NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT LIDAR ỨNG DỤNG KHẢO SÁT PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ VÀ MẬT ĐỘ KHÍ QUYỂN
Quang học
Luận án "Nghiên cứu và phát triển kỹ thuật LIDAR ứng dụng khảo sát phân bố nhiệt độ và mật độ khí quyển" giải quyết những hạn chế của phương pháp thám không vô tuyến truyền thống trong việc đo phân bố nhiệt độ khí quyển tại Việt Nam, vốn cho dữ liệu rời rạc, bị ảnh hưởng bởi độ trôi và giới hạn độ cao khoảng 30 km. Mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển các kỹ thuật lidar để xác định phân bố mật độ phân tử và nhiệt độ khí quyển, có khả năng đạt đến tầng bình lưu, cụ thể là từ vùng cao tầng đối lưu (5 km) tới vùng cao tầng bình lưu (50 km).
Nghiên cứu đã thành công trong việc thiết kế và xây dựng hai hệ thống lidar: hệ lidar kết hợp đàn hồi-Raman và hệ lidar Rayleigh-Raman. Cả hai hệ thống sử dụng nguồn laser xung bước sóng 532 nm và kính thiên văn đường kính 25 cm để ghi nhận tín hiệu tán xạ ngược ở chế độ đếm photon. Một module gated-PMT loại R7400U thương mại cũng được phát triển và tích hợp, cho phép loại bỏ tín hiệu mạnh ở trường gần và ghi nhận tín hiệu yếu ở trường xa với khoảng cách loại bỏ có thể điều chỉnh.
Các thuật toán xử lý dữ liệu trong môi trường Matlab đã được phát triển và tối ưu hóa để rút ra phân bố mật độ và nhiệt độ khí quyển từ tín hiệu lidar đàn hồi, Raman và kết hợp. Các thuật toán này bao gồm hiệu chỉnh ảnh hưởng của sol khí, ô zôn, và hấp thụ phân tử, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng của các giá trị tham khảo thông qua phương pháp lặp.
Các kết quả khoa học nổi bật bao gồm việc xác định cấu trúc tầng đối lưu khí quyển tại Hà Nội, khảo sát đặc trưng nhiệt độ như nhiệt độ trung bình, sự biến đổi nhiệt độ của lớp đối lưu hạn và sự tồn tại hai đỉnh của lớp đối lưu hạn nhờ khả năng phân giải không gian cao của lidar. Nghiên cứu cũng xác định được vị trí và độ dày của lớp mây Ti tầng cao (14,5 km đến 15,5 km) đồng thời với lớp đối lưu hạn, một kết quả mà thám không vô tuyến không thể thực hiện được. Hơn nữa, cấu trúc khí quyển với sự phân tầng của tầng bình lưu và tầng trung lưu đã được xác định bằng dữ liệu lidar Rayleigh, cho thấy lớp bình lưu hạn tồn tại từ độ cao 45,7 km tới 50 km. Những kết quả này mở ra tiềm năng xây dựng các trạm lidar quan trắc khí quyển liên tục cho các ứng dụng trong vật lý khí quyển, khí tượng, dự báo khí hậu và kiểm soát môi trường.