Ατμοσφαιρική Ρύπανση από Αιωρούμενα Σωματίδια κατά την Χειμερινή Περίοδο σε δυο Ελληνικές Πόλεις

Transcript

1 Ατμοσφαιρική Ρύπανση από Αιωρούμενα Σωματίδια κατά την Χειμερινή Περίοδο σε δυο Ελληνικές Πόλεις ΦΛΩΡΟΥ ΚΑΛΛΙΟΠΗ Υπεύθυνος Καθηγητής: Πανδής Σπύρος Laboratory of Air Quality Studies

2 Αιωρούμενα Σωματίδια (Atmospheric Particulate Matter, PM ) Ατμοσφαιρικά σωματίδια που αιωρούνται στην ατμόσφαιρα, σε υγρή ή σε στερεά φάση με μέγεθος από 1nm ως και 1 μm. Κατατάσσονται βάσει: Προέλευση Μέγεθος Μηχανισμός Σχηματισμού Απευθείας εκπομπή σωματιδίων (Πρωτογενή) Χημική μετατροπή ορισμένων αερίων σε σωματίδια στην ατμόσφαιρα (Δευτερογενή)

3 Πηγές Αιωρούμενων Σωματιδίων Φυσικές Ανθρωπογενείς Πρωτογενή σωματίδια : Σκόνη Θαλάσσια άλατα Δευτερογενή σωματίδια : Θειικά άλατα από ηφαιστειακό SO 2 Οργανική ύλη από VOC Νιτρικά άλατα Πρωτογενή σωματίδια : Βιομηχανική Δραστηριότητα Καύση Αποβλήτων Μεταφορές Δευτερογενή σωματίδια : Δημιουργία: Θειικών και νιτρικών αλάτων Οργανικών ενώσεων VOC

4 Number Volume Κατανομή Μεγέθους Ατμοσφαιρικών (dn/dlogd p ), cm -3 x Ultrafine Particles Ultrafine Particles Nucleation Mode Fine Particles Σωματιδίων Fine Particles Aitken Mode Coarse Particles Coarse Particles (dv/dlogd p ), m 3 /cm Condensation Submode Accumulation Mode Droplet Submode Coarse Mode Diameter (micrometers) Atmospheric Chemistry and Physics of air pollution, Seinfeld & Pandis, 1986

5 Επιδράσεις των Αιωρούμενων Ανθρώπινη Υγεία Καρδιακή Προσβολή Άσθμα Καρκίνος του πνεύμονα Σωματιδίων!! 1 nm-2.5 μm, θεωρούνται ως τα πλέον επικίνδυνα PM 2.5

6 Ατμοσφαιρικά Σωματίδια Θνησιμότητα* *Assessment of the health impacts of exposure to PM 2.5 at a European level ( ETC/ACC Technical Paper 29)

7 Ατμοσφαιρικά Σωματίδια Θνησιμότητα* 2.5 Combined map of rural and urban concentration of PM 2.5 -maximum daily average value- Spatial assessment of PM 2.5 and ozone concentrations in Europe (25)

8 Επιδράσεις των Αιωρούμενων Σωματιδίων Ανθρώπινη Υγεία Καρδιακή Προσβολή Άσθμα Καρκίνος του πνεύμονα!! 1 nm-2.5 μm, θεωρούνται ως τα πλέον επικίνδυνα PM 2.5 Ορατότητα Μέγιστη απόσταση: ~ 25 km Αγροτικές περιοχές: ~ 5-8 km Αστικές περιοχές: < 25 km Κλιματική Αλλαγή PM 2.5 : 1 μg/m 3 PM 2.5 : 25 μg/m 3 Ψύξη του πλανήτη (αντανάκλαση ηλιακής Ακτινοβολίας) Πυρήνες Συμπύκνωσης Σύννεφων

9 H Σημασία Των Οργανικών Αεροζόλ (ΟΑ) Στον Κόσμο Organic Sulfate Ammonium Nitrate

10 Οργανικά Ατμοσφαιρικά Σωματίδια Στοιχειακός Άνθρακας (EC) + Οργανικός άνθρακας (OC) = Ολικός Άνθρακας (TC) Μαύρος Άνθρακας (BC) Aτελής καύση : - Ορυκτών καυσίμων - Βιοκαυσίμων - Βιομάζας Μετρητής Μαύρου Άνθρακα (MAAP)

11 Φασματογράφος Μάζας Αεροζόλ Sampling Chamber Sizing Chamber Detection Chamber Introduced by Jayne et al. [2] Differentially pumped(ultra high vacuum, 5 pumps)

12 Τι μπορεί να μετρήσει ο Φασματογράφος? Ανιχνεύει αποτελεσματικά στις περισσότερες θερμοκρασίες, σωματίδια που αποτελούνται από: 1. Ιόντα Αμμωνίου 2. Νιτρικά Ιόντα 3. Θειικά Ιόντα 4. Οργανική μάζα Δεν είναι δυνατή η μέτρηση αιωρούμενων σωματιδίων, όπως: 1. Κρυσταλλικά υλικά 2. Ορισμένα μέταλλα 3. Στοιχειακό άνθρακα 4. Σωματίδια θαλασσινού άλατος

13 Nitrate equivalent mass (µg m -3 ) dm/dlogd va (µg m -3 ) dm/dlogd va (µg m -3 ) Φασματογράφος Μάζας Αεροζόλ Υψηλής Ανάλυσης* Ammonium Nitrate Sulphate Chloride Organics Ammonium Nitrate Sulphate Chloride Organics Vacuum Aerodynamic Diameter (nm) Κατανομή μεγέθους και μάζας για το κάθε είδος Φάσματα μάζας & χημική σύνθεση m/z Vacuum Aerodynamic Diameter (nm) * High Resolution Time of Flight Aerosol Mass Spectrometer (HR-ToF-AMS) PM 1

14 Παραγοντοποίηση θετικής μήτρας Positive Matrix Factorization (PMF) X G F G F E E=X-G 1 F 1 -G 2 F 2 -. Ulbrich et al., 29

15 Σημεία Δειγματοληψίας Οι μετρήσεις στην Πάτρα (Χειμώνας 212) πραγματοποιήθηκαν στον χώρο των ΤΕΙ από 26/2 ως 5/3. Οι μετρήσεις στην Αθήνα (Χειμώνας 213) πραγματοποιήθηκαν στον χώρο του Εθνικού Αστεροσκοπείου στο Θησείο από 12/1 ως 9/2.

16 Αθήνα 213

17 Όργανα Μέτρησης Πάτρα 212 Αθήνα 213 Φασματογράφος μάζας αεροζόλ (HR - ToF- AMS) Σαρωτής κινητού μεγέθους σωματιδίων (SMPS) Μετρητής μαύρου άνθρακα (MAAP) TEOM (PM 1,PM 2.5 ) Φίλτρα Μετρητής: SO 2 Μετεωρολογικά Δεδομένα Φασματογράφος μάζας αεροζόλ (HR- ToF AMS) Σαρωτής κινητού μεγέθους σωματιδίων (SMPS) Μετρητής μαύρου άνθρακα(maap) TEOM (PM 1,PM 2.5 ) PTRMS Μετρητές: NO x,co,co 2,SO 2,O 3 Φίλτρα (FTIR, PM 1 ) APS CCNC HT-DMA Μετεωρολογικά Δεδομένα

18 Συγκέντρωση PM 2.5 στην Πάτρα

19 Mass Conc. (µg m -3 ) Συγκέντρωση PM 2.5 στην Αθήνα Date (January - February 213)

20 Μέγιστη Συγκέντρωση PM 2.5 (μg m -3 ) Επίδραση της Θερμοκρασίας Θησείο Ελάχιστη Θερμοκρασία ( o C)

21 Mass Conc. (µg m -3 ) Συγκέντρωση PM 1 στην Πάτρα 8 Μαύρος Άνθρακας 6 4 Power Outage ΟΑ Κ /2 27/2 28/2 29/2 1/3 2/3 3/3 4/3 5/3 Date (212)

22 PM 1 στην Πάτρα Organics 72% Μέση συγκέντρωση μάζας: Sulphate 1% Nitrate 4.5% BC 7.5% Chloride 2% Ammonium 4% Ammonium 1 μg m -3 Sulphate 2.6 μg m -3 Nitrate.9 μg m -3 Organics 18 μg m -3 Chloride.4 μg m -3 BC 1.9 μg m -3 Σύνολο ~25 μg m -3

23 Mass Conc. (µg m -3 ) Συγκεντρώσεις Οργανικών- Αθήνα Black Carbon (PM 2.5 ) Organics Date (January-February 213)

24 Mass Conc. (µg m -3 ) Συγκεντρώσεις Οργανικών- Αθήνα Black Carbon (PM 2.5 ) A. B. C. D. E. Organics Periods : A January B January C January D. 1-2 February E. 4-6 February Date (January-February 213)

25 PM 1 στην Αθήνα Μέση συγκέντρωση μάζας για τις 5 Περιόδους: Ammonium.6 μg m -3 Sulphate 1.2 μg m -3 Nitrate.8 μg m -3 Organics 8.5 μg m -3 Chloride.2 μg m -3 BC 3.5 μg m -3 Σύνολο ~15 μg m -3 Organics 61% Sulphate 9% Ammonium 4% Black Carbon 19% Chloride 1% Nitrate 5%

26 BC (µg m -3 ) Μαύρος Άνθρακας OA (Πάτρα 212) Black Carbon Organic Matter Organics. (µg m -3 ) Hour of the Day 2

27 BC (µg m -3 ) Μαύρος Άνθρακας OA (Αθήνα 213) 3.5 BC Organic Matter Organics (µg m -3 ) Hour of the Day 2

28 OA (µg m -3 ) AMS Ακετονιτρίλιο OA (Αθήνα 213) OA Acetonitrile Acetonitrile (ppb). 18: 23/1 : 24/1 6: 12: 18: : 25/1 Date (213) 6: 12: 18: : 26/1

29 Pikridas, PhD Thesis, 212 PM 2.5 Πάτρα (29-212) Winter Winter Summer Winter Summer Winter Summer Year

30 Pikridas, PhD Thesis, 212 PM 2.5 Πάτρα Χειμώνας (29-212) Winter Winter Winter Winter Year

31 Από πού έρχεται η οργανική μάζα?? Χρησιμοποιώντας την ανάλυση PMF, η οργανική μάζα ταξινομήθηκε σε 4 παράγοντες: ΠΑΤΡΑ: ΑΘΗΝΑ: BBOA 6% COA 12% OOA 13% HOA 8% COA 11% HOA 17% OOA 12% BBOA 66% ΟΑ από καύσεις βιομάζας (BBOA) Οξυγονωμένα ΟΑ μεταφορά από άλλες περιοχές (ΟΟΑ) ΟΑ από μαγείρεμα (COA) Φρέσκα πρωτογενή ΟΑ κυκλοφορία (HOA)

32 HOA (µg m -3 ) Patras Φρέσκα πρωτογενή ΟΑ (HOA) HOA (µg m -3 ) Athens Hour of the Day 2

33 COA (µg m -3 ) Patras ΟΑ από μαγείρεμα (COA) COA (µg m -3 ) Athens Hour of the Day 2

34 BBOA (µg m -3 ) Patras ΟΑ από καύσεις βιομάζας (BBOA) BBOA (µg m -3 ) Athens Hour of the Day 2

35 Συσχέτιση ΟΑ από καύσεις βιομάζας και Κ + Πάτρα 212

36 Καλοκαίρι Αθήνα 212 Average PM 1 : 15.4 μg m -3 Αποτελέσματα από Ευαγγελία Κωστενίδου.

37 Συμπεράσματα Υψηλές συγκεντρώσεις PM 2.5 τις βραδινές ώρες και στις δυο πόλεις ( ως 22 μg m -3 ) Περίπου 8% οργανικές ενώσεις και μαύρος άνθρακας Οι συγκεντρώσεις αύξαναν μετά τις 5μμ και γενικά μεγιστοποιούνταν γύρω στις 11μμ. Μείωση της θερμοκρασίας συνδέεται με αύξηση των PM 2.5. Η καύση βιομάζας ήταν υπεύθυνη για το 8% των σωματιδίων στις περιόδους με υψηλές συγκεντρώσεις. Καλή συσχέτιση ακετονιτριλίου και OΜ PM 1 Από την ανάλυση PMF προκύπτει ότι πάνω από το 6% της οργανικής μάζας οφειλόταν σε καύση βιομάζας. Τα οργανικά από καύση κατείχαν πάνω από 8% κατά τις βραδινές ώρες

38 Συμπεράσματα Τους καλοκαιρινούς μήνες δεν είχαμε συνεισφορά από καύση βιομάζας. Κυρίως οξειδωμένη ΟΜ 7% (μεταφορά από άλλες περιοχές) Πρωτογενή ΟΜ 3% Μαγείρεμα Κίνηση Η συνεισφορά από μαγείρεμα ήταν περίπου 12% της συνολικής οργανικής μάζας και για τις δύο περιοχές. Η συνεισφορά από τα πρωτογενή ΟΑ ήταν υπεύθυνη για 8-17% της συνολικής οργανικής μάζας και για τις δύο περιοχές.

39 Σπύρος Πανδής Ευαγγελία Κωστενίδου Χρήστος Καλτσονούδης Μιχάλης Πικριδάς Ευάγγελος Λούβαρης Δημήτρης Παπαναστασίου Ευχαριστίες LAQS Greek/EU Project: Thales

40 Ευχαριστώ για την προσοχή σας!! 11: 12:52 12:4 15: