ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ «ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑ ΒΙΟΥ ΜΑΘΗΣΗ» ΕΘΝΙΚΟ ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΕΣΠΑ ΔΡΑΣΗ «ΑΡΙΣΤΕΙΑ» ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ 5.

Transcript

1 ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ «ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑ ΒΙΟΥ ΜΑΘΗΣΗ» ΕΘΝΙΚΟ ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΕΣΠΑ ΔΡΑΣΗ «ΑΡΙΣΤΕΙΑ» ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ 5.1 ΕΚΘΕΣΗ ΤΩΝ ΣΥΓΚΡΙΣΕΩΝ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΚΑΙ ΕΠΙΓΕΙΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΜΕ ΤΗ ΒΟΗΘΕΙΑ ΤΟΥ ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΤΙΤΛΟΣ / ΚΩΔΙΚΟΣ ΕΡΓΟΥ: Βελτιστοποίηση και επέκταση επίγειας υποδομής για την πιστοποίηση μετρήσεων ατμοσφαιρικών συστατικών από δορυφορικά όργανα AVANTI/608 ΚΥΡΙΟΣ ΕΡΕΥΝΗΤΗΣ ΜΕΛΗ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗΣ ΟΜΑΔΑΣ ΠΟΥ ΣΥΜMΕΤΕΙΧΑΝ Αλκιβιάδης Μπάης Θεανώ Δρόσογλου, Αναστασία Πούπκου, Ειρήνη Ζυριχίδου, Ναταλία Λιώρα, Χρήστος Γιάνναρος, Σπύρος Δημόπουλος, Ναταλία Κουρεμέτη, Μηνάς Δότσας, Δημήτριος Μπαλής, Δημήτριος Μελάς

2 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 3 ΕΠΙΓΕΙΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΜΕ ΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΦΑΕΘΩΝ ΚΑΙ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΤΑ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΑ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ... 4 ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΤΗΣ ΔΙΑΦΟΡΙΚΗΣ ΦΑΣΜΑΤΙΚΗΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ... 4 ΣΥΣΤΗΜΑΤΙΚΗ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΑΕΡΑ ΣΤΟ ΚΕΝΤΡΟ ΤΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ... 6 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΕΚΣΤΡΑΤΕΙΑ ΣΤΗΝ ΕΥΡΥΤΕΡΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΕΚΣΤΡΑΤΕΙΑ ΣΤΗΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΠΤΟΛΕΜΑΪΔΑΣ ΑΝΑΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΩΝ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΕΚΤΙΜΗΣΕΩΝ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ.. 24 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΠΤΟΛΕΜΑΪΔΑΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

3 Εισαγωγή Στα πλαίσια του έργου άρχισε και συνεχίστηκε συστηματική παρακολούθηση της ποιότητας του αέρα στο κέντρο της Θεσσαλονίκης, ενώ παράλληλα σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν πειραματικές εκστρατείες μετρήσεων με τα επίγεια συστήματα Φαέθων στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης και της Πτολεμαΐδας. Οι τροποσφαιρικές στήλες των αερίων που προέκυψαν από τις επίγειες μετρήσεις συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα δεδομένα δορυφορικών οργάνων, τα οποία όμως αντιπροσωπεύουν χωρικά ευρύτερες περιοχές. Η μελέτη έχει επικεντρωθεί στις τροποσφαιρικές στήλες του διοξειδίου του αζώτου (ΝΟ 2 ) και της φορμαλδεΰδης (HCHO), που αποτελούν δύο από τους σημαντικότερους αέριους ρύπους των μεγάλων αστικών και βιομηχανιών περιοχών. Πολλές εργασίες έχουν δημοσιευθεί τα τελευταία χρόνια με μετρήσεις των αερίων αυτών από επίγεια όργανα με τη μέθοδο της φασματοσκοπίας διαφορικής οπτικής απορρόφησης (DOAS) [Herman et al., 2009; Li et al., 2013; Pinardi et al., 2013; Hendrick et al., 2014], ενώ αποτελούν δύο ατμοσφαιρικά συστατικά που μπορούν να ανιχνευθούν επιτυχώς με τη δορυφορική τηλεπισκόπιση [Celarier et al., 2008; Irie et al., 2012; Kramer et al., 2008]. Κατά τη διάρκεια των εκστρατειών τα συστήματα εγκαταστάθηκαν σε σημεία, εντός των περιοχών που προαναφέρθηκαν, τα οποία χαρακτηρίζονται από διαφορετικές συνθήκες ατμοσφαιρικής ρύπανσης και βρίσκονται σε αποστάσεις μικρότερες από τις διαστάσεις ενός τυπικού δορυφορικού ίχνους (pixel). Σκοπός των εκστρατειών ήταν αφενός η εκτίμηση της χωρικής μεταβλητότητας των τροποσφαιρικών στηλών των ατμοσφαιρικών αερίων σε ρυπασμένες περιοχές και η διερεύνηση της αντιπροσωπευτικότητας των επίγειων μετρήσεων υπό αυτές τις συνθήκες, και αφετέρου η μελέτη της απόκρισης των δορυφορικών οργάνων σε συνθήκες υψηλών επιπέδων τροποσφαιρικής ρύπανσης σε σχέση με την απόδοσή τους σε περιοχές με χαμηλή προς μέτρια τροποσφαιρική ρύπανση. Το κύριο πρόβλημα που προκύπτει κατά την σύγκριση επίγειων και δορυφορικών μετρήσεων είναι το διαφορετικό οπτικό πεδίο των δύο συστημάτων. Για να αντιμετωπισθεί αυτό, έγινε ανακατασκευή των δορυφορικών τροποσφαιρικών στηλών με τη βοήθεια προσομοιώσεων του περιφερειακού μοντέλου CAMx [ENVIRON, 2010], λεπτομερής περιγραφή του οποίου καθώς και δεδομένα προσομοίωσης παρουσιάζονται στο παραδοτέο 4.2. Η ανακατασκευή των δορυφορικών μετρήσεων έγινε μόνο για την περίπτωση του ΝΟ 2 για το οποίο παρατηρούνται και οι σημαντικότερες χωρικές διακυμάνσεις, ενώ χρησιμοποιήθηκαν μόνο δεδομένα του δορυφόρου OMI/Aura, ο οποίος χαρακτηρίζεται από σχετικά μικρό δορυφορικού ίχνος. Ο σχεδιασμός για την υλοποίηση των συστηματικών μετρήσεων και των εκστρατειών παρουσιάζεται αναλυτικά στο παραδοτέο 3.1, ενώ κάποιες επιπλέον πληροφορίες δίνονται και στην επόμενη παράγραφο. Επίσης, στο παρόν παραδοτέο παρουσιάζονται αποτελέσματα από τις συστηματικές μετρήσεις, καθώς και από τις μετρήσεις στα πλαίσια των εκστρατειών, αλλά και η σύγκρισή τους με τις αντίστοιχες χρονοσειρές των δορυφορικών δεδομένων. 3

4 Molecules cross sections Επίγειες μετρήσεις με τα συστήματα Φαέθων και σύγκριση με τα αντίστοιχα δορυφορικά δεδομένα Ανάλυση των μετρήσεων με τη μέθοδο της διαφορικής φασματικής απορρόφησης Για την ανάλυση των φασματικών μετρήσεων με τη μέθοδο DOAS και τον υπολογισμό των ατμοσφαιρικών στηλών χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό QDOAS [Danckaert et al., 2015]. Κάθε φασματική μέτρηση Ι(λ) συγκρίνεται με ένα φάσμα αναφοράς Ι REF (λ) σύμφωνα με την εξίσωση: n I( ( )) offset( ) ln j( ) SCD j P( ) 0 I REF( ) (1) j 1 όπου P(λ) είναι πολυώνυμο κατάλληλου βαθμού το οποίο αντιστοιχεί στην ομαλή συναρτήσει του μήκους κύματος εξασθένιση που υφίσταται η ακτινοβολία στην ατμόσφαιρα λόγω μοριακής και σωματιδιακής σκέδασης, σ j η ενεργός διατομή απορρόφησης και SCD j η πλάγια στήλη της συγκέντρωσης των επιμέρους αερίων που απορροφούν στην υπό εξέταση φασματική περιοχή. Στον Πίνακα Ι φαίνονται οι βασικές παράμετροι που χρησιμοποιήθηκαν στο λογισμικό QDOAS για τον προσδιορισμό της στήλης των αερίων ΝΟ 2 και HCHO. Πίνακας Ι: Βασικές παράμετροι που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάλυση των φασματικών μετρήσεων με το λογισμικό QDOAS. Atmospheric gas ΝΟ 2 HCHO Spectral window nm nm Fit parameters Polynomial Order 4 Order 5 Linear offset Order 2 Order 1 ΝΟ 2 298K (Vandaele et al., 1998) O 3 223K (Bogumil et al., 2003) O 4 296K (Greenblatt et al., 1990) H 2 O (HITRAN 2004) Ring (Chance and Spurr, 1997) HCHO 297K (Meller and Moortgat, 2000) ΝΟ 2 298K (Vandaele et al., 1998) O 3 223K (Serdyuchenko et al., 2014) O 3 243K (Serdyuchenko et al., 2014) O 4 293K (Thalman and Volkamer, 2013) BrO 223K (Fleischmann et al., 2004) Ring (Chance and Spurr, 1997) Selected reference spectrum Zenith spectrum of each elevation sequence Zenith spectrum of each elevation sequence 4

5 Από την ανάλυση προκύπτει η διαφορική πλάγια στήλη (DSCD) του αερίου. Κάθε κύκλος παρατηρήσεων της φασματικής έντασης της ακτινοβολίας (sky radiance) περιλαμβάνει μετρήσεις σε 11 διαφορετικές γωνίες ύψους (elevation angles), μεταξύ των οποίων και οι 90 ο που αντιστοιχούν στο ζενίθ του ουράνιου θόλου. Για την ανάλυση κάθε φάσματος χρησιμοποιήθηκε ως φάσμα αναφοράς η μέτρηση στο ζενίθ της αντίστοιχης αλληλουχίας μετρήσεων. Στην περίπτωση αυτή η στρατοσφαιρική συνιστώσα του αερίου είναι ίδια και για τα δύο φάσματα οπότε η διαφορική στήλη που προκύπτει αντιστοιχεί στην απορρόφηση από την ποσότητα τα αερίου που υπάρχει στην τροπόσφαιρα [Ma et al., 2012]. Για την μετατροπή τη πλάγιας στήλης σε κατακόρυφη στήλη, η οποία αποτελεί και το τελικό προϊόν για τη σύγκριση με τα δορυφορικά δεδομένα, υπολογίστηκαν και εφαρμόστηκαν κατάλληλοι συντελεστές που περιγράφουν την ενίσχυση της απορρόφησης της ακτινοβολίας λόγω συνδυασμού σκέδασης και απορρόφησης κατά τη διαδρομή της ακτινοβολίας στην τροπόσφαιρα (airmass factors, AMF). Για τον υπολογισμό των AMF για την περιοχή της Θεσσαλονίκης χρησιμοποιήθηκε το πακέτο μοντελοποίησης της διάδοσης της ηλιακής ακτινοβολίας libradtran 1.7 [Mayer et al., 2012]. Για την εφαρμογή του μοντέλου χρησιμοποιήθηκαν τυπικές μέσες κατακόρυφες τροποσφαιρικές κατανομές των αερίων ρύπων από τις προσομοιώσεις του περιφερειακού μοντέλου CAMx για τους τρεις σταθμούς μετρήσεων στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης (κέντρο, περιφερειακοί σταθμοί), καθώς και η μέση καθ ύψος κατανομή των αιωρούμενων σωματιδίων από μετρήσεις του συστήματος LIDAR που είναι εγκατεστημένο και λειτουργεί στο ΕΦΑ [Giannakaki et al., 2010]. Σύμφωνα με την εργασία των [Kazadzis et al., 2009] η μεταβλητότητα στη συγκέντρωση και την κατανομή των αιωρούμενων σωματιδίων μεταξύ των τριών σταθμών μπορεί να θεωρηθεί αμελητέα οπότε η ίδια κατανομή μπορεί με ασφάλεια να χρησιμοποιηθεί και στις τρεις περιπτώσεις. Από τις προσομοιώσεις του μοντέλου διάδοσης της ακτινοβολίας προέκυψαν πίνακες προσδιορισμού των AMF (Look-Up Tables, LUT) ως συνάρτηση της ηλιακής ζενίθιας γωνίας, της αζιμούθιας γωνίας παρατήρησης, της γωνίας ύψους και του οπτικού βάθους των αιωρούμενων σωματιδίων (Aerosol Optical Depth, AOD). Για τον προσδιορισμό από τα LUT του AMF που αντιστοιχεί σε κάθε μέτρηση των επίγειων συστημάτων στην περιοχή της Θεσσαλονίκης χρησιμοποιήθηκε η αντίστοιχη μέτρηση του AOD από το φασματοφωτόμετρο CIMEL του δικτύου AERONET [ που βρίσκεται εγκατεστημένο και λειτουργεί στο ΕΦΑ, θεωρώντας αμελητέα τη μεταβλητότητα στη συγκέντρωση των σωματιδίων μεταξύ των τριών σταθμών [Kazadzis et al., 2009]. Στην περίπτωση που ο αέριος ρύπος βρίσκεται κυρίως στην περιοχή της τροπόσφαιρας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό του AMF, με εξαίρεση τις πολύ χαμηλές γωνίες ύψους α, η γεωμετρική προσέγγιση: 1 sin AMF (2) a, trop Από την σύγκριση των AMF που υπολογίστηκαν με την βοήθεια της libradtran με αυτούς που υπολογίστηκαν από την γεωμετρική προσέγγιση προέκυψε το συμπέρασμα ότι η a 5

6 διαφορές μεταξύ των δύο είναι μικρές για γωνίες ύψους άνω των 10 ο και μπορούν να θεωρηθούν αμελητέες για γωνίες άνω των 12 ο. Στην παρούσα εργασία όλες οι συγκρίσεις έχουν γίνει για τις μετρήσεις που αντιστοιχούν σε γωνία ύψους 15 ο. Ως εκ τούτου και λόγω της έλλειψης πληροφοριών για τα αιωρούμενα σωματίδια, για τις μετρήσεις στην περιοχή της Πτολεμαΐδας δεν υπολογίστηκαν AMF από προσομοιώσεις αλλά χρησιμοποιήθηκε η γεωμετρική προσέγγιση. Συστηματική παρακολούθηση της ποιότητας αέρα στο κέντρο της Θεσσαλονίκης Οι συστηματικές μετρήσεις της τροποσφαιρικής στήλης των ατμοσφαιρικών αερίων στο κέντρο της Θεσσαλονίκης ξεκίνησαν αμέσως μετά την ολοκλήρωση της αναβάθμισης του πρωτότυπου συστήματος Φαέθων και συνεχίζονται μέχρι και σήμερα. Οι μετρήσεις αυτές πραγματοποιούνται στο δώμα του κτιρίου της Σχολής Θετικών Επιστημών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου της Θεσσαλονίκης, όπου και στεγάζεται το Εργαστήριο Φυσικής της Ατμόσφαιρας (ΕΦΑ). Στο Σχήμα 1 φαίνονται οι μέσες ωριαίες και μέσες ημερήσιες τιμές της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 όπως προέκυψαν από τις μετρήσεις του αναβαθμισμένου συστήματος Φαέθων #1 για την περίοδο Νοέμβριος 2013 Οκτώβριος Το κενό διάρκειας περίπου 1.5 μήνα που παρατηρείται στην χρονοσειρά οφείλεται σε τεχνικό πρόβλημα που προέκυψε στο ρομποτικό σύστημα παρακολούθησης (tracker) του οργάνου και είχε σαν αποτέλεσμα τον μη ακριβή προσανατολισμό του τηλεσκοπίου στη ζενίθια διεύθυνση. Το πρόβλημα αυτό μόλις έγινε αντιληπτό επιδιορθώθηκε και το σύστημα τέθηκε και πάλι σε κανονική λειτουργία. Σχήμα 1: Μέσες ωριαίες και μέσες ημερήσιες τιμές της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 από μετρήσεις του συστήματος Φαέθων #1 στο ΕΦΑ-ΑΠΘ. Οι μετρήσεις εμφανίζουν μία εποχική διακύμανση με τις μέγιστες τιμές να παρατηρούνται κατά την περίοδο του χειμώνα και τις ελάχιστες κατά την θερινή περίοδο. Η συμπεριφορά αυτή των συγκεντρώσεων του ΝΟ 2 είναι αναμενόμενη καθώς οι εκπομπές του αερίου κατά 6

7 τους χειμερινούς μήνες είναι αυξημένες λόγω της καύσης ορυκτών καυσίμων για θέρμανση αλλά και εξαιτίας της αυξημένης χρήσης των οχημάτων στο κέντρο της πόλης σε σχέση με τους θερινούς μήνες. Η μέση ημερήσια πορεία της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 (Σχήμα 2) χαρακτηρίζεται από μέγιστες συγκεντρώσεις κατά τις πρωινές ώρες, οι οποίες μειώνονται κατά την διάρκεια της ημέρας λόγω φωτοχημικής καταστροφής του ΝΟ 2 προς σχηματισμό Ο 3 και αυξάνονται πάλι καθώς πλησιάζει η δύση του ηλίου. Οι μεγάλες τυπικές αποκλίσεις των μέσων ωριαίων τιμών οφείλονται στην έντονη μεταβλητότητα που παρουσιάζουν οι συγκεντρώσεις του ΝΟ 2 στο κέντρο της πόλης τόσο εποχικά όσο και από μέρα σε μέρα, εξαιτίας της εξάρτησής τους από τα επίπεδα των εκπομπών αλλά και τις καιρικές συνθήκες (νεφοκάλυψη, ταχύτητα και διεύθυνση ανέμου, κ.λπ.). Σχήμα 2: Μέση ημερήσια πορεία της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 από μετρήσεις του συστήματος Φαέθων #1 στο ΕΦΑ-ΑΠΘ για την περίοδο Νοέμβριος 2013 Οκτώβριος Στο Σχήμα 3 παρουσιάζεται η σύγκριση των μετρήσεων της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 από το σύστημα Φαέθων #1 στο ΕΦΑ με τα αντίστοιχα δεδομένα των δορυφόρων OMI/Aura, GOME-2/MetOp-A και GOME-2/MetOp-B. Για την σύγκριση υπολογίστηκαν από τις επίγειες μετρήσεις μέσες τιμές για περίοδο 30 λεπτών πριν και μετά από την ώρα διέλευσης του κάθε δορυφόρου, ενώ χρησιμοποιήθηκαν μόνο οι δορυφορικές μετρήσεις που αντιστοιχούν σε ποσοστό νεφοκάλυψης 20%. Επιπλέον, δεν έχουν ληφθεί υπόψη οι δορυφορικές παρατηρήσεις που πραγματοποιήθηκαν με το κέντρο του ίχνους του δορυφόρου να βρίσκεται σε απόσταση >50km από τον επίγειο σταθμό ή/και όσες αντιστοιχούν σε ηλιακή ζενίθια γωνία >75 ο. Γενικά, τα δορυφορικά όργανα φαίνεται να υποεκτιμούν σημαντικά τις συγκεντρώσεις του ΝΟ 2 στο κέντρο της πόλης. Οι διαφορές μεταξύ επίγειων και δορυφορικών μετρήσεων είναι μεγαλύτερες κατά τους φθινοπωρινούς και χειμερινούς μήνες, ενώ μειώνονται σημαντικά κατά την θερινή περίοδο. Οι μετρήσεις των δορυφορικών οργάνων αντιπροσωπεύουν τη μέση συγκέντρωση των ρύπων στην έκταση που καλύπτει το υποδορυφορικό ίχνος, με 7

8 αποτέλεσμα τη μικρή συνεισφορά των τοπικά αυξημένων συγκεντρώσεων που παρατηρούνται στο ρυπασμένο κέντρο της Θεσσαλονίκης. Οι διαφορές που παρατηρούνται μεταξύ των τριών δορυφορικών οργάνων οφείλονται αφενός, και κατά κύριο λόγο, στις διαφορές των pixels τους και αφετέρου στην διαφορετική ώρα διέλευσής τους. Ο αισθητήρας Ozone Monitoring Instrument (OMI) που βρίσκεται τοποθετημένος στον δορυφόρο EOS-Aura έχει αποτύπωμα μεγέθους 13 km x 25 km στο ναδίρ, ενώ οι αισθητήρες Global Ozone Monitoring Experiment-2 (GOME-2) που πραγματοποιούν μετρήσεις από τους δορυφόρους MetOp-A και -B καλύπτουν περιοχή 80 km x 40 km. Συνεπώς, ο OMI έχει τη δυνατότητα καλύτερης ανίχνευσης των τοπικά αυξημένων συγκεντρώσεων πάνω από ρυπασμένες περιοχές όπως στην περίπτωση της Θεσσαλονίκης [Kramer et al., 2008], σε αντίθεση με τον αισθητήρα GOME-2, ο οποίος ανιχνεύει τη μέση τιμή του ρύπου σε μία μεγαλύτερη έκταση. Σχήμα 3: Σύγκριση της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 όπως μετρήθηκε από το σύστημα Φαέθων #1 στο κέντρο της Θεσσαλονίκης με τα αντίστοιχα δορυφορικά δεδομένα. Η αριστερή στήλη παρουσιάζει τις χρονοσειρές των μετρήσεων κατά την ώρα διέλευσης του δορυφόρου και η δεξιά στήλη τα αντίστοιχα διαγράμματα διασποράς. Οι επίγειες τιμές αφορούν την μέση τιμή των μετρήσεων ±30 λεπτά από την ώρα διέλευσης του δορυφόρου. Επιπλέον, ο OMI πραγματοποιεί μετρήσεις πάνω από την περιοχή της Θεσσαλονίκης κατά το τοπικό μεσημέρι (~10:30 UT), όταν οι συγκεντρώσεις του τροποσφαιρικού ΝΟ 2 έχουν κατά κανόνα ήδη μειωθεί εξαιτίας των φωτοχημικών διεργασιών και οι επίγειες τιμές είναι 8

9 σαφώς χαμηλότερες. Αντιθέτως, οι δορυφόροι GOME-2/MetOp-A και -B διέρχονται από την ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης κατά τις πρωινές ώρες (μεταξύ 7:30-9:00 UT), όταν οι τοπικές συγκεντρώσεις στο κέντρο της πόλης είναι συνήθως πολύ αυξημένες. Ως εκ τούτου, οι επίγειες μετρήσεις του συστήματος Φαέθων παρουσιάζουν καλύτερη συμφωνία με τις μετρήσεις του OMI/Aura. Σχήμα 4: Μέσες ωριαίες και μέσες ημερήσιες τιμές της στήλης της HCHO από μετρήσεις του συστήματος Φαέθων #1 στο ΕΦΑ-ΑΠΘ. Σχήμα 5: Μέση ημερήσια πορεία της στήλης της HCHO από μετρήσεις του συστήματος Φαέθων #1 στο ΕΦΑ-ΑΠΘ για την περίοδο Νοέμβριος 2013 Ιούνιος Σε ό,τι αφορά την HCHO, από τις μετρήσεις με το σύστημα Φαέθων #1 στο κέντρο της Θεσσαλονίκης (Σχήμα 4) δεν παρατηρείται κάποια εποχικότητα. Ο μεγάλος θόρυβος καθώς και οι αρνητικές τιμές που παρατηρούνται τον Οκτώβριο του 2014 και την περίοδο Ιούλιος- Οκτώβριος 2015 οφείλονται σε κάποια προβλήματα που προέκυψαν στην απόκριση του οργάνου στην φασματική περιοχή που γίνεται η ανάλυση για την HCHO. Οι μετρήσεις από 9

10 τον Ιούλιο έως και τον Οκτώβριο του 2015 δεν έχουν ληφθεί υπόψη στον υπολογισμό της μέσης ημερήσιας πορείας και στη σύγκριση με τις αντίστοιχες δορυφορικές παρατηρήσεις. Επιπλέον της έλλειψης εποχικότητας, η HCHO παρουσιάζει μία σταθερή μέση ημερήσια πορεία (Σχήμα 5), με τις μεγαλύτερες συγκεντρώσεις και τις μεγαλύτερες τυπικές αποκλίσεις να παρατηρούνται νωρίς το πρωί και αργά το απόγευμα. Η κύρια πηγή ανθρωπογενών εκπομπών της HCHO στο αστικό περιβάλλον είναι η κυκλοφορία των οχημάτων. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της ημέρας η HCHO καταστρέφεται λόγω φωτόλυσης και συμμετέχει σε αντιδράσεις οξείδωσης με τη ρίζα υδροξυλίου (ΟΗ). Σχήμα 6: Σύγκριση της στήλης της HCHO όπως μετρήθηκε από το σύστημα Φαέθων #1 στο κέντρο της Θεσσαλονίκης με τα αντίστοιχα δορυφορικά δεδομένα. Η αριστερή στήλη παρουσιάζει τις χρονοσειρές των μετρήσεων κατά την ώρα διέλευσης του δορυφόρου και η δεξιά στήλη τα αντίστοιχα διαγράμματα διασποράς. Οι επίγειες τιμές αφορούν την μέση τιμή των μετρήσεων ±30 λεπτά από την ώρα διέλευσης του δορυφόρου. Για την σύγκριση των επίγειων και δορυφορικών δεδομένων HCHO χρησιμοποιήθηκαν τα ίδια κριτήρια και η ίδια μεθοδολογία όπως στην περίπτωση των μετρήσεων της στήλης του ΝΟ2. Οι δορυφορικές μετρήσεις της HCHO συμφωνούν αρκετά με τις αντίστοιχες μετρήσεις του συστήματος Φαέθων στο κέντρο της Θεσσαλονίκης (Σχήμα 6). Ωστόσο, ο GOME- 2/Metop-A φαίνεται να υπερεκτιμά σε κάποιες περιπτώσεις τη στήλη της HCHO, ακόμη και σε σχέση με τον GOME-2/Metop-B. Το γεγονός αυτό μπορεί να οφείλεται σε κάποιο 10

11 πρόβλημα που σχετίζεται με την βαθμονόμηση του οργάνου, εφόσον και στους δύο δορυφόρους οι αισθητήρες και το οπτικό πεδίο είναι ίδια, οι διαφορές στην ώρα διέλευσης είναι μικρές και χρησιμοποιείται ο ίδιος αλγόριθμος για την εκτίμηση της στήλης της HCHO. Να σημειωθεί εδώ ότι ο προσδιορισμός της φορμαλδεΰδης εξακολουθεί να αποτελεί αντικείμενο έρευνας ως προς τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων που χρησιμοποιούνται στην ανάλυσης DOAS. Πειραματική εκστρατεία στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης Παράλληλα με τις συστηματικές μετρήσεις του συστήματος Φαέθων #1 στο ΕΦΑ, το σύστημα Φαέθων #2 εγκαταστάθηκε στην περιοχή της Επανομής, περίπου 26 km νότια από το κέντρο της πόλης της Θεσσαλονίκης, όπου πραγματοποίησε μετρήσεις για χρονικό διάστημα τριών μηνών (Νοέμβριος 2014 Ιανουάριος 2015). Στα μέσα περίπου του Ιανουαρίου 2015 εγκαταστάθηκε το σύστημα Φαέθων #3 στο Αλεξάνδρειο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα της Θεσσαλονίκης (ΑΤΕΙΘ), το οποίο βρίσκεται στα δυτικά προάστια της Θεσσαλονίκης, σε απόσταση περίπου 13 km δυτικά του κέντρου, όπου και πραγματοποίησε μετρήσεις μέχρι και τις αρχές Μαΐου του ίδιου έτους. 13 km 26 km Εικόνα 1: Χάρτης της ευρύτερης περιοχής της Θεσσαλονίκης. Διακρίνονται οι τρεις σταθμοί μετρήσεων, ΕΦΑ-ΑΠΘ (UC), Επανομή (RC) και ΑΤΕΙΘ (IC) και αναγράφονται οι αποστάσεις των περιφερειακών σταθμών με τον σταθμό στο κέντρο της πόλης. Στην Εικόνα 1 παρουσιάζοντα οι θέσεις μέτρησης, ενώ στην Εικόνα 2 φωτογραφίες των οργάνων σε κάθε θέση. Οι θέσεις των μετρήσεων επιλέχθηκαν κατά τέτοιο τρόπο ώστε αφενός να βρίσκονται σε αποστάσεις συγκρίσιμες ή μικρότερες των διαστάσεων ενός τυπικού ίχνους του δορυφόρου και αφετέρου να χαρακτηρίζονται από διαφορετικές συνθήκες ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Έτσι, το ΕΦΑ που βρίσκεται στο κέντρο της Θεσσαλονίκης αντιπροσωπεύει αστικές συνθήκες (urban conditions, UC), ενώ οι σταθμοί 11

12 των ΑΤΕΙΘ και της Επανομής ημιαστικές (suburban conditions, SC) και αγροτικές συνθήκες (rural conditions, RC) αντίστοιχα. Εικόνα 2: Φωτογραφίες των τριών συστημάτων Φαέθων στους σταθμούς της ευρύτερης περιοχής της Θεσσαλονίκης, ΕΦΑ-ΑΠΘ (αριστερά), Επανoμή (επάνω-δεξιά) και ΑΤΕΙΘ (κάτω-δεξιά). Σχήμα 7: Μέσες ωριαίες (επάνω) και μέσες ημερήσιες (κάτω) τιμές της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 από μετρήσεις των τριών συστημάτων Φαέθων στο ΕΦΑ-ΑΠΘ (UC), στο ΤΕΙ Θεσσαλονίκης (SC) και στην περιοχή της Επανoμής (RC). Στο Σχήμα 7 παρουσιάζονται οι μέσες ωριαίες και οι μέσες ημερήσιες τιμές της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 για τις τρεις επιμέρους περιοχές. Παρατηρείται ότι οι συγκεντρώσεις στο κέντρο της πόλης είναι πολύ μεγαλύτερες σε σχέση με αυτές που 12

13 μετρήθηκαν στο ΑΤΕΙΘ και στην περιοχή της Επανομής με τις μεγαλύτερες διαφορές να εντοπίζονται κατά του χειμερινούς μήνες. Επιπλέον, οι μετρήσεις στο ΕΦΑ παρουσιάζουν έντονες διακυμάνσεις τόσο στην ημερήσια πορεία όσο και από μέρα σε μέρα. Τα επίπεδα των συγκεντρώσεων στις δύο περιοχές εκτός του αστικού κέντρου είναι γενικά συγκρίσιμα. Ωστόσο, η ημιαστική περιοχή (ΑΤΕΙΘ) φαίνεται να επηρεάζεται από τις υψηλές συγκεντρώσεις της πόλης ή άλλων τοπικών πηγών όταν οι καιρικές συνθήκες το ευνοούν, αφού κάποιες ημέρες οι τιμές του ΝΟ 2 φαίνονται υψηλότερες των συνηθισμένων, ενώ σε αρκετές περιπτώσεις ξεπερνούν ακόμη και αυτές του ΕΦΑ (Σχήμα 8). Αυτό είναι γενικά αναμενόμενο εφόσον η απόσταση του ΑΤΕΙΘ από το κέντρο είναι σαφώς μικρότερη από την απόσταση της Επανομής, και επιπλέον γειτνιάζει περισσότερο με την βιομηχανική περιοχή της Θεσσαλονίκης, παρότι η βιομηχανική δραστηριότητα έχει πλέον περιοριστεί δραστικά κατά την τελευταία πενταετία. Είναι επίσης εμφανής ή γενική τάση μείωσης των συγκεντρώσεων του ΝΟ 2 από το χειμώνα προς το καλοκαίρι στο κέντρο της πόλης και ίσως στην περιοχή του ΑΤΕΙΘ. Θα πρέπει να σημειωθεί εδώ ότι η κοινή περίοδος λειτουργίας και των τριών συστημάτων είναι μικρή, λόγω τεχνικών προβλημάτων που παρουσιάστηκαν κατά την περίοδο αυτή. Σχήμα 8: Ποσοστιαίες σχετικές διαφορές των μέσων ωριαίων και ημερήσιων τιμών του τροποσφαιρικού ΝΟ 2 για τους σταθμούς ΤΕΙ (SC) και Επανομή (RC) σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές που μετρήθηκαν στο κέντρο της Θεσσαλονίκης (UC). Οι μέσες ημερήσιες πορείες για τις περιόδους των πειραματικών εκστρατειών παρουσιάζουν διαφορετική εικόνα μεταξύ των τριών σταθμών (Σχήμα 9). Ωστόσο, αυτές οι ημερήσιες πορείες είναι απλά ενδεικτικές εφόσον αφορούν διαφορετικές χρονικές περιόδους ολίγων μηνών και δεν περιλαμβάνουν μετρήσεις από τη θερινή περίοδο. Κοινό χαρακτηριστικό είναι η εμφάνιση των ελαχίστων συγκεντρώσεων μετά το τοπικό μεσημέρι, ενώ εμφανίζονται δύο μέγιστα το πρωί και αργά το απόγευμα, τα οποία συνδέονται με την ημερήσια διακύμανση των πηγών ΝΟ 2. 13

14 Σχήμα 9: Μέση ημερήσια πορεία του τροποσφαιρικού ΝΟ 2 από τα συστήματα Φαέθων στο κέντρο της Θεσσαλονίκης (UC), στην περιοχή του ΤΕΙ Θεσσαλονίκης (SC) και στην περιοχή της Επανομής (RC) για τα χρονικά διαστήματα υλοποίησης των πειραματικών εκστρατειών. Για κάθε μία από τις τρεις παραπάνω περιοχές συλλέχθηκαν τα αντίστοιχα δεδομένα και κατασκευάστηκαν χρονοσειρές για τους τρεις δορυφορικούς αισθητήρες, OMI/Aura, GOME-2/MetOp-A και -B. Από τις μετρήσεις των τριών σταθμών υπολογίστηκαν μέσες τιμές σε μία χρονική περίοδο ±30 λεπτών γύρω από την ώρα διέλευσης του κάθε δορυφόρου. Για τις συγκρίσεις έχουν ληφθεί υπόψη μόνο οι δορυφορικές μετρήσεις που αντιστοιχούν σε ποσοστό νεφοκάλυψης 20% και ηλιακή ζενίθια γωνία 75 ο. Ένα επιπλέον κριτήριο είναι το κέντρο του ίχνους του δορυφόρου να βρίσκεται σε απόσταση 50 km. Τα αποτελέσματα των συγκρίσεων επίγειων και δορυφορικών μετρήσεων της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 παρουσιάζονται στο Σχήμα 10. Η εικόνα για το κέντρο της Θεσσαλονίκης είναι ίδια με αυτήν που παρουσιάζεται στο Σχήμα 3 της προηγούμενης παραγράφου. Η σύγκριση των μετρήσεων του ΝΟ 2 των συστημάτων Φαέθων με τις αντίστοιχες μετρήσεις των δορυφόρων για τους άλλους δύο περιφερειακούς σταθμούς είναι εμφανώς πολύ καλύτερη, με εξαίρεση κάποιες μεμονωμένες περιπτώσεις πρωινών αυξημένων συγκεντρώσεων στο ΑΤΕΙΘ, οι οποίες αποτυπώνονται στις μετρήσεις του επίγειου συστήματος αλλά δεν ανιχνεύονται από τους δορυφόρους GOME-2. Από τα διαγράμματα διασποράς φαίνεται ότι η καλύτερη συμφωνία παρουσιάζεται για τις περιφερειακές περιοχές και ιδιαίτερα για το δορυφόρο ΟΜΙ, ο οποίος διαθέτει και το μικρότερο ίχνος. Στον Πίνακα ΙΙ είναι συνοψίζονται οι μέσες διαφορές των επίγειων μετρήσεων τροποσφαιρικού ΝΟ 2 από τις αντίστοιχες δορυφορικές για κάθε δορυφορικό όργανο και κάθε επίγειο σταθμό. Οι μεγαλύτερες διαφορές παρατηρούνται, όπως είναι αναμενόμενο, στο κέντρο της πόλης. Επιπλέον, οι διαφορές των συστημάτων Φαέθων με τους αισθητήρες GOME-2 είναι μεγαλύτερες σε σχέση με τις αντίστοιχες διαφορές Φαέθων-OMI, γεγονός 14

15 που μπορεί να αποδοθεί στο διαφορετικό μέγεθος του ίχνους των δύο αισθητήρων αλλά και στην διαφορετική ώρα διέλευσης, όπως συζητήθηκες στην προηγούμενη ενότητα. Η αρνητική μέση τιμή που για το ΑΤΕΙΘ και το δορυφόρο ΟΜΙ πιθανώς οφείλεται στη μικρή απόσταση από το κέντρο της πόλης, με συνέπεια οι μετρήσεις του OMI να επηρεάζονται από τις υψηλές αστικές συγκεντρώσεις όταν το κέντρο του ίχνους του δορυφόρου βρίσκεται κοντά στο κέντρο. Σε αυτό συμβάλλει και το ορθογώνιο σχήμα του ίχνους του OMI (13 km x 25 km), του οποίου το μήκος εκτείνεται κατά γεωγραφικό πλάτος και αυξάνει ανάλογα με το πόσο αποκλίνει η διεύθυνση της μέτρησης από την κατακόρυφο (ναδίρ). Σχήμα 10: Σύγκριση δορυφορικών και επίγειων μετρήσεων της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 για τους τρεις σταθμούς μετρήσεων στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης, ΕΦΑ (UC), Επανομή (RC) και ΑΤΕΙΘ (SC), με τα συστήματα Φαέθων. Αριστερά: Χρονοσειρά των δορυφορικών μετρήσεων και μέσες επίγειες τιμές ±30 λεπτά γύρω από την ώρα διέλευσης του δορυφόρου. Δεξιά: Διαγράμματα διασποράς μεταξύ επίγειων και δορυφορικών μετρήσεων. 15

16 Πίνακας ΙΙ: Μέση διαφορά της επίγειας τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 από την δορυφορικά μετρημένη στήλη για κάθε έναν από τους τρεις σταθμούς μετρήσεων με τα συστήματα Φαέθων στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης. Phaethon NO2 tropvcd difference GOME-2 GOME-2 from satellite column (molec/cm 2 OMI/Aura ) /MetOp-A /MetOp-B LAP-AUTH (UC) x x x Epanomi (RC) x x x ATEITH (SC) x x x Σχήμα 11: Μέσες ωριαίες (επάνω) και μέσες ημερήσιες (κάτω) τιμές της στήλης της HCHO από μετρήσεις των τριών συστημάτων Φαέθων στο ΕΦΑ-ΑΠΘ (UC), στο ΤΕΙ Θεσσαλονίκης (SC) και στην περιοχή της Επανομής (RC). Σε αντίθεση με την τροποσφαιρική στήλη του NO 2 οι μετρήσεις της HCHO δεν δείχνουν να διαφοροποιούνται σημαντικά στις τρεις περιοχές (Σχήματα 11 και 12), με εξαίρεση ορισμένες μετρήσεις στην υποαστική περιοχή, κυρίως κατά την περίοδο της άνοιξης και τις απογευματινές ώρες. Φαίνεται λοιπόν ότι επειδή η HCHO έχει γενικά μικρό χρόνο ζωής και καταστρέφεται παρουσία ηλιακής ακτινοβολίας, οι συγκεντρώσεις της δεν επηρεάζονται σημαντικά από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της κάθε μιας από τις τρεις υπό μελέτη περιοχές. 16

17 Σχήμα 12: Μέση ημερήσια πορεία της στήλης της HCHO όπως μετρήθηκε από τα συστήματα Φαέθων στο κέντρο της Θεσσαλονίκης (UC), στην περιοχή του ΤΕΙ Θεσσλονίκης (SC) και στην περιοχή της Επανομής (RC) για το χρονικό διάστημα υλοποίησης της πειραματικής εκστρατείας. Για την συλλογή των αντίστοιχων δορυφορικών δεδομένων HCHO και τη σύγκριση με τις μετρήσεις των συστημάτων Φαέθων για κάθε μία από τις τρεις περιοχές ακολουθήθηκε η ίδια διαδικασία όπως στην περίπτωση του NO 2. Τα αποτελέσματα των συγκρίσεων επίγειων και δορυφορικών μετρήσεων της στήλης της HCHO παρουσιάζονται στο Σχήμα 13. Στον Πίνακα ΙΙΙ παρουσιάζονται οι μέσες διαφορές των επίγειων μετρήσεων HCHO από τις αντίστοιχες δορυφορικές εκτιμήσεις για κάθε περιοχή και κάθε δορυφορικό όργανο ξεχωριστά. Φαίνεται ότι τόσο ο δορυφορικός αισθητήρας OMI όσο και ο GOME-2/Metop-B ανιχνεύουν ικανοποιητικά τη στήλη της HCHO, παρά το γεγονός ότι ο αέριος αυτός ρύπος βρίσκεται συγκεντρωμένος χαμηλά στην τροπόσφαιρα. Επιπλέον, η HCHO απορροφά την ηλιακή ακτινοβολία στην υπεριώδη περιοχή από την οποία μόνο ένα μικρό ποσοστό επιστρέφει μέσω σκέδασης πίσω στο διάστημα όπου ανιχνεύεται από τον δορυφόρο. Πίνακας ΙΙΙ: Μέση διαφορά της επίγειας στήλης της HCHO από την δορυφορικά μετρημένη στήλη για κάθε έναν από τους τρεις σταθμούς μετρήσεων με τα συστήματα Φαέθων στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης. Phaethon HCHO VCD difference GOME-2 GOME-2 from satellite column (molec/cm 2 OMI/Aura ) /MetOp-A /MetOp-B LAP-AUTH (UC) x x x Epanomi (RC) x x x ATEITH (SC) x x x Οι μετρήσεις του δορυφόρου OMI/Aura φαίνεται να συμφωνούν περισσότερο με τις επίγειες μετρήσεις των συστημάτων Φαέθων, ενώ οι μεγαλύτερες διαφορές μεταξύ 17

18 δορυφορικών και επίγειων μετρήσεων για κάθε σταθμό παρατηρούνται και πάλι στην περίπτωση του GOME-2/Metop-A. Σχήμα 13: Σύγκριση δορυφορικών και επίγειων μετρήσεων της στήλης της HCHO για τους τρεις σταθμούς μετρήσεων στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης, ΕΦΑ (UC), Επανομή (RC) και ΑΤΕΙΘ (SC), με τα συστήματα Φαέθων. Αριστερά: Χρονοσειρά των δορυφορικών μετρήσεων και μέσες επίγειες τιμές ±30 λεπτά γύρω από την ώρα διέλευσης του δορυφόρου. Δεξιά: Διαγράμματα διασποράς μεταξύ επίγειων και δορυφορικών μετρήσεων. Πειραματική εκστρατεία στην βιομηχανική περιοχή της Πτολεμαΐδας Τα συστήματα Φαέθων #1 και #3 εγκαταστάθηκαν στην ευρύτερη περιοχή της Πτολεμαΐδας στις 25 Αυγούστου του 2015, όπου και πραγματοποίησαν μετρήσεις έως και τις 14 Σεπτεμβρίου του ίδιου έτους, δηλαδή συνολικά για σχεδόν 3 εβδομάδες. Παρά τη μικρή χρονική διάρκεια της εκστρατείας, προέκυψε επαρκής αριθμός κοινών παρατηρήσεων μεταξύ των συστημάτων Φαέθων και των δορυφόρων, επειδή οι καιρικές συνθήκες ήταν πολύ ευνοϊκές και η νεφοκάλυψη εξαιρετικά μικρή σχεδόν καθ όλη την περίοδο των μετρήσεων. 18

19 15 km Εικόνα 3: Χάρτης της ευρύτερης περιοχής της Πτολεμαΐδας. Οι δύο θέσεις όπου πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις κατά την διάρκεια της πειραματικής εκστρατείας βρίσκονται στην πόλη της Πτολεμαΐδας (UC) και κοντά στον ατμοηλεκτρικό σταθμό (ΑΗΣ) Καρδιάς της ΔΕΗ (IC) αντίστοιχα. Εικόνα 4: Φωτογραφία του συστήματος Φαέθων #1 στην πόλη της Πτολεμαΐδας (δεξιά) και του συστήματος Φαέθων #3 πλησίον του ΑΗΣ Καρδίας (άνω-αριστερά). Στην κάτω-αριστερά φωτογραφία διακρίνεται ο ΑΗΣ Καρδιάς όπως φαίνεται από τη θέση λειτουργίας του συστήματος Φαέθων #3. 19

20 Δυστυχώς λόγω τεχνικών προβλημάτων και δυσχερειών στην ανεύρεση ασφαλών χώρων για την εγκατάσταση των συστημάτων, δεν κατέστη δυνατό να υλοποιηθεί νωρίτερα η πειραματική εκστρατεία στην Πτολεμαΐδα, όπως είχε αρχικά προγραμματιστεί (παραδοτέο 3.1). Επιπλέον, λόγω τεχνικών προβλημάτων, δεν υπήρξε η δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί και το τρίτο σύστημα, χωρίς όμως αυτό να δημιουργήσει προβλήματα στην επίτευξη των αντικειμενικών στόχων της συγκεκριμένης δράσης. Πέραν αυτών των δυσκολιών, η εκστρατεία πραγματοποιήθηκε σύμφωνα με τον αρχικό σχεδιασμό, ο οποίος περιγράφηκε στο παραδοτέο 3.1. Σχήμα 14: Μέσες ωριαίες (άνω) και μέσες ημερήσιες (κάτω) τιμές της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 από μετρήσεις των συστημάτων Φαέθων #1 και #3 στην πόλη της Πτολεμαΐδας (UC) και στην περιοχή του ΑΗΣ Καρδιάς (IC) αντίστοιχα. Πιο συγκεκριμένα, το σύστημα Φαέθων #1 εγκαταστάθηκε στο δώμα του μουσικού γυμνασίου-λυκείου Πτολεμαΐδας (Εικόνες 3 και 4), το οποίο βρίσκεται στη νότια είσοδο της πόλης σε μία περιοχή που χαρακτηρίζεται κυρίως από συνθήκες αστικής ατμοσφαιρικής ρύπανσης (UC). Παράλληλα, το σύστημα Φαέθων #3 τοποθετήθηκε στο δώμα των εγκαταστάσεων μίας τοπικής επιχείρησης, η οποία βρίσκεται σε πολύ μικρή απόσταση από τον ατμοηλεκτρικό σταθμό (ΑΗΣ) Καρδιάς της ΔΕΗ (Εικόνες 3 και 4) και, ως εκ τούτου, χαρακτηρίζεται από βιομηχανικές συνθήκες ατμοσφαιρικής ρύπανσης (industrial conditions, IC). Λόγω της γειτνίασης με τον ΑΗΣ Καρδίας, συχνά η διεύθυνση των μετρήσεων σε αυτή τη θέση συναντά τους θυσάνους εκπομπών αερίων ρύπων. Και τα δύο σημεία μετρήσεων πληρούν τη βασική προϋπόθεση της ανεμπόδιστης παρακολούθησης της διάχυτης ατμοσφαιρικής ακτινοβολίας για ικανοποιητικά μεγάλο ποσοστό του 20

21 ουράνιου θόλου, ενώ ταυτόχρονα χαρακτηρίζονται από διαφορετικές ατμοσφαιρικές συνθήκες και βρίσκονται εντός ενός τυπικού δορυφορικού ίχνους. Πράγματι και από τις δύο θέσεις ήταν δυνατή η στόχευση τόσο κατά πλάτος όσο και κατά μήκος της κοιλάδας Κοζάνης-Πτολεμαΐδας, έτσι ώστε οι μετρήσεις να αντιπροσωπεύουν το συνολικό φόρτο ρύπανσης σε διάφορες διευθύνσεις. Σχήμα 15: Διαφορές των μέσων ωριαίων και ημερήσιων μετρήσεων της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 στον ΑΗΣ Καρδιάς (IC) από τις αντίστοιχες μετρήσεις στην πόλη της Πτολεμαΐδας (UC). Στο Σχήμα 14 παρουσιάζονται οι μέσες ωριαίες και μέσες ημερήσιες τιμές της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2, όπως προέκυψαν από τις μετρήσεις των δύο συστημάτων Φαέθων στην πόλη της Πτολεμαΐδας και στον ΑΗΣ Καρδιάς. Οι συγκεντρώσεις του ΝΟ 2 στην περιοχή του ΑΗΣ Καρδίας είναι κατά μέσο όρο περίπου 4 φορές υψηλότερες σε σχέση με αυτές στην Πτολεμαΐδα, ενώ παρουσιάζουν έντονες διακυμάνσεις τόσο στην ημερήσια πορεία όσο και από μέρα σε μέρα. ΟΙ διακυμάνσεις αυτές οφείλονται στη μεγάλη χωρική μεταβλητότητα της ρύπανσης λόγω των τοπικών εκπομπών του ΑΗΣ, σε συνδυασμό με τις διαφορετικές αζιμούθιες γωνίες στόχευσης του συστήματος Φαέθων #3 κατά τη διάρκεια της ημέρας. Αντίθετα στην Πτολεμαΐδα οι πηγές ρύπων είναι πιο ομογενείς με αποτέλεσμα τη σχετική συρρίκνωση της μεταβλητότητας ων μετρήσεων. Οι απόλυτες διαφορές της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 μεταξύ των δύο θέσεων παρουσιάζονται στο Σχήμα 15. Η μεγάλη διαφοροποίηση των μετρήσεων μεταξύ των δύο θέσεων ενισχύει την πεποίθηση ότι οι δορυφορικές παρατηρήσεις σε περιοχές με αυτά τα χαρακτηριστικά (μεγάλη χωρική μεταβλητότητα της αέριας ρύπανσης) δεν μπορούν να ανιχνεύσουν τις υψηλές συγκεντρώσεις που παρουσιάζονται κοντά στις πηγές των ρύπων. Λόγω της μεγάλης έκτασης του δορυφορικού ίχνους η ένταση της ακτινοβολίας που δέχεται το δορυφορικό όργανο αντιπροσωπεύει τη μέση ένταση που οπισθοσκεδάζεται από μία μεγάλη περιοχή ομαλοποιώντας προς τα κάτω τη μέση απορρόφηση της ακτινοβολίας. 21

22 Τέλος αξίζει να σημειωθεί ότι οι συγκεντρώσεις του ΝΟ 2 στην πόλη της Πτολεμαΐδας είναι γενικά χαμηλότερες συγκριτικά με αυτές που παρουσιάζονται στην πόλη της Θεσσαλονίκης (Σχήμα 1), ωστόσο πρέπει να συνυπολογιστεί και το διαφορετικό μέγεθος της πόλης αλλά και η περίοδος του έτους κατά την οποία πραγματοποιήθηκαν οι μετρήσεις. Στο Σχήμα 16 παρουσιάζεται ενδεικτικά η μέση ημερήσια πορεία της στήλης του ΝΟ 2 για τους δύο σταθμούς και για την χρονική περίοδο των μετρήσεων. Οι τροποσφαιρική συγκέντρωση του ΝΟ 2 φαίνεται να ακολουθεί διαφορετική πορεία κατά τη διάρκεια της ημέρας στις δύο περιοχές. Στην πόλη της Πτολεμαΐδας παρατηρείται μία σαφής αύξηση των συγκεντρώσεων από το πρωί προς το απόγευμα, ενώ στην περιοχή του σταθμού της ΔΕΗ η πορεία των συγκεντρώσεων είναι αντίστροφη. Και στις δύο περιοχές εντοπίζεται ένα σχετικό μέγιστο τις μεσημβρινές ώρες, αλλά και μία αυξητική τάση προς τις νυχτερινές ώρες. Σχήμα 16: Μέση ημερήσια πορεία της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 από τα συστήματα Φαέθων στην Πτολεμαΐδα (UC) και στην περιοχή του ατμοηλεκτρικού σταθμού της ΔΕΗ (IC). Ομοίως με τις πειραματικές μετρήσεις στη Θεσσαλονίκη, για κάθε έναν από τους δύο σταθμούς στην περιοχή της Πτολεμαΐδας συλλέχθηκαν τα αντίστοιχα δεδομένα και κατασκευάστηκαν χρονοσειρές για τους τρεις δορυφορικούς αισθητήρες, OMI/Aura, GOME-2/MetOp-A και -B. Από τις επίγειες μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν σε μία χρονική περίοδο ±30 λεπτών γύρω από την ώρα διέλευσης του κάθε δορυφόρου υπολογίστηκαν μέσες τιμές. Για τις συγκρίσεις έχουν ληφθεί υπόψη μόνο οι δορυφορικές μετρήσεις που αντιστοιχούν σε ηλιακή ζενίθια γωνία 75 ο και απόσταση μεταξύ του κέντρου του δορυφορικού ίχνους και του σταθμού 50 km, ώστε να διασφαλιστεί, κατά το δυνατόν, ότι το δορυφορικό όργανο ανιχνεύει την απορρόφηση της οπισθοσκεδαζόμενης ακτινοβολίας από ρύπους που βρίσκονται στο εσωτερικό της κοιλάδας. Το όριο για το ποσοστό νεφοκάλυψης τέθηκε αυτή τη φορά στην τιμή 0.3 αντί 0.2 για να αυξηθεί ο αριθμός των παρατηρήσεων, ο οποίος είναι περιορισμένος λόγω της σχετικά μικρής χρονικής διάρκειας της εκστρατείας. 22

23 Σχήμα 17: Σύγκριση δορυφορικών και επίγειων μετρήσεων της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 για την πόλη της Πτολεμαΐδας(UC) και τον ΑΗΣ Καρδιάς (IC). Αριστερά: Χρονοσειρά των δορυφορικών μετρήσεων και μέσες επίγειες τιμές ±30 λεπτά γύρω από την ώρα διέλευσης του δορυφόρου. Δεξιά: Διαγράμματα διασποράς μεταξύ επίγειων και δορυφορικών μετρήσεων. Τα αποτελέσματα των συγκρίσεων επίγειων και δορυφορικών μετρήσεων της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 παρουσιάζονται στο Σχήμα 17, και συνοψίζονται στον Πίνακα ΙΙΙ. Η σύγκριση για τις μετρήσεις της Πτολεμαΐδας είναι εμφανώς καλύτερη σε σχέση με αυτές στον ΑΗΣ Καρδίας, όπως αναμενόταν και από τα αποτελέσματα του Σχήματος 15. Και τα τρία δορυφορικά όργανα αδυνατούν να ανιχνεύσουν τις υψηλές συγκεντρώσεις που παρουσιάζονται στην περιοχή του ΑΗΣ, με εξαίρεση ελάχιστες περιπτώσεις όπου οι συγκεντρώσεις του ΝΟ 2 στη θέση αυτή (IC) είναι μικρές, λόγω μετεωρολογικών ή άλλων συνθηκών έκθεσης. Σημαντικές διαφορές παρατηρούνται όμως ακόμη και στην περίπτωση της Πτολεμαΐδας, όπως προκύπτει από τις μέσες διαφορές του Πίνακα ΙV. Ο αισθητήρας OMI είναι πιο ευαίσθητος στις τοπικά μεγάλες συγκεντρώσεις ΝΟ 2 της βιομηχανικής περιοχής στον ΑΗΣ Καρδιάς, με αποτέλεσμα οι μέσες διαφορές να διαφέρουν κατά περίπου 4 φορές μεταξύ των δύο θέσεων. Αντίθετα, για τον αισθητήρα GOME-2 οι διαφορές μεταξύ των δύο θέσεων εκτινάσσονται, σε 10 φορές για τον GOME-2 /MetOp-A και 30 φορές για 23

24 τον GOME-2 /MetOp-Β. Να σημειωθεί εδώ ότι επειδή το ίχνος του GOME-2 είναι πολύ μεγαλύτερο του μεγέθους της κοιλάδας, οι μετρήσεις του επηρεάζονται σημαντικότερα από τις από τις χαμηλές συγκεντρώσεις των περιοχών εκτός της κοιλάδας. Τα αποτελέσματα των συγκρίσεων συμφωνούν, ποιοτικά, με τα αποτελέσματα για το κέντρο της Θεσσαλονίκης που συζητήθηκαν στην προηγούμενη ενότητα. Πίνακας ΙV: Μέση διαφορά στην επίγεια τροποσφαιρική στήλη του ΝΟ 2 από την δορυφορικά μετρημένη στήλη για τους δύο σταθμούς μετρήσεων με τα συστήματα Φαέθων στην περιοχή της Πτολεμαΐδας. Phaethon NO2 tropvcd difference GOME-2 GOME-2 from satellite column (molec/cm 2 OMI/Aura ) /MetOp-A /MetOp-B Ptolemaida (UC) x x x DEI (IC) x x x Ανακατασκευή των δορυφορικών εκτιμήσεων με τη χρήση περιφερειακού μοντέλου Για να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα των διαφορετικών οπτικών πεδίων μεταξύ των επίγειων και των δορυφορικών συστημάτων χρησιμοποιήθηκαν προσομοιώσεις της συγκέντρωσης του ΝΟ 2 από το περιφερειακό μοντέλο CAMx για την ανακατασκευή των δορυφορικών παρατηρήσεων ώστε να καταστούν συγκρίσιμες με τις επίγειες. Οι προσομοιώσεις αυτές πραγματοποιήθηκαν για τις ευρύτερες περιοχές της Θεσσαλονίκης και της Πτολεμαΐδας σε υψηλή χωρική ανάλυση και για τις χρονικές περιόδους υλοποίησης των πειραματικών εκστρατειών. Λεπτομέρειες για το σύστημα μοντελοποίησης και την διαδικασία των προσομοιώσεων υπάρχουν στο παραδοτέο 4.2. Η ανακατασκευή τον δορυφορικών μετρήσεων έγινε μόνο για την περίπτωση του ΝΟ 2 για το οποίο παρατηρούνται και οι σημαντικότερες χωρικές διακυμάνσεις, ενώ χρησιμοποιήθηκαν μόνο δεδομένα του δορυφόρου OMI/Aura, ο οποίος χαρακτηρίζεται από σχετικά μικρό οπτικό πεδίο (μικρό δορυφορικό ίχνος). Στα Σχήματα 18 και 19 φαίνονται αντίστοιχα οι περιοχές της Θεσσαλονίκης και της Πτολεμαΐδας για τις οποίες έγιναν προσομοιώσεις με το CAMx, καθώς και τα αντίστοιχα πλέγματα. Σημειώνονται οι θέσεις των επίγειων μετρήσεων, ενώ με χρωματιστό περίγραμμα οριοθετούνται τα κελιά του πλέγματος γύρω από τους σταθμούς τα οποία αντιστοιχούν στο οπτικό πεδίο του αισθητήρα OMI. Κάθε κελί έχει διαστάσεις 2 km x 2 km στην περιοχή της Θεσσαλονίκης και 1 km x 1 km στην περιοχή της Πτολεμαΐδας. Στην περίπτωση του σταθμού στην πόλη της Πτολεμαΐδας, ο οποίος βρίσκεται κοντά στο δυτικό όριο της κοιλάδας, άρα και των προσομοιώσεων, ο αριθμός των κελιών δυτικά του σταθμού δυστυχώς δεν επαρκεί για να καλύψει όλο το οπτικό πεδίο του δορυφορικού οργάνου, καλύπτει όμως πάνω από το 80% της περιοχής. Θα πρέπει να σημειωθεί εδώ ότι το υποδορυφορικό ίχνος για όλα τα δορυφορικά όργανα δεν έχει σταθερή θέση στο χώρο και μεταβάλλεται από ημέρα σε ημέρα ανάλογα τη την τροχιά του δορυφόρου και τη γωνία παρατήρησης. Συνεπώς, τα ίχνη που σημειώνονται στα Σχήματα 18 και 19 είναι σαφώς ενδεικτικά, τόσο ως προς τη θέση όσο και προς το μέγεθος. 24

25 Σχήμα 18: Χάρτης της ευρύτερης περιοχής της Θεσσαλονίκης στην οποία εφαρμόστηκε το περιφερειακό μοντέλο CAMx και το αντίστοιχο πλέγμα των προσομοιώσεων (διαστάσεις κελιών 2 km x 2 km). Σημειώνονται οι θέσεις των επίγειων μετρήσεων, ενώ με χρωματιστό περίγραμμα οριοθετείται ένα τυπικό ίχνος του αισθητήρα OMI για μετρήσεις στο ναδίρ με τον σταθμό να βρίσκεται στο κέντρο του ίχνους. Από τις μέσες ωριαίες καθ ύψος συγκεντρώσεις του CAMx c(x,y,z) και μετά την απαραίτητη μετατροπή των μονάδων υπολογίστηκε για κάθε κελί του πλέγματος (x,y) κάθε περιοχής η τροποσφαιρική στήλη του ΝΟ 2 : 10km C( x, y) c( x, y, z) z (3) z 0km Στη συνέχεια, υπολογίστηκαν οι ωριαίοι λόγοι της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 στο κελί που αντιστοιχεί στη θέση των επίγειων μετρήσεων (x o,y o ) προς την μέση τιμή της στήλης για όλη την περιοχή που αντιστοιχεί στο ίχνος του δορυφόρου OMI: 25

26 C( xo, yo) R C( x, y) / ( n n ) (4) xy, x y όπου n x, n y είναι αντίστοιχα το πλήθος των κελιών κατά τη x και y διεύθυνση. Σχήμα 19: Χάρτης της ευρύτερης περιοχής της Πτολεμαΐδας στην οποία εφαρμόστηκε το περιφερειακό μοντέλο CAMx και το αντίστοιχο πλέγμα των προσομοιώσεων (διαστάσεις κελιών 1 km x 1 km). Σημειώνονται οι θέσεις των επίγειων μετρήσεων, ενώ με χρωματιστό περίγραμμα οριοθετείται ένα τυπικό ίχνος του αισθητήρα OMI για μετρήσεις στο ναδίρ με το σταθμός να βρίσκεται στο κέντρο του ίχνους. Στην περίπτωση των προσομοιώσεων για την περιοχή της Πτολεμαΐδας αντί της στήλης του ΝΟ 2 για το κεντρικό κελί χρησιμοποιήθηκε ως αριθμητής του λόγου η μέση στήλη σε μία περιοχή 3 km x 3 km γύρω από αυτό, η οποία θεωρήθηκε πιο αντιπροσωπευτική για τις μετρήσεις που παρέχουν τα συστήματα Φαέθων. Τέλος, οι δορυφορικές μετρήσεις, C δ οι οποίες αντιπροσωπεύουν ουσιαστικά τη μέση στήλη στην περιοχή που καλύπτεται από το δορυφορικό ίχνος γύρω από κάθε σταθμό, πολλαπλασιάστηκαν με τους αντίστοιχους 26

27 λόγους από το μοντέλο CAMx ώστε να μετατραπούν σε στήλες χωρικά συγκρίσιμες με τις επίγειες μετρήσεις, C ε (x o,y o ), των συστημάτων Φαέθων: C, adj C R (5) Μετρήσεις στην περιοχή της Θεσσαλονίκης Σχήμα 20: Οι ωριαίοι λόγοι της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 για τις τρεις θέσεις στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης προς τη μέση συγκέντρωση στο υποδορυφορικό ίχνος όπως υπολογίστηκαν από τις προσομοιώσεις του CAMx. Οι λόγοι αυτοί χρησιμοποιήθηκαν για την ανακατασκευή των δορυφορικών μετρήσεων. Οι λόγοι για την τροποσφαιρική στήλη του ΝΟ 2 που υπολογίστηκαν από το CAMx για τις τρεις θέσεις στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης μέσω της σχέσης (4) παρουσιάζονται στο Σχήμα 20. είναι σε συμφωνία με τις μετρήσεις του συστήματος Φαέθων. Πιο συγκεκριμένα, στο κέντρο της Θεσσαλονίκης (UC) οι τιμές του λόγου κυμαίνονται γύρω από την τιμή ανάλογα με την εποχή, με τις χαμηλότερες τιμές να παρατηρούνται τον χειμώνα και τις υψηλότερες (>4) τους μήνες Μάιο Απρίλιο. Στις άλλες δύο θέσεις οι τιμές του λόγου κυμαίνονται σε πολύ χαμηλότερες τιμές, γύρω από τη μονάδα, καθ όλη την περίοδο. Στην Επανομή (RC) ο λόγος έχει μέση τιμή ~1 (Σχήμα 21, αριστερή στήλη), που σημαίνει ότι οι χωρικές μεταβολές των συγκεντρώσεων του ΝΟ 2 σε μια περιοχή 14 km x 26 km γύρω από το σημείο των μετρήσεων με το σύστημα Φαέθων δεν είναι σημαντικές. Στην περιοχή του ΤΕΙ Θεσσαλονίκης (SC) ο λόγος έχει κατά βάση τιμές χαμηλότερες της μονάδας (~0.75). Αυτό συμβαίνει διότι η περιοχή του ΑΤΕΙΘ βρίσκεται δυτικά και σε μικρή απόσταση (~13 km) από την πόλη της Θεσσαλονίκης, ενώ το οπτικό πεδίο του OMI, και κατ επέκταση η περιοχή υπολογισμού των μέσων τιμών από τις προσομοιώσεις του μοντέλου, εκτείνεται στα 26 km κατά γεωγραφικό μήκος, δηλαδή 12 km δυτικά του κελιού που βρίσκεται το σημείο των επίγειων μετρήσεων. Επομένως, οι μέσες τιμές της στήλης του ΝΟ 2 από το μοντέλο στην περιοχή που καλύπτει το ίχνος του OMI, αλλά, όπως είδαμε και σε προηγούμενη 27

28 παράγραφο, και οι μετρήσεις του δορυφορικού οργάνου επηρεάζονται από τις υψηλές συγκεντρώσεις του ΝΟ 2 στο κέντρο της πόλης. Σχήμα 21: Οι λόγοι του Σχήματος 20 ξεχωριστά για κάθε θέση μέτρησης (αριστερά). Δορυφορικές παρατηρήσεις της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 σε κάθε θέση μέτρησης, πριν και μετά την ανακατασκευή τους με την βοήθεια του CAMx (δεξιά). Σημειώνεται η διαφορά κλίμακας για το κέντρο της Θεσσαλονίκης και στις δύο στήλες διαγραμμάτων. Η παραπάνω εικόνα φαίνεται και στα αποτελέσματα της ανακατασκευής των δορυφορικών μετρήσεων με την βοήθεια των λόγων που προέκυψαν από το CAMx (Σχήμα 21, δεξιά στήλη). Οι μετρήσεις του OMI πάνω από το κέντρο της πόλης σχεδόν διπλασιάζονται, ενώ οι τιμές στους άλλους δύο σταθμούς παραμένουν γενικά ίδιες με εξαίρεση κάποιες υψηλές μετρήσεις του OMI πάνω από το ΤΕΙ της Θεσσαλονίκης οι οποίες μειώνονται μετά την ανακατασκευή. Στο Σχήμα 22 παρουσιάζεται συνολικά η σύγκριση δορυφορικών και επίγειων μετρήσεων της στήλης του ΝΟ 2 και για τους τρεις σταθμούς στην περιοχή της Θεσσαλονίκης πριν και μετά την ανακατασκευή των μετρήσεων του OMI με την βοήθεια των προσομοιώσεων του 28

29 CAMx. Η σύγκριση επίγειων και δορυφορικών μετρήσεων στο ΑΠΘ (UC) βελτιώνεται σημαντικά, με την κλίση της ευθείας στο διάγραμμα διασποράς να παίρνει την τιμή ~0.45 από ~0.2 που ήταν αρχικά, ενώ ο συντελεστής συσχέτισης είναι ~0.5 και στις δύο περιπτώσεις. Στους περιφερειακούς σταθμούς τα αποτελέσματα της σύγκρισης παραμένουν σχεδόν αμετάβλητα, με μία μικρή βελτίωση να παρατηρείται στο ΑΤΕΙΘ. Σημειώνεται εδώ ότι σε αυτές τις δύο θέσεις τόσο η απόλυτη τιμή όσο και η χωρική μεταβλητότητα της στήλης του ΝΟ 2 είναι μικρές, με αποτέλεσμα η ανακατασκευή να μην επιφέρει μεγάλες διαφορές στις μετρήσεις. Σχήμα 22: Σύγκριση των επίγειων μετρήσεων της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 για τους σταθμούς της περιοχής της Θεσσαλονίκης με τα αντίστοιχα δορυφορικά δεδομένα πριν και μετά την ανακατασκευή τους με την βοήθεια του CAMx. Σημειώνεται η διαφορά κλίμακας για το κέντρο της Θεσσαλονίκης και στις δύο στήλες διαγραμμάτων. Μετρήσεις στην περιοχή της Πτολεμαΐδας Τα ωριαία αποτελέσματα του λόγου από τις προσομοιώσεις του CAMx για τους δύο σταθμούς της ευρύτερης περιοχής της Πτολεμαΐδας όπου πραγματοποιήθηκαν οι 29

30 πειραματικές μετρήσεις φαίνονται στο Σχήμα 23. Οι τιμές του λόγου για την βιομηχανική περιοχή στον ΑΗΣ Καρδιάς (IC) είναι κατά πολύ μεγαλύτερες σε σχέση με τις τιμές του λόγου που αντιστοιχούν στην πόλη της Πτολεμαΐδας (UC), ο οποίος δεν είναι σταθερός γύρω από μία μέση τιμή αλλά παρουσιάζει έντονες χρονικές μεταβολές. Πρέπει να σημειωθεί ότι ο παρονομαστής του λόγου στην περίπτωση της αστικής περιοχής της Πτολεμαΐδας αντιστοιχεί στην μέση τιμή της στήλης του ΝΟ2 σε περιοχή 13 km x 17 km, αντί της 13 km x 25 km, λόγω του περιορισμού στο πλέγμα του μοντέλου που αναφέρθηκε προηγουμένως. Σχήμα 23: Οι ωριαίοι λόγοι της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 για τις δύο θέσεις στην ευρύτερη περιοχή της Πτολεμαΐδας προς τη μέση συγκέντρωση στο υποδορυφορικό ίχνος όπως υπολογίστηκαν από τις προσομοιώσεις του CAMx. Οι λόγοι αυτοί χρησιμοποιήθηκαν για την ανακατασκευή των δορυφορικών μετρήσεων. Από την ανακατασκευή των δορυφορικών μετρήσεων προέκυψαν μεγαλύτερες τιμές της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 από τον OMI για την βιομηχανική περιοχή και μικρότερες τιμές για την αστική περιοχή (Σχήμα 24). Στο σχήμα 25 παρατηρούμε ότι η σύγκριση των επίγειων και δορυφορικών μετρήσεων μετά την ανακατασκευή των δεύτερων βελτιώθηκε σε ό,τι αφορά την περιοχή του σταθμού ΑΗΣ Καρδίας. Ωστόσο, εξακολουθούν να εμφανίζονται σημαντικές διαφορές σε μεμονωμένες μετρήσεις. Η συμφωνία ενδεχομένως να ήταν καλύτερη εάν η χρονοσειρά των μετρήσεων ήταν μεγαλύτερη. Στην περίπτωση της αστικής περιοχής τα αποτελέσματα παρουσιάζουν διαφορετική εικόνα. Η ανακατασκευή των δεδομένων του OMI οδηγεί σε μικρότερες τιμές της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2, ενώ οι αντίστοιχες τιμές του συστήματος Φαέθων είναι μεγαλύτερες. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η σύγκριση μεταξύ επίγειων και δορυφορικών δεδομένων να μην βελτιώνεται. Μία πιθανή αιτία γι αυτό είναι ο περιορισμός κατά μερικά χιλιόμετρα της περιοχής του πλέγματος του μοντέλου στην οποία υπολογίζεται η μέση τιμή του παρονομαστή του λόγου. Ενδεχομένως, οι μετρήσεις του OMI να επηρεάζονται από λιγότερο ρυπασμένες 30

31 περιοχές που βρίσκονται δυτικότερα του πλέγματος του μοντέλου, οι οποίες αν λαμβάνονταν υπόψη θα οδηγούσαν σε μεγαλύτερες τιμές του λόγου. Σχήμα 24: Οι λόγοι του Σχήματος 23 ξεχωριστά για κάθε θέση μέτρησης (αριστερά). Δορυφορικές παρατηρήσεις της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 σε κάθε θέση μέτρησης, πριν και μετά την ανακατασκευή τους με την βοήθεια του CAMx (δεξιά). Σημειώνεται η διαφορά κλίμακας και στις δύο στήλες διαγραμμάτων. 31

32 Σχήμα 25: Σύγκριση των επίγειων μετρήσεων της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 για τους σταθμούς της περιοχής της Πτολεμαΐδας με τα αντίστοιχα δορυφορικά δεδομένα πριν και μετά την ανακατασκευή τους με την βοήθεια του CAMx. Σημειώνεται η διαφορά κλίμακας και στις δύο στήλες διαγραμμάτων. Συμπεράσματα Στα πλαίσια του έργου AVANTI διερευνήθηκε η δυνατότητα ανίχνευσης τροποσφαιρικών αέριων ρύπων από το αναβαθμισμένο σύστημα επίγειας τηλεπισκόπησης Φαέθων #1 και των συστημάτων κλώνων Φαέθων #2 και #3. Επίσης, μελετήθηκε η δυνατότητα πιστοποίησης των αντίστοιχων δορυφορικών παρατηρήσεων με τη βοήθεια των μετρήσεων των συστημάτων Φαέθων. Η μελέτη επικεντρώθηκε στις τροποσφαιρικές στήλες του διοξειδίου του αζώτου (ΝΟ 2 ) και της φορμαλδεΰδης (HCHO), επειδή αποτελούν δύο από τους πιο σημαντικούς αέριους ρύπους των μεγάλων αστικών και βιομηχανιών περιοχών που ανιχνεύονται επιτυχώς από τα δορυφορικά όργανα. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν έπειτα από δύο χρόνια συστηματικής παρακολούθησης της ποιότητας του αέρα στο κέντρο της Θεσσαλονίκης με το αναβαθμισμένο σύστημα Φαέθων #1, καθώς και οι μετρήσεις των τριών συστημάτων στο πλαίσιο των εκστρατειών καταδεικνύουν την δυνατότητά τους να πραγματοποιούν αξιόπιστες μετρήσεις υπό διαφορετικές συνθήκες ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Από τη σύγκριση των επίγειων και δορυφορικών μετρήσεων της τροποσφαιρικής στήλης του ΝΟ 2 φαίνεται ότι υπάρχει πολύ καλή συμφωνία σε περιοχές όπου παρατηρούνται χαμηλά επίπεδα ρύπανσης. Αντιθέτως, στην περίπτωση βιομηχανικών ή μεγάλων αστικών περιοχών που χαρακτηρίζονται από τοπικά αυξημένες εκπομπές αερίων ρύπων, οι δορυφόροι υποεκτιμούν την τροποσφαιρική στήλη του ΝΟ 2. Οι διαφορές μεταξύ επίγειων και δορυφορικών μετρήσεων του ΝΟ 2 είναι μεγαλύτερες στην περίπτωση των αισθητήρων GOME-2, εξαιτίας κυρίως του μεγάλου οπτικού τους πεδίου. Ωστόσο, όταν οι συγκεντρώσεις του υπό μελέτη αερίου είναι ομοιογενώς κατανεμημένες εντός του οπτικού πεδίο του δορυφόρου, όπως στην περίπτωση της HCHO, τότε οι δορυφορικές μετρήσεις συμφωνούν ικανοποιητικά με τις επίγειες μετρήσεις. Η μεθοδολογία διόρθωσης των δορυφορικών μετρήσεων με την βοήθεια των προσομοιώσεων του περιφερειακού μοντέλου φαίνεται ότι βελτιώνει τη συγκρισιμότητα με τις επίγειες παρατηρήσεις, στις περισσότερες των περιπτώσεων. Ας σημειωθεί ότι στη συγκεκριμένη μεθοδολογία υποτέθηκε ότι οι μετρήσεις του συστήματος Φαέθων αντιπροσωπεύουν την απορρόφηση της ακτινοβολίας σε ένα κελί διαστάσεων 2 km x 2 km για τη Θεσσαλονίκη και 3 km x 3 km για την Πτολεμαΐδα. Σε ορισμένες περιπτώσεις η υπόθεση αυτή μπορεί να μην ισχύει πλήρως επειδή στο σήμα μπορεί να συνεισφέρει και απορρόφηση σε μεγαλύτερες αποστάσεις των 2 ή 3 km, ιδιαίτερα αν το οπτικό πάχος απορρόφησης είναι σχετικά μικρό. Επίσης, αποκλίσεις μπορεί να παρουσιάζονται και από την υπόθεση ότι οι μετρήσεις του συστήματος Φαέθων αντιπροσωπεύουν την τροποσφαιρική στήλη σε όλο το ύψος των περίπου 10 km από το έδαφος, το οποίο θεωρήθηκε στον υπολογισμό του λόγου ανακατασκευής των μετρήσεων. Αυτοί και άλλοι 32