Έρευνα ημερήσιων και εποχικών διακυμάνσεων ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα, ατμοσφαιρικού οξυγόνου και ατμοσφαιρικού ηλεκτρικού δυναμικού σε περιαστικό περιβάλλον

Abstract

The present study falls in the field of atmospheric electricity and investigates the daily and seasonal variation of atmospheric electric field in a periurban environment. Certain applications of the electric field include the observation of global thunderstorm activity through the global electric circuit, the observation of atmospheric pollution and especially particulate pollution, the recognition of approaching thunderstorms and the assessment of lightning hazard. Although electric field has an extended range of applications it is not widely measured and the available data are limited. In the context of the present work a meteorological station also able of conducting electric field measurements was established and the electrical climatology of Xanthi was presented. Electric field's response to the existence and approach of thunderstorms was studied along with the effect of topography. Station's ability in observing the global circuit was also investigated and the most appropriate periods were defined. Moreover, electric field was compared with CO2 and O2, and the relationship connecting electric field and CO2 under nocturnal stratification was found. Finally, aerosol optical depth data acquired from the co-located AERONET station were used in the study of electric field diurnal and seasonal variation by means of optical depth.

Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της ημερήσιας και εποχικής κύμανσης του ατμοσφαιρικού ηλεκτρικού πεδίου σε περιαστικό περιβάλλον και εμπίπτει στον κλάδο του ατμοσφαιρικού ηλεκτρισμού. Ορισμένες από τις εφαρμογές του ηλεκτρικού πεδίου περιλαμβάνουν την παρακολούθηση της παγκόσμιας καταιγιδοφόρου δραστηριότητας μέσω του παγκόσμιου ηλεκτρικού κυκλώματος, την παρακολούθηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και ειδικότερα της σωματιδιακής, την αναγνώριση επερχόμενων καταιγίδων και την εκτίμηση της κεραυνικής επικινδυνότητας. Παρά το μεγάλο εύρος των εφαρμογών του ηλεκτρικού πεδίου η μέτρησή του δεν είναι διαδεδομένη και τα διαθέσιμα δεδομένα είναι περιορισμένα. Στα πλαίσια της εν λόγω εργασίας εγκαταστάθηκε μετεωρολογικός σταθμός με δυνατότητα μέτρησης ατμοσφαιρικού ηλεκτρικού πεδίου και μελετήθηκε η ηλεκτρική κλιματολογία της Ξάνθης. Μελετήθηκε επίσης, η απόκριση του ηλεκτρικού πεδίου στην ύπαρξη και προσέγγιση καταιγίδων στο σταθμό και αναλύθηκε η επίδραση της τοπογραφίας. Ακόμα, έγινε έλεγχος για τη δυνατότητα του σταθμού να παρακολουθεί το παγκόσμιο κύκλωμα και βρέθηκαν οι βέλτιστες χρονικές στιγμές για την παρατήρηση. Το ηλεκτρικό πεδίο συγκρίθηκε και με μετρήσεις CO2 και O2 και βρέθηκε η σχέση που το συνδέει με το CO2 υπό συνθήκες νυχτερινής στρωμάτωσης. Τέλος, αξιοποιήθηκαν δεδομένα οπτικού βάθους σωματιδίων από τον παρακείμενο σταθμό της AERONET και μελετήθηκε η εποχική και ημερήσια κύμανση του ηλεκτρικού πεδίου με όρους οπτικού βάθους.