Dlaczego Wydział Fizyki UW wysyła słup zielonego światła pionowo w atmosferę?

Pytanie

Pyta Ola

Mieszkam przy ulicy Pasteura, w bliskim sąsiedztwie Wydziału Fizyki UW. Nocami, przy pochmurnej pogodzie, widoczny jest na niebie wąski słup zielonego światła. Czy z jego pomocą prowadzone są jakieś pomiary lub doświadczenia? Jeśli tak to jakie?

Odpowiedź

Odpowiada Michalina Broda

To co zostało przez Panią zaobserwowane to lidar, przyrząd badawczy w ramach międzynarodowej sieci pomiarowej PollyNET, w której wykorzystuje się lidary typu PollyXT.  Lidary te są rozmieszczone na całym świecie i są częścią projektu TROPOS (Leibniz Institute for Tropospheric Research).

Lidar działa podobnie do radaru, ale zamiast fal radiowych wykorzystuje fale podczerwone, widzialne lub ultrafioletowe. Urządzenie wysyła impulsy laserowe w atmosferę, najczęściej pionowo w górę. Impulsy te rozpraszają się na cząsteczkach aerozoli i gazach, a część rozproszonego promieniowania powraca do urządzenia. Na podstawie czasu powrotu impulsu laserowego można obliczyć wysokość, na której znajdowała się cząstka, od której się odbił. Z kolei moc sygnału powracającego informuje o strukturze warstw aerozolu w atmosferze.

Czym jest aerozol? Aerozol atmosferyczny to zawiesina cząsteczek stałych lub ciekłych w powietrzu atmosferycznym. Cząsteczki te mogą mieć różne rozmiary, od kilku nanometrów do kilkudziesięciu mikrometrów, i pochodzić z różnych źródeł, zarówno naturalnych (wulkany, pożary, burze piaskowe, od roślin, z rozprysków morskich fal) jak i antropogenicznych (ze spalania paliw kopalnych, z przemysłu, rolnictwa). Przykładowe aerozole w atmosferze to:

  • pyłki roślin
  • sól morska
  • sadza
  • pył mineralny (z pustyń)
  • popiół
  • bakterie, mikroorganizmy

Obecność aerozoli wpływa znacząco na atmosferę i klimat. Warunkują one istnienie jąder kondensacji podczas formowania się chmur. Co więcej, średnica aerosolu, jego zagęszczenie i skład chemiczny determinuje nie tylko ilość chmur ale także ich typ, dynamikę powstawania oraz intensywność opadu towarzyszącego danemu rodzajowi zachmurzenia. Ponadto aerosole wpływają na ilość promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi czyli tzw. bilans energetyczny Ziemi. W skali całego globu obecne w atmosferze aerozole prowadzą do ochładzania klimatu. Jednak istnieją wyjątki – sadza i inne produkty spalania biomasy (czyli po prostu dym) pochłaniają promieniowanie słoneczne, ogrzewając tym samym atmosferę. Wiedza o zawartości aerozoli w atmosferze, ich dystrybucji, rodzaju i wielkości cząstek jest kluczowa, by móc efektywniej prognozować pogodę i klimat oraz jeszcze skuteczniej badać wpływ aerozoli na klimat.

Lidar, by sondować atmosferę, wysyła w powietrze trzy różne długości fal promieniowania elektromagnetycznego: światło podczerwone o długości fali 1064 nm,  fale widzialne o długości fali 532 nm, co odpowiada zielonemu kolorowi i światło ultrafioletowe o długości fali 355nm. Dla ludzkiego oka widzialne jest tylko te zielone światło wspomniane w pytaniu.

Abstrahując od fizycznej terminologii, dzięki lidarowi wiemy jak dużo jest tych aerozolów w powietrzu, czy przeważają drobniejsze, czy grubsze aerozole, czy mamy do czynienia z aerozolem sferycznym (np. pyły pustynne są aerozolem niesferycznym).

Bezpośredni podgląd do wyników z tego sprzętu pomiarowego można uzyskać wchodząc na stronę: http://www.polandaod.pl. Należy następnie kliknąć po lewej stronie w kafelek Baza Danych, a następnie Wykresy online. Jako STATIONS proszę wybrać Warszawa, jako  PARAMETERS/DEVICES proszę wybrać LIDAR.

To, jak rozumieć wyniki zostało bardzo dobrze przedstawione w artykule: https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/to-sie-nazywa-lidar-179 i pozwolę sobie wkleić zdjęcie z opisem pomiarów z tej strony.

Zrzut ekranu 2024-04-1 o 18.21.44

źródło: https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/to-sie-nazywa-lidar-179