Caracterización óptica de aerosoles troposféricos utilizando la técnica LIDAR

Abstract

Las técnicas ópticas de detección remota son muy utilizadas para el monitoreo y caracterización de la atmósfera. Una de éstas es la técnica LIDAR (Light Detection And Ranging), basada en el uso de láseres continuos o pulsados para mediciones atmosféricas, permite el estudio de propiedades ópticas de las partículas en suspensión en la atmósfera en perfiles verticales, con una buena precisión y en un tiempo muy corto. La interacción de la luz con la atmósfera produce fenómenos ópticos, los cuales son detectados y medidos por el sistema, para luego ser procesados. Para entender la evolución temporal, el transporte y el impacto de la contaminación urbana, es decir, de los aerosoles urbanos e industriales, el Centro de Óptica y Fotónica (CEFOP) ha implementado un sistema Lidar troposférico, el primero de este tipo desarrollado localmente en el país, ubicado en la ciudad de Concepción (36o 47’S, 73o7’W, 12m snm). El sistema se encuentra en operación desde Enero de 2012 y en su primera etapa se desarolló como un sistema Lidar monocanal utilizando la longitud de onda de 532 nm. Para mejorar la información obtenida, durante 2013 el sistema se expandió a un sistema multicanal para la medición de vapor de agua (407 nm) y nitrógeno (387 nm) utilizando canales Raman, además de los aerosoles atmosféricos (355 nm y 532 nm) utilizando canales elásticos. Para obtener los parámetros ópticos característicos de los aerosoles locales, las mediciones son procesadas con un algoritmo de inversión utilizando la inversión de Raman para obtener el factor de mezcla de vapor de agua y el método Klett-Fernald para el coeficiente de backscattering de aerosoles. En esta tesis se presentan el desarrollo completo e implementación de los algoritmos de inversión para el análisis de las mediciones del sistema Lidar-CEFOP y los métodos de validación utilizados. También se presenta la primera caracterización de la distribución vertical de aerosoles con medidas Lidar que se cuantifica y analiza utilizando un método validado para el procesamiento de las señales, para estudiar la evolución de la capa límite planetaria (PBL) y las propiedades verticales de los aerosoles troposféricos en Concepción. Estos primeros resultados proporcionan información valiosa a largo plazo sobre la contaminación del aire mostrando variaciones estacionales de los coeficientes de extinción y backscattering de los aerosoles.