Misure di profili verticali di umidità e backscattering aerosolico nel centro urbano di Roma in orario diurno e notturno mediante tecnica LIDAR

Nella tesi viene illustrata la progettazione di un LIDAR (LIght Detection And Ranging) Raman- Elastico, ne verranno descritte le componenti e l’assemblaggio, saranno mostrati i test dei canali, e saranno presi in considerazione dei casi studio. Lo scopo di questo studio è quello di fornire uno strumento per l’osservazione del planetary boundary layer (PBL) e degli effetti atmosferici ad esso correlato all’interno del centro abitato di Roma. In particolare è interessante dal punto di vista scientifico ed è utile dal punto di vista pratico studiare l’effetto dell’isola di calore urbano. Accade infatti che il fenomeno di urbanizzazione tenda a modificare il clima locale e a causare effetti che abbiano ricadute anche sulla qualità della vita delle persone che abitano in quella regione: viene amplificata la presenza delle ondate di caldo e di inquinanti poiché al riscaldamento dovuto alla radiazione solare incidente, si somma il calore generato da fonti antropogeniche.Inoltre l’alta densità di abitanti per kilometro, tipica dei centri urbani, richiede una produzione maggiore rispetto a quella che è necessaria nelle zone circostanti, di energia elettrica e meccanica che determina un aumento del rilascio dei gas serra. L’oggetto centrale di questa tesi è lo strumento LIDAR Raman-Elastico: i prodotti forniti da questo strumento sono i profili verticali di due parametri essenziali per lo studio del PBL come umidità e quantitativo di aerosol. Il carattere innovativo della ricerca risiede nel fatto che per la prima volta si rende possibile l’acquisizione in un’area urbana di profili verticali di vapore acqueo ad alta risoluzione sia verticale che temporale durante le ore diurne in cui si ha il massimo sviluppo del PBL e in cui si innestano i processi convettivi che rimescolano l’atmosfera nei primi strati. Inoltre questo studio è inquadrato in un progetto più ampio in cui è coinvolta l’ESA (European Space Agency). Tale progetto prevede l’allestimento di strumentazione per osservazioni atmosferiche concentrate in un grande supersite denominato BAQUNIN (Boundary layer Air Quality-analysis Using Network of INstruments): il sito è situato all’interno della zona urbana di Roma (l’edificio Fermi del dipartimento di Fisica, luogo dove ho svolto la mia attività di dottorato). Sempre in questo ambito vi è anche la collaborazione con il CNR – ISAC che gestisce il supersite CIRAS (CNR Isac Rome Atmospheric Supersite) a Tor Vergata. Nell’immediato futuro, il carattere urbano e semirurale dei due siti renderà possibile effettuare studi riguardo l’influenza sui parametri atmosferici da parte dell’azione antropologica ed inoltre sarà possibile caratterizzare i due supersite come centri di calibrazione e validazione di dati acquisiti da satellite. La tesi si svilupperà su sei capitoli di cui ora verrà data una breve descrizione:  Nel primo si presenteranno i fenomeni atmosferici che si vogliono studiare e si daranno le motivazioni per le quali è importante intraprendere questa ricerca.  Nel secondo capitolo si descriveranno i principi di funzionamento di un LIDAR Raman- Elastico, si simuleranno i segnali che si vorrebbero acquisire dal sistema e si descriverà il sistema LIDAR presente in laboratorio prima dell’inizio del lavoro di tesi mettendone in risalto le inadeguatezze ad effettuare le misure che ci si propone di fare in questo contesto.  Nel terzo capitolo verranno dimensionati i parametri usati per simulare i segnali nel capitolo precedente in base alle componenti utilizzate, si giustificheranno le scelte delle componenti del sistema LIDAR e solo dopo una breve descrizione dell’assemblaggio, verranno simulati di nuovo i segnali aspettati inserendo i nuovi parametri.Il quarto capitolo sarà il capitolo dei test infatti verranno messi a confronto i segnali simulati con quelli realmente misurati e verranno messe in luce le prestazioni dello strumento, ma anche i limiti.  Il quinto capitolo sarà dedicato all’analisi dati, alla descrizione dei software che permettono il retrieval dei profili verticali di vapore acqueo. In questo capitolo verranno anche discusse le approssimazioni utilizzate e la bontà del dato.  Nel sesto capitolo verranno presentati due casi studio particolari con l’intenzione di mostrare le prime considerazioni preliminari sul lavoro sinergico del LIDAR con gli altri strumenti operativi in BAQUNIN e sui confronti tra le misure ottenute dai due siti.