SỬ DỤNG KỸ THUẬT LIDAR NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG VẬT LÝ CỦA SON KHÍ TRONG TẦNG KHÍ QUYỂN
Quang học
Luận án này tập trung nghiên cứu các đặc trưng vật lý của lớp son khí trong khí quyển bằng kỹ thuật lidar. Công trình trình bày cơ sở lý thuyết về cấu trúc, phân bố và vai trò của son khí đối với khí quyển, thời tiết và biến đổi khí hậu, cùng với lý thuyết tương tác giữa chùm photon và môi trường theo các lý thuyết tán xạ đàn hồi và phi đàn hồi. Đồng thời, luận án cũng thảo luận về những ưu điểm và phạm vi ứng dụng của kỹ thuật lidar trong quan trắc khí quyển.
Về kỹ thuật, luận án mô tả việc thiết kế, xây dựng và tối ưu hóa hệ lidar Raman phân cực đa kênh tại Viện Vật lý, có khả năng quan trắc các thành phần son khí lên tới độ cao trên 20 km. Đặc biệt, hệ lidar này hoạt động đa kênh đồng thời ở cả chế độ tương tự và đếm photon lần đầu tiên tại Việt Nam. Song song đó, một hệ lidar di động nhỏ gọn sử dụng laser diode công suất cao phát bức xạ 905 nm kết hợp đầu thu APD được làm lạnh sâu cũng được phát triển thành công để quan trắc lớp son khí tầng thấp dưới 10 km, phù hợp với điều kiện nghiên cứu tại Việt Nam. Các chương trình tính toán số bằng Matlab để xác định đặc trưng quang học của son khí từ dữ liệu lidar cũng được xây dựng.
Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy lớp son khí tầng thấp tại Hà Nội chủ yếu tập trung dưới độ cao 5 km, với đỉnh lớp son khí bề mặt ở khoảng 1,5 km và hệ số lidar trung bình là 40 ± 11, tương đồng với một số đô thị khác. Các đặc trưng khác như độ sâu quang học, hệ số suy hao và tán xạ ngược cũng được xác định. Đối với mây Ti tầng cao, luận án đã nghiên cứu sự phân bố độ cao (từ 12,5 km đến 14,3 km), độ dày trung bình (~1,7 ± 0,73 km), tần suất phân bố (~56%), đóng góp lưu trữ năng lượng bức xạ (~21,4% tại 532 nm), và tỉ số khử phân cực (~45%), cùng với quy luật tăng tỉ số khử phân cực khi tăng độ cao hoặc giảm nhiệt độ của lớp mây Ti.
Đây là những kết quả nghiên cứu đầu tiên tại Việt Nam sử dụng các hệ lidar này, khẳng định tiềm năng phát triển kỹ thuật quan trắc khí quyển từ xa, có ý nghĩa quan trọng cho nghiên cứu môi trường và khí tượng.