Μετρήσεις κατακόρυφης στήλης ατμοσφαιρικών αερίων (XCO2, XCH4, XCO και XH20) με τη χρήση φασματοσκοπίας υπερύθρου μέσω μετασχηματισμού Fourier (FTIR) για την περιοχή της Θεσσαλονίκης

Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εξαγωγή της ετήσιας και της ημερήσιας πορείας της συγκέντρωσης ατμοσφαιρικών αερίων που σχετίζονται με το φαινόμενο του θερμοκηπίου στην πόλη της Θεσσαλονίκης. Για το σκοπό αυτό εξετάζεται η μεταβλητότητα, η εποχική διακύμανση, ο μέσος ετήσιος κύκλος και η μέση ημερήσια πορεία των αερίων. Τα αέρια ενδιαφέροντος είναι το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), το μεθάνιο (CH4), το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και οι υδρατμοί (H2O). Η παραπάνω διαδικασία επιτυγχάνεται με τη χρήση φασματοσκοπίας υπερύθρου μέσω του μετασχηματισμού Fourier. Το όργανο το οποίο χρησιμοποιήθηκε για τις μετρήσεις (επίγειες) είναι το φασματόμετρο EM27/SUN – BRUKER, το οποίο μάς επιτρέπει να υπολογίσουμε την κατακόρυφη στήλη των αερίων από το έδαφος έως το διάστημα. Οι μετρήσεις αφορούν την περιοχή της Θεσσαλονίκης (κτήριο ΣΘΕ) και εκτείνονται σε μια περίοδο περίπου τριών ετών (35 μηνών), η οποία τοποθετείται χρονικά στο διάστημα 15/01/2019 έως 04/11/2021. Στο παραπάνω χρονικό διάστημα σημειώνονται δύο περίοδοι (07/03/2020-04/05/2020 και 13/03/2021-25/04/2021), οι οποίες χαρακτηρίζονται από έλλειψη δεδομένων λόγω της πανδημίας Covid19.Το φασματόμετρο EM27/SUN – BRUKER έχει κατασκευαστεί από το πανεπιστήμιο της Καρλσρούης (ΚΙΤ) σε συνεργασία με την εταιρεία Bruker Optics, και προορίζεται αποκλειστικά για την ανάλυση ατμοσφαιρικών αερίων με χρήση της ακτινοβολίας του ήλιου ως πηγή φωτός. Συγκεκριμένα, η φασματική περιοχή της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας στην οποία προορίζεται για να «μετράει» το όργανο είναι το κοντινό υπέρυθρο (NIR). Τα φάσματα τα οποία καταγράφει περιέχουν υπογραφές των ατμοσφαιρικών αερίων (XCO, XCO2, XCH4, XCH4_S5P, XH20 και X02) και στη συνέχεια μπορούν να αξιοποιηθούν για την ανάκτηση των κατακόρυφων στηλών των αερίων μέσω του μετασχηματισμού Fourier.

The purpose of this master thesis is to extract the yearly and daily course of atmospheric gases that take part in the Greenhouse Effect over the city of Thessaloniki. Variability, seasonal variation, average annual cycle and average daily course of the gases are examined on this purpose. The gases of interest are carbon dioxide (CO2), methane (CH4), carbon monoxide (CO) and water vapor (H2O). The process is achieved via the use of Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The spectrometer EM27/SUN – BRUKER was used to perform the ground measurements that allowed us to retrieve the full atmospheric gas columns. The measurements took place in the region of Thessaloniki (Faculty of Sciences building) and span a period of almost three years (35 months). The exact period is 15/01/2019 – 04/11/2021, with the exception of 07/03/2020-04/05/2020 & 13/03/2021-25/04/2021, due to Covid19 restrictions. The spectrometer EM27/SUN – BRUKER is manufactured by the Karlsruhe Institute of Technology (KIT) in cooperation with Bruker Optics, and it is intended to measure atmospheric gas columns using radiation emitted from the sun as a source. The spectral region used by the spectrometer for the execution of measurements is near infrared (NIR). The recorded spectra contain signatures of atmospheric gases (XCO, XCO2, XCH4, XCH4_S5P, XH20 & X02), which can be later evaluated for the retrieval of total columns via Fourier transform.