ΠΑΡΑ ΟΤΕΟ 6 ΑΝΑΦΟΡΑ ΓΙΑ ΤΙΣ ΦΥΣΙΚΟ-ΧΗΜΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΑΕΡΟΛΥΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΩΝ ΑΘΗΝΩΝ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΠΑΡΑ ΟΤΕΟ 6 ΑΝΑΦΟΡΑ ΓΙΑ ΤΙΣ ΦΥΣΙΚΟ-ΧΗΜΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΑΕΡΟΛΥΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΩΝ ΑΘΗΝΩΝ"

Σπυρίδιον Οικονόμου
6 χρόνια πριν
Προβολές:

ΠΑΡΑ ΟΤΕΟ 6 ΑΝΑΦΟΡΑ ΓΙΑ ΤΙΣ ΦΥΣΙΚΟ-ΧΗΜΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΑΕΡΟΛΥΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΩΝ ΑΘΗΝΩΝ Τίτλος Έργου: Ανάπτυξη συστήµατος lidar 6-µηκών κύµατος για την ανάκτηση των µικροφυσικών και χηµικών

1 ΠΑΡΑ ΟΤΕΟ 6 ΑΝΑΦΟΡΑ ΓΙΑ ΤΙΣ ΦΥΣΙΚΟ-ΧΗΜΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΑΕΡΟΛΥΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΩΝ ΑΘΗΝΩΝ Τίτλος Έργου: Ανάπτυξη συστήµατος lidar 6-µηκών κύµατος για την ανάκτηση των µικροφυσικών και χηµικών ιδιοτήτων των αερολυµάτων στην τροπόσφαιρα: Εφαρµογή στη βαθµονόµηση του δορυφορικού συστήµατος lidar CALIPSO Κωδικός Έργου : 05-NON-EU-95 [ΟΠΣ: 27δ] Ανάδοχος : Επιστηµονικός Υπεύθυνος : ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ρ. Αλέξανδρος ΠΑΠΑΓΙΑΝΝΗΣ Αν. Καθηγητής ράση : «Συνεργασίες µε Ε&Τ οργανισµούς χωρών εκτός Ευρώπης » (Φάση B) Θεµατικός Τοµέας : Περιβαλλοντικές και ιαστηµικές Τεχνολογίες Αρµόδια ιεύθυνση ΓΓΕΤ : Αρµόδιος Χειριστής ΓΓΕΤ : ιεύθυνση ιεθνούς Ε&Τ Συνεργασίας Τµήµα ιακρατικών Σχέσεων Β. ΚΕΡΑΣΙΩΤΗ

2 Παραδοτέο 6: Αναφορά για τις φυσικο-χηµικές ιδιότητες των αερολυµάτων στην περιοχή των Αθηνών (Συντονιστής: GIT, Συνεργάτες: ΕΜΠ (40%), GIT (60%)) Περίληψη Κατά τη διάρκεια υλοποίησης της Φάσης αυτής του έργου πραγµατοποιήθηκε από το GIT, σε συνεργασία µε το ΕΜΠ, η αναφορά για τις φυσικο-χηµικές ιδιότητες των αερολυµάτων στην περιοχή των Αθηνών. Η αναφορά αυτή βασίσθηκε στα δεδοµένα των αερολυµάτων που ανακτήθηκαν στο πλαίσιο του Παραδοτέου 3, καθόλη τη διάρκεια της λήψης των µετρήσεων lidar. Η αναφορά αυτή παρουσιάζει τις κύριες φυσικές (δείκτης διάθλασης, ενεργός ακτίνα, συγκέντρωση ολικης επιφάνειας, συγκέντρωση ολικού όγκου, συντελεστής ανακλαστικότητας µεµονωµένης σκέδασης) και χηµικές ιδιότητες (χηµική σύσταση, υγρασία) των αερολυµάτων στην περιοχή των Αθηνών. Η χρήση του κώδικα των αεροτροχιών Hysplit 4.6 επέτρεψε να προσδιορίσουµε την στατιστική προέλευση των αερίων µαζών που προσεγγίζουν το Λεκανοπέδιο Αθηνών. 1. Εισαγωγή Τα αιωρούµενα σωµατίδια στο Λεκανοπέδιο Αθηνών, αλλά και στην περιοχή της Θεσσαλονίκης, εκτός από την επιτόπια προέλευση (βιοµηχανική δραστηριότητα και παραγωγή ενέργειας, µεταφορές, τεχνικά έργα, δασικές πυρκαγιές, χώροι ταφής απορριµµάτων, κλπ.), προέρχονται από µακρυνές περιοχές όπου και παράγονται κυρίως πρωτογενώς. Σαν παράδειγµα τέτοιων πηγών µπορεί να αναφερθούν η έρηµος Σαχάρα (Papayannis et al., 2005), οι εκρήξεις ηφαιστείων (Wang et al., 2008), οι δασικές πυρκαγιές (Amiridis et al., 2004), η περιοχή της Μαύρης Θάλασσας πλούσια σε βιοµηχανικές εκποµπές, οι βιοµηχανικές περιοχές της Ευρώπης και η διηπειρωτική µεταφορά (Papayannis and Tsaknakis, 2005). Αποτέλεσµα των διαφόρων µετακινήσεων των αερολυµάτων είναι ότι η σύστασή τους στο Λεκανοπέδιο Αθηνών µεταβάλλεται έντονα και πολύ συχνά συσχετίζεται άµεσα µε την πηγή προέλευσής τους. 2. Φυσικο-χηµικές ιδιότητες αερολυµάτων στο Λεκανοπέδιο Αθηνών Από τις λίγες επιστηµονικές αναφορές που υπάρχουν διαθέσιµες στη διεθνή βιβλιογραφία σχετικά µε τις φυσικο-χηµικές ιδιότητες των αερολυµάτων στο Λεκανοπέδιο Αθηνών (Eleftheriadis et al., 1998; Siskos et al., 2001; Mandrakakis et al., 2002; Varotsos, 2005; Karanasiou et al., 2007), είναι γενικά αποδεκτό ότι τα αερολύµατα στην Αθήνα είναι πλούσια σε θειικά και νιτρικά άλατα, χλώριο, αµµώνιο, κ.λ.π. (Eleftheriadis et al., 1998), σε 2

3 υδρογονανάνθρακες (Mandrakakis et al., 2002; Karanasiou et al., 2007), σε µέταλλα (Siskos et al., 2001; Thomaidis et al., 2003; Karanasiou et al., 2007), κ.λ.π. Οι Flokas et al. (2006) αναφέρουν ότι τα αερολύµατα στην Αθήνα έχουν διαµέτρους που κυµαίνονται από 0.1 έως 45.5 µm, ενώ η πλειοψηφία τους κυµαίνεται από 0.1 έως 0.3 µm σε όλα τα ύψη (από το έδαφος έως τα 4000 m). Αντίστοιχα αποτελέσµατα καταγράφηκαν από τον Varotsos (2005) όπου αερολύµατα διαµέτρου από 0.1 έως 0.2 µm, µετρήθηκαν στην ευρύτερη περιοχή του νοτίως του Λεκανοπεδίου Αθηνών. Η ανάλυση των δεδοµένων lidar αναφορικά µε τις φυσικο-χηµικές ιδιότητες των αερολυµάτων στο Λεκανοπέδιο Αθηνών βασίσθηκε στην κεντρική βάση δεδοµένων που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο του προγράµµατος αυτού και παρουσιάσθηκε αναλυτικά στην Φάση 4 (Παραδοτέο 4). Στον Πίνακα 1 παρουσιάζονται οι µέσες τιµές (και οι τυπικές αποκλίσεις της µέσης τιµής) των φυσικο-χηµικών ιδιοτήτων των αερολυµάτων στο Λεκανοπέδιο Αθηνών για όλη την περίοδο των µετρήσεων. Οι ιδιότητες αυτές περιλαµβάνουν: τον δείκτη διάθλασης, την ενεργό ακτίνα, τη συγκέντρωση ολικού όγκου, τη συγκέντρωση ολικής επιφάνειας, τον συντελεστή ανακλαστικότητας µεµονωµένης σκέδασης (SSA) και την χηµική σύσταση των αερολυµάτων, καθώς και την σχετική υγρασία της ατµόσφαιρας. Παρατηρούµε ότι οι τιµές των φυσικο-χηµικών ιδιοτήτων των αερολυµάτων που ανακτήθηκαν παρουσιάζουν µεγάλη µεταβλητότητα, κυρίως όσον αφορά τη συγκέντρωση ολικής επιφάνειας και τη συγκέντρωση ολικού όγκου. Πίνακας 1. Τυπικές τιµές των φυσικο-χηµικών ιδιοτήτων των αερολυµάτων στο Λεκανοπέδιο Αθηνών. Χηµική σύσταση Μέσος δείκτης διάθλασης m=n+ik Ενεργός ακτίνα (µm) Συγκέντρωση ολικού όγκου (µm 3 cm -3 ) Συγκέντρωση ολικής επιφάνειας (µm 2 cm -3 ) SSA (355 nm) SSA (532 nm) Σχετική υγρασία (%) Κυρίως θειικά 1.53±0.12i ± ± ± ± ± ±12,5 άλατα και σκόνη Τούτο θα πρέπει κυρίως να οφείλεται στις πολλαπλές πηγές των αερολυµάτων στο Λεκανοπέδιο Αθηνών, σαν συνάρτηση των τροχιών των αερίων µαζών που εισέρχονται στην Αθήνα (βλ. επόµενη Ενότητα 3). Οι τιµές της ενεργού ακτίνας των αερολυµάτων που ανακτήθηκαν ήταν της τάξης των µm, που αντιστοιχεί σε µια ενεργό διάµετρο της τάξης 3

4 των 0.3 µm, όπως άλλωστε αναφέρουν και οι Flokas et al. (2006) και είναι χαρακτηριστικό της αστικής ρύπανσης (τοπικές ανθρωπογενείς κυρίως πηγές αερολυµάτων). 3. Ανάλυση αεροτροχιών αερίων µαζών Η χρήση του κώδικα των αεροτροχιών Hysplit 4.6 επέτρεψε να προσδιορίσουµε την στατιστική προέλευση των αερίων µαζών που προσεγγίζουν το Λεκανοπέδιο Αθηνών κατά την περίοδο µέτρησης. Τελικός στόχος είναι ο εντοπισµός των πηγών αέριας ρύπανσης (αναφορικά µε τα αιωρούµενα σωµατίδα) εντός/εκτός του Λεκανοπεδίου Αθηνών, µέσω της συσχέτισης των παρατηρούµενων τιµών των αερολυµάτων µέσα στο Ατµοσφαιρικό Οριακό Στρώµα (ΑΟΣ) µε τις οπισθοτροχιές των αερίων µαζών που καταφθάνουν στο Λεκανοπέδιο Αθηνών. Στα επόµενα θα παρουσιάσουµε µια προσπάθεια οµαδοποίησης των οπισθοτροχιών σε clusters των αερίων µαζών που φθάνουν επάνω από την Αθήνα στο ύψος των 2000 m. Κατά την επεξεργασία αυτή χωρίσαµε το έτος σε δυο περιόδους, την θερµή (Απρίλιος Σεπτέµβριος) και την ψυχρή (Οκτώβριος Μάρτιος) και πραγµατοποιήσαµε για κάθε µια από αυτές τις περιόδους µια οµαδοποίηση για την βόρεια και τη νότια κυκλοφορία ανέµων, στο Λεκανοπέδιο Αθηνών. Τα αποτελέσµατα για την ψυχρή περίοδο του έτους παρουσιάζονται στην Εικόνα 6.1 (ύπαρξη 5 διακριτών clusters). Με κόκκινο χρώµα αποδίδονται οι κεντροειδείς γραµµές (centroids) των clusters. Στην αριστερή πλευρά παρουσιάζονται οι κύριοι δρόµοι που ακολουθούν οι αέριες µάζες για την περίπτωση βόρειας κυκλοφορίας, ενώ στα δεξιά για την περίπτωση της νότιας κυκλοφορίας. Παρατηρούµε ότι για τις περιπτώσεις βόρειας κυκλοφορίας η προέλευση των αερίων µαζών είναι από την βόρεια και κεντρική Ευρώπη, ενώ υπάρχει και µια περίπτωση όπου η προέλευση είναι από την Ιβηρική χερσόνησο καταλήγοντας στην Αθήνα από τα Β, έχοντας διαγράψει µια πορεία µέσω κεντρικής Ευρώπης και βόρειας Ιταλίας. Πολύ µικρό ποσοστό αερίων µαζών που καταλήγουν στην Αθήνα µέσω βόρειας κυκλοφορίας έχουν προέλευση από την περιοχή της Μαύρης Θάλασσας. Όσον αφορά την περίπτωση της νότιας κυκλοφορίας, η προέλευση των αερίων µαζών βρίσκεται κυρίως στην περιοχή της ερήµου Σαχάρα, ενώ υπάρχει και η περίπτωση η προέλευση να είναι από την Ιβηρική χερσόνησο µέσω νότιας Ιταλίας και άφιξη στην Αθήνα από τα Ν. Στα δυο τελευταία σχήµατα της Εικόνας 6.1 παρουσιάζονται δυο περιπτώσεις όπου η κυκλοφορία των αέριων µαζών περιορίζονται, τοπικά, στην περιοχή των Βαλκανίων και φθάνουν στην Αθήνα, είτε από βόρεια (αριστερά), είτε από νότια (δεξιά). 4

5 Εικόνα 6.1. Παράδειγµα οµαδοποίησης (σε 5 clusters) των οπισθοτροχιών τεσσάρων ηµερών των αερίων µαζών επάνω από την περιοχή της Αθήνας σε ύψος 2000 m, για βόρεια κυκλοφορία ανέµων (αριστερά) και νότια κυκλοφορία (δεξιά) και για την ψυχρή περίοδο του έτους (Οκτώβριος Μάρτιος). 5

6 Η ανάλυση της Εικόνας 6.1 επιτρέπει τον εντοπισµό των πηγών αέριας ρύπανσης (αναφορικά µε τα αιωρούµενα σωµατίδα) που συµβάλλουν στην παρατηρούµενη αέρια ρύπανση εντός του Λεκανοπεδίου Αθηνών, µέσω της συσχέτισης των παρατηρούµενων τιµών των αερολυµάτων µε τις αεροτροχιές που καταλήγουν στην περιοχή της Αθήνας. Οι πηγές αυτές είναι η έρηµος Σαχάρα, η περιοχή της Μαύρης Θάλασσας, πλούσια σε βιοµηχανικές εκποµπές, και οι βιοµηχανικές περιοχές της Ευρώπης. 1. Συµπεράσµατα Η ανάλυση των δεδοµένων lidar που καταγράφηκαν σε 6 διαφορετικά µήκη κύµατος, σε συνδυασµό µε την ανάκτηση των µικρο-φυσικών και χηµικών ιδιοτήτων της αερολυµάτων (µε χρήση δύο προηγµένων υπολογιστικών κωδίκων) επιτρέπει για πρώτη φορά την ανάκτηση τόσο σηµαντικής πληροφορίας, όσον αφορά την φυσικο-χηµική σύσταση των αερολυµάτων µόνο µε την χρήση δεδοµένων lidar πολλαπλών µηκών κύµατος. Το επόµενο στάδιο της έρευνας αυτής, στο πλαίσιο επόµενου ερευνητικού προγράµµατος, θα κινηθεί στον άξονα της πιστοποίησης των ανακτηµένων τιµών των µικρο-φυσικών και χηµικών ιδιοτήτων της αερολυµάτων σε σύγκριση µε επιτόπιες (in situ) µετρήσεις µε χρήση ειδικών φίλτρων και οργάνων µέτρησης της συγκέντρωσης και της κατανοµής µεγέθους των αερολυµάτων. Τούτο θα επιτρέψει, ακολούθως, την χρήση των αποτελεσµάτων αυτών σε µοντέλα πρόγνωσης της Κλιµατικής Αλλαγής, µέσω κωδίκων υπολογισµού του ρόλου των αερολυµάτων αναφορικά µε την κατακράτηση ακτινοβολίας (τοπική ψύξη και θέρµανση) στην ατµόσφαιρα. Το Παραδοτέο αυτό ολοκληρώθηκε πλήρως και σύµφωνα µε το χρονοδιάγραµµα του παρόντος έργου. 6

Σχετικά έγγραφα

ΠΑΡΑ ΟΤΕΟ ΠΕ2 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΟΠΤΙΚΩΝ Ι ΙΟΤΗΤΩΝ ΑΕΡΟΛΥΜΑΤΩΝ (ΣΥΣΤΗΜΑΤΙΚΕΣ-ΕΙ ΙΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ LIDAR)

ΠΑΡΑ ΟΤΕΟ ΠΕ2 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΟΠΤΙΚΩΝ Ι ΙΟΤΗΤΩΝ ΑΕΡΟΛΥΜΑΤΩΝ (ΣΥΣΤΗΜΑΤΙΚΕΣ-ΕΙ ΙΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ LIDAR) Τίτλος έργου : ΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΑΕΡΟΛΥΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΜΑΖΩΝ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΩΝ ΒΑΛΚΑΝΙΩΝ