TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE

Insegnamento
TECNICHE OTTICHE PER L'AMBIENTE
Insegnamento in inglese
OPTICAL METHODS FOR ENVIRONMENTAL
Settore disciplinare
FIS/03
Corso di studi di riferimento
FISICA
Tipo corso di studio
Laurea Magistrale
Crediti
7.0
Ripartizione oraria
Ore Attività frontale: 49.0
Anno accademico
2017/2018
Anno di erogazione
2018/2019
Anno di corso
2
Lingua
ITALIANO
Percorso
NANOTECNOLOGIE, FISICA DELLA MATERIA E APPLICATA
Docente responsabile dell'erogazione
DE TOMASI Ferdinando
Sede
Lecce

Descrizione dell'insegnamento

Corsi fondamentali della laurea triennale in fisica

Nel corso si applicano i concetti di base dell’ interazione radiazione-materia al remote sensing dell’ambiente, con maggiore riguardo all’atmosfera e cenni alle superfici solide e liquide. Si illustrano quindi le tecniche utilizzate per la rivelazione di aerosol, gas nell’atmosfera, e altri parametri fisici, e i principali strumenti attualmente utilizzati, basati a terra e da satellite.

  • Conoscenze e comprensione

 

Proprieta’ ottiche delle varie componenti dell’atmosfera ( molecole in concentrazione fissa e variabile, idrometeore, aerosol). Strumentazione attiva e passiva per la misura delle proprieta’ ottiche. Algoritmi per dedurre proprieta’ chimico-fisiche dai segnali sperimentali.

 

  • Capacità di applicare conoscenze e comprensione

 

Lo studente sara’ in grado di:

a) interpretare criticamente dati dai principali strumenti di remote sensing ( che in molti casi sono disponibili al pubblico su scala planetaria )

b) contribuire alla messa in opera di sistemi di misura.

 

  • Autonomia di giudizio

 

La caratteristica comune delle tecniche di remote sensing e’ che le misure sono indirette e quindi il risultato ottenuto e’ la conseguenza di un certo numero di ipotesi. E’ necessaria quindi una valutazione di queste ipotesi per stabilire quanto i risultati finali siano attendibili. Questa caratteristica porta intrinsecamente a un aumento della capacita’ di giudizio.

 

  • Abilità comunicative

 

  • Capacità di apprendimento


 

La caratteristica interdisciplinare di questo corso porta naturalmente a un aumento delle capacita’ di apprendimento.

 

Lezioni frontali, esercitazioni e simulazioni numeriche. Nei limiti della disponibilita’ dell’attrezzatura di ricerca presente nel Dipartimento di Matematica e Fisica, si svolgeranno delle esercitazioni di laboratorio.

Esame orale.

Definizione di telerilevamento

Necessita' del telerilevamento

Processi di interazione radiazione materia.

Grandezze misurabili


 

Definizione delle grandezze radiometriche.

Richiamo dei processi di interazione radiazione materia.

Sezioni d'urto.

Equazione del trasporto radiativo.

Spessore ottico.

Forma Integrale dell'equazione del trasporto radiativo.


 

Calcolo della radianza diffusa per atmosfera piano parallela omogenea, in assenza di scattering multiplo.

Richiami di termodinamica dell'atmosfera.

Andamento della pressione e temperatura.

Strati dell'atmosfera.


 

Processi di assorbimento per molecole.

Allargamento di riga.

Cenni agli spettri molecolari.

Spettro di assorbimento dell'atmosfera.

Scattering molecolare e contributo all'estinzione


 

Descrizione dello strato limite planetario.

Descrizione delle principali proprieta' degli aerosol atmosferici.

Distribuzione dimensionale.

Scattering di Mie.

Distribuzioni angolare di una sfera singola.


 

Scattering da aerosol sferici: sezione d'urto differenziale e di estinzione.

Scattering da popolazioni di aerosol.

Andamento spettrale dell'estinzione.

Descrizione del fotometro solare della rete Aeronet.

Quantita' misurabili.

Misure di spessore ottico.

Misure di radiazione diffusa.

Sensibilita' alle particelle grandi.

Kernel per inversione di dati di spessore ottico e diffusione.

Misura del contenuto colonnare di acqua precipitabile.


 

Richiami sulla radiazione laser.

Concetto del LIDAR.

Equazione lidar.

Campo di vista e fattore di sovrapposizione.

Sistema di selezione spettrale.


 

Rivelazione radiazione: fotomoltiplicatori e fotodiodi.

Rivelazione in A/D e conteggio di fotoni.

Applicazioni del segnale elastico a singola lunghezza d'onda.

Lidar ratio.


 

Calcolo del lidar ratio per diversi casi.

Soluzione iterativa dell'equazione lidar.

Soluzione analitica dell'equazione lidar.

Errori statistici e sistematici.


 

Spessore ottico come funzione del lidar ratio.

Effetto Raman vibrazionale.

Lidar Raman.

Calcolo dell'estinzione.

Calcolo del Backscattering.


 

Misure di proprieta' ottiche di aerosol con lidar ad alta risoluzione spettrale.

Laser stabilizzati in frequenza.

Realizzazione di lidar ad alta risoluzione.

Spettro Raman dell'atmosfera ad alta risoluzione.

Misura del vapore acqueo con tecnica Raman.


 

Misura di temperatura nella mesosfera mediante fluorescenza di risonanza.

Misura di temperatura nella mesosfera e stratosfera con lidar elastico o Raman

Misura di temperatura mediante misure di scattering Raman rotazionale


 

Lidar DIAL.

Fonti di errori sistematici.

Esempi.

Lidar Doppler per la misura del vento.

Misura incoerente.Misura coerente.Esempi


 

Principi generali del remote sensing da satellite

Rivelazione di molecole nella regione UV-VIS-NIR

Esempio di determinazione di molecole di NO2.


 

Radiazione termica nell'infrarosso

Spettrometro a trasformata di Fourier

Equazione del trasporto radiativo in assenza di scattering

Funzioni peso

Profili di temperatura da spettri infrarossi

Misura di gas in traccie.


 

Radiazione termica nelle finestre IR

Immagini meteo IR

Misure di temperatura superficiale.

Radiazione termica nelle microonde.

Trasmissione atmosferica.

Misura della temperatura di brillanza.

Assorbimenti di O2 e H2O per misurare profili di temperatura e umidita'.

Emissivita' di diverse superfici.


 

Determinazione di quantit\'a integrate.

Stima delle precipitazioni.

Rivelazione di umidit\'a nel terreno, neve e ghiaccio


 

Effetto degli aerosol su misure di radianza da satellite.

Connessione tra riflettanza delle superfici e atmosfera.

Il sensore MODIS. Descrizione e algoritmi, esempi.

Il sensore MISR. Descrizione e algoritmi, esempi.


 

Simulazione di segnali lidar da atmosfera libera da aerosol.

Determinazione dell'altezza massima degli aerosol dal confronto del segnale sperimentale con quello simulato.

Calcolo dello spessore ottico dal segnale Raman.


 

Errori sistematici nel trattamento del segnale lidar

Calcolo dell'estinzione

Calcolo del backscattering con metodo Raman


 

Il problema dell'inversione dei dati sperimentali.

Esempio di inversione di una equazione di Fredholm.

Illustrazione delle proprieta' di sistemi lineari con autovalori piccoli.

Regolarizzazione.

Applicazione della regolarizzazione ad alcuni casi

particolari: derivata di un segnale numerico, determinazione del lidar ratio con segnali lidar combinati Raman- elastico

Appunti del docente.

Claus Weitkamp (ed.) : Lidar. Range resolved Optical Remote Sensing of the Atmosphere. Springer, 2006. (biblioteca)

Jaqueline Lenoble : “Atmospheric Radiative Transfer”, Deepak Publishing ,1993, (biblioteca)

JM Wallace- PV Hobbs: Atmospheric Science. An introductory survey. (biblioteca)

Lenoble, Remer, Tanré (eds): Aerosol Remote sensing, Springer-2013 ( biblioteca)


 

 

Semestre
Primo Semestre (dal 15/10/2018 al 25/01/2019)

Tipo esame
Non obbligatorio

Valutazione
Orale - Voto Finale

Orario dell'insegnamento
https://easyroom.unisalento.it/Orario

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