهفته است که به یک مشکل کلاسیک لیدار در تعادل همپوشانی فرستنده-گیرنده و نسبت سیگنال به نویز، همراه با روشی برای مشخص کردن همپوشانی در آزمایشگاه می پردازد. حساسیت افزایش‌یافته در برد نزدیک ابزار بدون به خطر انداختن سیگنال به نویز در طرحی به دست می‌آید که ساخت آن برای استقرار گسترده آسان است. ابزار، مشخصات نوری آن، و عملکرد آن در این زمینه شرح داده شده است. ابزار نمونه اولیه که در اینجا توضیح داده شد، از آن زمان اساس یک حسگر تجاری برای نظارت بر ابرها و ذرات معلق در هوا را تشکیل داده است.

مشاهدات مداوم و با وضوح بالا ابرها و ذرات معلق در هوا برای کاهش عدم قطعیت های بزرگ در درک فعلی ما از آنها مورد نیاز است. تأثیرات بر اقلیم که توسط پانل بین المللی تغییرات اقلیمی برجسته شده است. و از آنجایی که سازمان‌های بین‌المللی بهداشت تهدیدات رو به رشد سلامت عمومی را در دهه‌های آینده نشان می‌دهند که ناشی از کیفیت پایین هوا است، نظارت گسترده در آئروسل برای ارزیابی قرار گرفتن در معرض شخصی و اثرات سلامتی ذرات انسانی مورد نیاز است. اندازه‌گیری‌های سنجش از راه دور نوری زمینی که توسط ابزارهایی با مشخصه‌های خوبی انجام می‌شوند، مانند آنچه در این صفحات توضیح داده شده است، برای این امر بسیار مهم هستند.

In this thesis, a new lidar (light detection and ranging) ceilometer capable of monitoring cloud base and sensitive to boundary layer aerosols is introduced. The key to this novelty lies in its divided-lens design that addresses a classical lidar problem of balancing transmitter-receiver overlap and signal-to-noise ratio, along with a method for characterizing overlap in the laboratory. Enhanced sensitivity in the near-range of the instrument is achieved without compromising signal-to-noise in a design that is straightforward to manufacture for broad deployment. The instrument, its optical characterization, and its performance in the field are described. The prototype instrument described here has since formed the basis of a commercial sensor for monitoring clouds and aerosols.

High-resolution, continuous observations of clouds and aerosols are needed to reduce the large uncertainties in our current understanding of their influence on climate that have been highlighted by the International Panel on Climate Change. And as international health organizations indicate growing public health threats over the coming decades resulting from poor air quality, extensive aerosol monitoring is required to assess personal exposure to and the health impacts of anthropogenic particulates. Ground-based optical remote sensing measurements made by well-characterized instruments, such as that described in these pages, are critical to this.