라만 및 탄성 산란 라이다 기술을 이용한 대기 성분의 원격 모니터링 연구 : Remote Monitoring of Atmospheric Constituents by Using Raman and Elastic LIDAR Technologies
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 발행년도 2002
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 고려대학교 대학원 화학과
- 식별자(기타) DL:000001804958
- 본문언어 한국어
- 서지제어번호 000000777014
초록/요약 도움말
Both water vapor and liquid water density in troposphere are separately monitored by using a combined elastic-Raman LIDAR technique. One of the principal problems in Raman measurements is the suppression of elastic backscattering, which should be better than 10^(10). In our system the demanded suppression is realized by combing the interference filters with dichroic mirrors. The Raman signals from water vapor and liquid water are independently detected by interference filters. Since the Raman spectra of water vapor and liquid water are partially overlapped, Raman signal from liquid water may introduce significant errors in vapor measurements. In this research, we estimate the content of atmospheric liquid water and use the results to correct water vapor measurements. The depolarization technique is applied to aerosol shapely property information. Our results demonstrate that interference factor from elastic and liquid water scattering may be confirmed by measuring the depolarization ratio. With the depolarization LIDAR used in conforming the water vapor and liquid water signals, we try to obtain the spatial-temporal profile of asian dust. Also, we have developed DIAL(DIfferential Absorption LIDAR) system for measurement of pollution gases such as sulfur dioxide, nitrogen dioxide and ozone in troposphere. DIAL system is based on the specific properties of differential absorption in atmospheric constituents. In the field test, we have demonstrated that the system is capable of measuring sulfur dioxide, nitrogen dioxide and ozone densities in the 0.1∼2 ㎞ range with 20-m spatial and 1-min temporal resolution. And, the detection limit for such parameters is 5 ppb for sulfur dioxide, 10 ppb for nitrogen dioxide and 5 ppb for ozone gas.
more초록/요약 도움말
대기 중에 존재하는 수증기와 물방울의 밀도를 탄성-라만 라이다를 이용하여 모니터링 하였다. 라만 라이다 측정에서 중요한 오차 발생요인인 탄성산란 신호를 10^(10) 이상 억제하기 위해 간섭필터와 이색성 거울을 함께 사용하였다. 수증기와 물방울 라만 신호는 간섭필터를 이용하여 독립적으로 수신하였다. 하지만, 수증기와 물방울의 라만 스펙트럼은 부분적으로 겹치기 때문에 대기중에 존재하는 수증기 밀도 측정에서 물방울 신호가 중요한 오차 요인으로 작용한다. 본 논문에서 대기중에 존재하는 수증기 밀도 측정에 영향을 미치는 물방울 효과를 보정하였다. 편광소멸도 기술은 에어로졸의 형태학적 특성에 대한 정보를 제공하므로, 측정결과에서 탄성산란과 물방울 라만 산란에 의한 영향은 편광소멸도 측정을 통해 확인하였다. 이러한 편광소멸도 기술은 황사의 시·공간적 분포 측정에 유용하게 적용된다. 대기 오염물질을 측정하는 차등흡수 라이다는 대기에 존재하는 오염물질의 흡수차이를 이용하여 오염물질의 밀도를 측정하는 기술로써, 본 연구에서는 대기에 존재하는 오염물질인 이산화황, 이산화질소, 오존을 측정하기 위해 차등흡수 라이다 시스템을 제작하였다. 제작된 시스템을 통해, 각 오염물질은 0.1에서 2 ㎞ 까지의 거리에서 시간적 분해능은 1분 , 공간적 분해능은 20 m 정도에서 신뢰성 있는 값을 나타내었다. 또한, 각 측정 물질의 검출한계는 이산화황과 오존의 경우 5 ppb, 이산화질소는 10 ppb 정도 나타났다.
more목차 도움말
목차 = ⅴ
제1장 서론 = 12
제1절 연구의 배경 = 12
제2절 연구 내용 및 논문의 구성 = 13
1. 연구 내용 = 13
2. 논문의 구성 = 15
제3절 이론적 배경 = 17
1. 라이다 방정식 = 17
2. 에어로솔의 산란계수 = 20
(1) Klett 방법을 이용한 에어로솔 산란계수 = 20
(2) 라만 방법을 이용한 에어로솔 산란계수 및 수증기 밀도 = 22
3. 편광소멸도를 이용한 에어로솔 특성 = 25
4. 차등흡수 라이다의 특성 = 27
참고문헌 = 31
제2장 탄성-라만 라이다를 이용한 대기중 수증기와 물방울에 관한 연구 = 34
제1절 연구의 중요성 = 34
제2절 시스템의 구성 및 측정 = 35
제3절 측정 결과 및 토의 = 45
참고문헌 = 63
제3장 편광소멸도를 이용한 황사 측정 = 65
제1절 황사의 특징 및 연구 내용 = 65
제2절 시스템의 구성 = 66
제3절 측정 결과 = 69
참고문헌 = 82
제4장 차등흡수 라이다를 이용한 대기오염 측정 = 83
제1절 개요 = 83
제2절 이산화황의 밀도 측정 = 83
1. 이산화황 측정 시스템 구성 = 89
2. 측정 결과 및 토의 = 90
제3절 이산화질소의 밀도 측정 = 98
1. 이산화황 측정 시스템 구성 = 98
2. 측정 결과 및 토의 = 100
제4절 오존의 밀도 측정 = 115
1. 오존 측정 시스템 구성 = 119
2. 측정 결과 및 토의 = 124
참고문헌 = 143
제5장 결론 = 145
