ΚΑΖΑΝΤΖΗ ΑΓΓΕΛΙΚΗ ΑΕΜ.: 4595

Transcript

1 ΕΜΘΠΜ 1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΥΣΧΕΤΙΣΕΩΝ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ PM 10 ΜΕ ΤΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ PM 2.5 ΚΑΙ ΤΙΣ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΥΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΚΑΖΑΝΤΖΗ ΑΓΓΕΛΙΚΗ ΑΕΜ.: 4595 ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΜΟΥΣΙΟΠΟΥΛΟΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΑΡΜΟΔΙΟΣ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ: ΒΛΑΧΟΚΩΣΤΑΣ ΧΡΙΣΤΟΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΙΟΥΝΙΟΣ 2011

2 ΕΜΘΠΜ 2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η αύξηση των ανθρώπινων δραστηριοτήτων με στόχο την βελτίωση του οικονομικού επιπέδου σχετίζεται άμεσα με την παραγωγή και χρήση ενέργειας. Καθώς όμως αυξάνεται η οικονομική ευημερία μιας κοινωνίας αυξάνεται και η ρύπανση του περιβάλλοντος αν δεν ληφθούν προληπτικά μέτρα. Άμεσος αποδέκτης των ρύπων «ενέργειας» είναι η ατμόσφαιρα. Είναι σαφές, επομένως, ότι όλοι οι οργανισμοί που είτε έρχονται σε επαφή με τον αέρα, είτε τον αναπνέουν επηρεάζονται αρνητικά. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας γίνεται μία προσπάθεια συσχέτισης των σωματιδίων PM 10 με μετεωρολογικούς παράγοντες, με άλλους ρύπους οδικής κυκλοφορίας και με τα σωματίδια PM 2.5 ώστε να γίνουν αντιληπτές κάποιες από τις επιδράσεις στην συγκέντρωση των σωματιδίων στην ατμόσφαιρα. Για αυτόν τον σκοπό χρησιμοποιούνται μοντέλα απλής και πολλαπλής γραμμικής παρεμβολής. Τα παραπάνω επιτυγχάνονται με μετρήσεις πεδίου οι οποίες έλαβαν χώρα στον πυρήνα του αστικού κέντρου της Θεσσαλονίκης. Παράλληλα, δίνονται στοιχεία για την κατανομή της συγκέντρωσης των σωματιδίων PM 10 στην περιοχή της Θεσσαλονίκης για διάφορες χρονικές περιόδους. Καταγράφονται, τέλος, οι υπερβάσεις των ορίων που έχουν τεθεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση στην περιοχή της Θεσσαλονίκης στα υπό μελέτη σημεία. Σε αυτό το σημείο θα ήθελα να εκφράσω τις ειλικρινείς ευχαριστίες μου προς τα άτομα που με βοήθησαν τόσο στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας όσο και κατά την διάρκεια των σπουδών μου και συγκεκριμένα προς: Τον καθηγητή κ. Νικόλαο Μουσιόπουλο, Διευθυντή του Εργαστηρίου Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής, τόσο για τις σημαντικές γνώσεις που μου πρόσφερε κατά τη διάρκεια των σπουδών μου, όσο και για την παροχή του εξοπλισμού για την εκπόνηση της παρούσας εργασίας. Τον αρμόδιο παρακολούθησης της διπλωματικής εργασίας κ. Χρίστο Βλαχοκώστα για την συνεχή βοήθεια και για την άψογη συνεργασία που μου παρείχε κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διπλωματικής εργασίας. Τους συνεργάτες του Εργαστηρίου Μετάδοσης Θερμότητας κ. Χρήστο Νανέρη, κ. Ελευθέριο Χουρδάκη και κ. Βασίλη Ακύλα για την πολύτιμη βοήθεια που μου προσέφεραν κατά τη διάρκεια της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Την Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας και ειδικότερα τον κ. Αναστάσιο Βαβατζανίδη Δρ. Χημικό Μηχανικό, τον Δήμο Θεσσαλονίκης και ειδικότερα τον Αντιδήμαρχο κ. Κωνσταντίνο Ζέρβα και τον κ. Αθανάσιο Τσιουκανάρα, διαχειριστή της ιστοσελίδας παροχής μετεωρολογικών δεδομένων meteothess.gr, για την άμεση ανταπόκρισή τους στο αίτημά μου για δεδομένα ρύπων και μετεωρολογικών παραγόντων για την Θεσσαλονίκη. Την οικογένεια και τους φίλους μου για την συνεχή υποστήριξή τους όλα αυτά τα χρόνια. Θεσσαλονίκη, Ιούνιος 2011 Καζαντζή Αγγελική

3 ΕΜΘΠΜ 3 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Γενικά Ρύπανση είναι η παρουσία στο περιβάλλον οποιασδήποτε ουσίας ή μορφής ενέργειας, η οποία προκαλεί οποιαδήποτε μορφή ενόχλησης στον άνθρωπο, τα ζώα, τα φυτά ή τα πράγματα. Με την αύξηση του ανθρώπινου πληθυσμού και της παραγωγικής δραστηριότητας κατά τη διάρκεια των ετών αυξήθηκαν και οι αρνητικές επιπτώσεις αυτών στο άμεσο περιβάλλον. Είναι κοινά αποδεκτό ότι η αέρια ρύπανση επιτείνει τη νοσηρότητα (ειδικά σε καρδιαγγειακές και αναπνευστικές παθήσεις) και είναι δυνατό να οδηγήσει σε μείωση του προσδόκιμου βίου (Künzli et al. 2000, Katsouyanni et al. 2001, WHO 2003, Hurley et al. 2005, Dockery and Pope 2006). Μια σειρά από μεγάλα επεισόδια σχετιζόμενα με την ατμοσφαιρική ρύπανση τις τελευταίες δεκαετίες υπενθυμίζουν το μέγεθος του προβλήματος και την ανάγκη ελέγχου της ποιότητας του αέρα. Χαρακτηριστικά αναφέρεται το επεισόδιο που συνέβη στο Λονδίνο το 1952 όταν μια εβδομάδα υψηλών επιπέδων ρύπανσης είχε ως αποτέλεσμα να συμβούν 4000 «πλεονάζοντες» θάνατοι, οι οποίοι αποδόθηκαν στην ρύπανση. Ένας από τους πιο σημαντικούς ρύπους στην ατμόσφαιρα είναι τα αιωρούμενα σωματίδια. Είναι ο μόνος ρύπος που δε βρίσκεται σε αέρια κατάσταση και συναντάται σε στερεή ή υγρή μορφή. Τα σωματίδια είτε εκπέμπονται απευθείας στην ατμόσφαιρα είτε σχηματίζονται μέσα σε αυτή. Λόγω της μεγάλης ανομοιομορφίας των αιωρούμενων σωματιδίων αλλά και των μηχανισμών με τους οποίους εισέρχονται ή απομακρύνονται από την ατμόσφαιρα είναι δύσκολο να υπολογιστούν οι ακριβείς συγκεντρώσεις τους στο περιβάλλον και επομένως να υπολογιστούν και οι επιπτώσεις στην υγεία του ανθρώπου. Για να γίνει μία ποσοτική εκτίμηση των επιπτώσεων των σωματιδίων στην ατμόσφαιρα πρέπει να είναι γνωστή η χρονική και χωρική διακύμανση του ρύπου και έτσι να γίνει γνωστή η έκθεση του πληθυσμού στον ρύπο. Πηγαίνοντας ένα βήμα πιο πίσω, γίνεται αντιληπτό ότι είναι αναγκαία η εύρεση σχέσεων ανάμεσα στα σωματίδια και σε δεδομένα που τα επηρεάζουν αφού βρεθούν στην ατμόσφαιρα όπως οι μετεωρολογικοί παράγοντες. 1.2 Στόχος Βασικό στόχο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη και ανάλυση των σωματιδίων PM 10 για την περιοχή της Θεσσαλονίκης. Στην περιοχή του «πυρήνα» του αστικού κέντρου της Θεσσαλονίκης έλαβαν χώρα μετρήσεις πεδίου για τα σωματίδια PM 10. Αυτές οι μετρήσεις αναλύονται σε συνδυασμό και με μετρήσεις από σταθμούς της Περιφέρειας και του Δήμου στην ίδια περιοχή. Χρησιμοποιώντας εργαλεία περιβαλλοντικής στατιστικής και συγκεκριμένα πολλαπλής βηματικής παλινδρόμησης γίνεται απόπειρα εύρεσης συναρτησιακής σχέσης με μετεωρολογικούς παράγοντες, με PM 2.5 και με άλλους ρύπους που σχετίζονται με την οδική κυκλοφορία. Παράλληλα, εφαρμόζονται τα μοντέλα σε διαθέσιμες μετρήσεις PM 10. Επιπρόσθετα, συγκρίνονται και τιμές PM 10 που μετρήθηκαν για την ίδια χρονική περίοδο. Η Θεσσαλονίκη είναι μία από τις περιοχές με την μεγαλύτερη ατμοσφαιρική ρύπανση στην Ελλάδα αλλά και σε ολόκληρη την Ευρώπη. Είναι αναγκαίο επομένως να δημιουργηθούν τρόποι ώστε να υπολογίζονται με ευκολία οι συγκεντρώσεις σωματιδίων στην ατμόσφαιρα της Θεσσαλονίκης και

4 ΕΜΘΠΜ 4 ειδικότερα στην ατμόσφαιρα του κέντρου. Έτσι, θα είναι πιο εύκολο να ποσοτικοποιηθούν και οι επιπτώσεις στην υγεία των κατοίκων. 1.3 Αντικείμενο Αρχικά, στο θεωρητικό υπόβαθρο (δεύτερο κεφάλαιο) της παρούσας διπλωματικής εργασίας παραθέτονται οι φυσικές και οι ανθρωπογενείς πηγές από τις οποίες εκπέμπονται σωματίδια. Παράλληλα, περιγράφονται οι φυσικές και χημικές ιδιότητες των αιωρούμενων σωματιδίων στην ατμόσφαιρα. Στην συνέχεια του ίδιου κεφαλαίου, γίνεται λόγος για τους μηχανισμούς απομάκρυνσης και εναπόθεσης των σωματιδίων και επεξηγείται η επίδραση των σωματιδίων στην ορατότητα και στις ατμοσφαιρικές συνθήκες. Είναι απαραίτητο να επισημανθεί και το κομμάτι που άφορα στις επιπτώσεις που προκαλούν τα αιωρούμενα σωματίδια στον ανθρώπινο οργανισμό. Οι επιπτώσεις αυτές είναι σοβαρές και επηρεάζουν ολόκληρο τον πληθυσμό όταν οι συγκεντρώσεις είναι υψηλές είτε βραχυπρόθεσμα είτε μακροπρόθεσμα. Επιπρόσθετα, στο ίδιο κεφάλαιο, καταγράφονται τα όρια που έχουν θεσπιστεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση και αφορούν σε όλα τα κράτη-μέλη συμπεριλαμβανομένης και της Ελλάδας. Συγκαταλέγονται, επίσης, το σύστημα ενημέρωσης του πολίτη για τα σωματίδια και οι οδηγίες για την ποιότητα του αέρα από το Διεθνή Οργανισμό Υγείας και γίνεται περιγραφή των επιπέδων συγκέντρωσης των σωματιδίων σε διάφορες πόλεις της Ευρώπης. Τέλος, το δεύτερο κεφάλαιο περιλαμβάνει στοιχεία που αφορούν στην περιοχή μελέτης, την Θεσσαλονίκη. Μετεωρολογικές συνθήκες, κυκλοφοριακές συνθήκες και κάποια δεδομένα για μετρήσεις σωματιδίων σε παλαιότερα έτη αναλύονται σε αυτό το κεφάλαιο. Στο τρίτο κεφάλαιο, περιγράφονται οι μετρήσεις σωματιδίων PM 10 που έλαβαν χώρα στην οδό Παύλου Μελά από τον Οκτώβριο του 2010 έως τον Μάιο του Καταγράφεται ο κυκλοφοριακός φόρτος των οδών που βρίσκονται κοντά στο σημείο των μετρήσεων και επηρεάζουν άμεσα την συγκέντρωση των σωματιδίων στη γύρω περιοχή. Παράλληλα, περιγράφεται αναλυτικά η λειτουργία του οργάνου (DUSTTRAK) που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση των PM 10. Στην συνέχεια αναλύονται οι μέσοι όροι και οι μέγιστες ημερήσιες και ωριαίες τιμές. Τα χρονικά διαστήματα που μελετώνται αυτές οι τιμές είναι ανά μήνα, ανά ημέρα και ανά ώρα ώστε να γίνει αντιληπτή η διακύμανση στο έτος, στην εβδομάδα και στην ημέρα αντίστοιχα. Στην συνέχεια του ιδίου κεφαλαίου λαμβάνει χώρα η συσχέτιση των μετρήσεων στην Παύλου Μελά με μετεωρολογικά δεδομένα από δύο σταθμούς. Ο πρώτος σταθμός είναι εγκατεστημένος στην ταράτσα του κτιρίου Δ στην Πολυτεχνική Σχολή του Αριστοτέλειου πανεπιστημίου και ο δεύτερος είναι τοποθετημένος στην οδό Παλαιών Πατρών Γερμανού περίπου 100 μέτρα από το σημείο των μετρήσεων των PM 10. Οι σχέσεις που θα χρησιμοποιηθούν για την συσχέτιση είναι της μορφής y=αx+β και y=exp(αln(x)+β). Tέλος, θα συσχετιστούν οι τιμές των PM 10 που ελήφθησαν από την οδό Εγνατία για το έτος 2009 με μετεωρολογικές παραμέτρους στο ίδιο σημείο. Στο κεφάλαιο 4 αναλύονται τα δεδομένα που ελήφθησαν από τον σταθμό του Δήμου Θεσσαλονίκης στην περιοχής της Αγίας Σοφίας για τα έτη 2001 έως και 2004 και για τα έτη 2007 έως και το 2011 (μέχρι το μήνα Μάιο). Καταγράφεται η διακύμανση που ακολουθεί η συγκέντρωση των PM 10 για το ίδιο χρονικό διάστημα. Στην συνέχεια, λαμβάνει χώρα η πολλαπλή συσχέτιση ανάμεσα στα PM 10 και σε άλλους κυκλοφοριακούς ρύπους. Αρχικά γίνεται μοντελοποίηση ανάμεσα στα PM 10 και τα ΝΟ (μονοξείδιο του αζώτου), ΝΟ 2 (διοξείδιο του αζώτου), Ο 3 (όζον), SO 2 (διοξείδιο του θείου) και CO

5 ΕΜΘΠΜ 5 (μονοξείδιο του άνθρακα). Στην συνέχεια γίνεται μία δεύτερη μοντελοποίηση όπου τα ΝΟ και NO 2 αντικαθιστώνται από το σύνολο του ΝΟ Χ ως μία ανεξάρτητη μεταβλητή. Οι υπόλοιποι ρύποι δεν μεταβάλλονται. Στο πέμπτο κεφάλαιο μελετώνται οι μετρήσεις σωματιδίων PM 10 και PM 2.5 για τον σταθμό της οδού Εγνατίας για το έτος Δημιουργούνται διαγράμματα ανά μήνα, ανά ημέρα και ανά ώρα και για τις δύο κατηγορίες σωματιδίων. Συγχρόνως, υπολογίζεται μέσω του προγράμματος SPSS η γραμμική εξίσωση που περιγράφει την σχέση ανάμεσα στα PM 10 και PM 2.5. Στην συνέχεια, εφαρμόζεται η εξίσωση που υπολογίστηκε πριν στα PM 10 της οδού Παύλου Μελά και του σταθμού της Αγίας Σοφίας. Έτσι, εκτιμώνται οι πιθανές συγκεντρώσεις των PM 2.5 για τα δύο σημεία. Τέλος, υπολογίζεται η γραμμική εξίσωση που περιγράφει την σχέση ανάμεσα στα PM 10 της Παύλου Μελά και την Αγίας Σοφίας. Στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο αναλύονται τα συμπεράσματα που εξάγονται από την παρούσα διπλωματική εργασία. 1.4 Μεθοδολογία Αρχικά, περιγράφεται η μέθοδος που ακολουθήθηκε για τις μετρήσεις των σωματιδίων PM 10 που έλαβαν χώρα στην οδό Παύλου Μελά (γωνία με οδό Παλαμά) στο κέντρο της Θεσσαλονίκης για την χρονική περίοδο από 20/10/2010 έως και 30/04/2011. Αναλύονται ποσοτικά και ποιοτικά τα δεδομένα που έχουν μετρηθεί σε εκείνο το σημείο. Στη συνέχεια, με το πρόγραμμα SPSS Statistics λαμβάνει χώρα η εύρεση πιθανής συσχέτισης ανάμεσα στα PM 10 και σε μετεωρολογικές παραμέτρους. Για να επιτευχθεί αυτό χρησιμοποιούνται μετεωρολογικά από τον πανεπιστημιακό σταθμό στην ταράτσα του κτιρίου Δ της Πολυτεχνικής Σχολής και από τον σταθμό meteothess στην οδό Παλαιών Πατρών Γερμανού. Επιπρόσθετα, αναλύονται τα δεδομένα για τα PM 10 στην περιοχή της Αγίας Σοφίας στο κέντρο της Θεσσαλονίκης. Έχουν ληφθεί από τον σταθμό της περιφέρειας που έχει τοποθετηθεί σε εκείνη τη περιοχή για τα έτη 2001 έως 2004 και 2007 έως το Ακολουθεί ποσοτική και ποιοτική ανάλυση των δεδομένων και εύρεση πιθανής συσχέτισης ανάμεσα στα PM 10 και στους υπόλοιπους ατμοσφαιρικούς ρύπους που μετρήθηκαν σε αυτόν τον σταθμό. Συγχρόνως, πραγματοποιείται επεξεργασία των δεδομένων για τα σωματίδια στην ατμόσφαιρα μεγέθους μικρότερου των 10 μm αλλά και σωματιδίων μεγέθους έως 2,5 μm στο παλιό δημαρχείο στην γωνία Εγνατίας και Βενιζέλου στο κέντρο της Θεσσαλονίκης για το έτος Χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα SPSS Statistics αναλύεται η εξάρτηση των σωματιδίων PM 10 από τα σωματίδια PΜ 2.5 για την περιοχή της Θεσσαλονίκης Παράλληλα, γίνεται χρήση της ευρεθείσας εξίσωσης από τον σταθμό της Εγνατίας στις μετρήσεις της Παύλου Μελά και της Αγίας Σοφίας ώστε από τα μετρημένα σωματίδια PM 10 να υπολογιστούν τα αντίστοιχα PM 2.5 στις ανάλογες χρονικές στιγμές. Τέλος, ακολουθεί σύγκριση των δεδομένων για τα σωματίδια PM 10 της Παύλου Μελά και της Αγίας Σοφίας για την χρονική περίοδο όπου υπάρχουν τιμές και από τα δύο σημεία. Στην εικόνα 1.1 περιγράφεται η διαδικασία που ακολουθήθηκε στη παρούσα διπλωματική. Και στους τρεις σταθμούς αφού εξάγονται τα δεδομένα, αναλύονται στο excel και δημιουργούνται διαγράμματα μέσων και μέγιστων τιμών για χρονικά διαστήματα ως προς μήνες ενός έτους, ως προς

6 ΕΜΘΠΜ 6 ημέρες της εβδομάδας και ως προς ώρες σε μία ημέρα. Στην συνέχεια, υπολογίζονται οι συσχετίσεις. Παράλληλα, συγκρίνονται οι τιμές των PM 10 ανάμεσα στον σταθμό της Αγίας Σοφίας και της Παύλου Μελά. Αφού υπολογίστηκαν και οι τιμές των PM 2.5 από τα μοντέλα, δημιουργούνται και εκεί χρονικοί πίνακες για να καταγραφούν και να συγκριθούν οι υπολογισμένες τιμές των μοντέλων. ΕΙΚΟΝΑ 1.1: Διαδικασία που ακολουθήθηκε για την ανάλυση των δεδομένων.

7 ΕΜΘΠΜ 7 2. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ: 2.1 Γενικά Ως αιωρούμενα σωματίδια ορίζονται τα στερεά σωματίδια και σταγονίδια με διάμετρο 0,001 έως 200 μm που βρίσκονται σε διασπορά στην αέρια φάση της ατμόσφαιρας. Η ποικιλία σωματιδίων είναι μεγάλη, τόσο από την άποψη της προέλευσης όσο και από την άποψη των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών, με κυριότερους εκπροσώπους τη σύσταση και το μέγεθος. Κατηγορίες αιωρούμενων σωματιδίων είναι η σκόνη του εδάφους, τα σταγονίδια της θάλασσας, ο καπνός, η κάπνα, η ιπτάμενη τέφρα κ.ά. Η συγκέντρωση των αιωρούμενων σωματιδίων σε καθαρή ατμόσφαιρα είναι της τάξεως των 10 μg/m 3 (Φυτιανός et al. 2009). Τα αιωρούμενα σωματίδια χωρίζονται σε κατηγορίες σύμφωνα με το μέγεθός τους: Μεγάλα σωματίδια με αεροδυναμική διάμετρο 2,5 έως 40 μm PM 10 με αεροδυναμική διάμετρο μικρότερη των 10 μm PM 2.5 με αεροδυναμική διάμετρο μικρότερη των 2,5 μm Πολύ λεπτά σωματίδια αεροδυναμικής διαμέτρου μικρότερης του 0,1 μm (ultrafine particles). Η αεροδυναμική διάμετρος ενός σωματιδίου είναι αυτή που αντιστοιχεί σε σφαιρικό σωματίδιο μοναδιαίας πυκνότητας του οποίου η τελική ταχύτητα κατακρήμνισης έχει την ίδια τιμή με αυτή της ταχύτητας του πραγματικού σωματιδίου. Είναι πολύ χρήσιμη παράμετρος επειδή σχετίζεται με το χρόνο παραμονής των σωματιδίων στην ατμόσφαιρα καθώς και με την απόθεσή τους στο αναπνευστικό σύστημα. Έχει παρατηρηθεί ότι για μικρά σωματίδια με αεροδυναμική διάμετρο η οποία κυμαίνεται μεταξύ 0,01 και 1 μm, ο χρόνος παραμονής τους είναι περίπου ίσος με μία εβδομάδα στην κατώτερη ατμόσφαιρα και φθάνει τα δύο χρόνια στη στρατόσφαιρα. Είναι σημαντικό επίσης να αναφερθεί ότι τα σωματίδια μπορούν να μεταφέρονται μέσω της ατμόσφαιρας σε μεγάλες αποστάσεις από τις πηγές εκπομπής τους (Ρεμουντάκη 2004). Για τα σωματίδια διαμέτρου 2 με 3 μm οι μέρες παραμονής στην ατμόσφαιρα είναι περίπου 2 με 4 (CAFÉ, working group on particulate matter, 2004). 2.2 Κατηγορίες αιωρούμενων σωματιδίων Προκειμένου να μελετηθούν τα ατμοσφαιρικά σωματίδια, είναι απαραίτητο να ταξινομηθούν σε κατηγορίες. Δημιουργήθηκαν έτσι διάφοροι τρόποι ταξινόμησης των σωματιδίων οι κυριότεροι από τους οποίους βασίζονται: Στην προέλευση: Τα σωματίδια κατατάσσονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες ανάλογα με το αν οι πηγές εκπομπής τους είναι φυσικές ή ανθρωπογενείς. Σωματίδια μπορούν να προέλθουν από φυσικές πηγές όπως: Ηφαιστειακή τέφρα. Θαλάσσια σταγονίδια. Τριβή πετρωμάτων.

8 ΕΜΘΠΜ 8 Διάβρωση εδάφους. Γύρη από λουλούδια. Σπόροι μυκήτων. Ειδικότερα για την περιοχή της Μεσογείου η άμμος της Σαχάρας η οποία ταξιδεύει μέχρι και 1000 km απόσταση. Από πυρκαγιές μη σχετιζόμενες με ανθρώπινη δραστηριότητα. Σωματίδια από ανθρωπογενείς πηγές: Βιομηχανική καύση σε λέβητες και μηχανές εσωτερικής καύσης. Μετακινήσεις (οδικές, θαλάσσιες, αέρος). Καυστήρες που χρησιμοποιούνται για θέρμανση οικιών, δημοσίων κτιρίων κ.ά. Εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Κατασκευαστικά έργα (οικοδόμηση κτιρίων, δημιουργία δρόμων κ.ά.). Διυλιστήρια. Πετροχημικές διεργασίες. Επεξεργασία και διάθεση αποβλήτων. Χρήση διαλυτών. Χημικές και μεταλλουργικές διεργασίες. Εξόρυξη μεταλλευμάτων. Αέρια πυρανάφλεξης, τα οποία μετατρέπονται με χημικό τρόπο σε σωματίδια. Τριβή οχημάτων σε οδικά δίκτυα. Άλεση στερεών συστατικών για οποιαδήποτε χρήση (σκόνη τσιμέντου, χώμα κ.ά.). Βιομηχανίες τσιμέντου, γυαλιών και κεραμικών. Χαρτοβιομηχανίες. Σε παγκόσμια κλίμακα υπερτερούν οι εκπομπές από φυσικές πηγές. Αντίθετα, σε τοπική κλίμακα υπερτερούν οι ανθρωπογενείς εκπομπές (Φυτιανός et al. 2009). Στον τρόπο σχηματισμού τους: Τα σωματίδια κατατάσσονται σε πρωτογενή και δευτερογενή. Τα πρωτογενή σωματίδια είναι αυτά που εκπέμπονται άμεσα στην ατμόσφαιρα από τις προαναφερόμενες πηγές. Από την άλλη πλευρά, δευτερογενή είναι τα σωματίδια που σχηματίζονται στην ατμόσφαιρα από χημικές αντιδράσεις ή συμπύκνωση αερίων (Quarg 1996). Κύριοι εκπρόσωποι δευτερογενών σωματιδίων είναι τα θειικά αερολύματα που προέρχονται από την οξείδωση του διοξειδίου του θείου (SO 2 ), τα οργανικά αερολύματα που προέρχονται από τη φωτοχημική οξείδωση πτητικών οργανικών ενώσεων και σωματίδια που δημιουργούνται από την χημική μετατροπή αερίων σε ατμούς χαμηλής πτητικότητας (Ρεμουντάκη 2004). Τα προαναφερόμενα αέρια μπορούν να είναι για παράδειγμα τα CO, NO X και VOCs τα οποία αντιδρούν με διάφορες ενώσεις του αέρα και δημιουργούν έτσι λεπτόκοκκα σωματίδια (Τσιλιγκιρίδης 2006). Ως προς την κατανομή μεγέθους τους:

9 ΕΜΘΠΜ 9 Περιοχή πυρήνωσης: αποτελείται από σωματίδια με διάμετρο μικρότερη του 0,1 μm που σχηματίζονται από συμπύκνωση θερμών ατμών ή διάχυση ατμών σε προϋπάρχοντα σωματίδια. Περιοχή συσσώρευσης: αποτελείται από σωματίδια με διάμετρο 0,1 έως 2,5 μm που σχηματίζονται από τα σωματίδια πυρήνωσης με συσσωμάτωση ή συμπύκνωση ατμών. Περιοχή μεγάλων σωματιδίων: αποτελείται από σωματίδια με διάμετρο μεγαλύτερη των 2,5 μm και σχηματίζονται από μηχανικές δράσεις (Φυτιανός et al. 2009). 2.3 Σύσταση αιωρούμενων σωματιδίων Είναι απαραίτητο να γίνει μία ανάλυση ως προς την σύσταση των σωματιδίων, ώστε να δειχθεί η σημασία τους για την ανθρώπινη υγεία. Γενικά, τα σωματίδια αποτελούνται από μία ανόργανη φάση όπως στερεό ανόργανο υλικό, υδατοδιαλυτά ανόργανα άλατα και από μία οργανική φάση. Η σχετική συνεισφορά οργανικού και ανόργανου υλικού στη συνολική μάζα των σωματιδίων εξαρτάται από διάφορους παράγοντες όπως την προέλευσή τους, τις ατμοσφαιρικές συνθήκες και το μέγεθός τους. Γενικότερα τα PM είναι ένα περίπλοκο μίγμα από στοιχειώδη και οργανικό άνθρακα (C), αμμωνία, νιτρικές ενώσεις, θειικές ενώσεις, σκόνη μεταλλευμάτων και νερό, ενώσεις του μολύβδου, οξείδια του αργίλου, πυρίτιο και άλλα μέταλλα για παράδειγμα σίδηρος (Fe), χαλκός (Cu), νικέλιο (Ni), μαγγάνιο (Mn), κάλιο (K), ψευδάργυρο (Zn) και χρώμιο (Cr). Σαφώς οι ποσότητες για τις οποίες γίνεται λόγος είναι της τάξεως του 1 ng/m 3 αλλά και μικρότερες (Φυτιανός et al. 2009). Επιπρόσθετα, έχουν εντοπιστεί σωματίδια που αποτελούνται από στοιχεία κρυσταλλικής δομής όπως το Al 2 O 3 (οξείδιο του αργιλίου) και το SiO 2 (οξείδιο του πυριτίου), καρβίδια και δευτερογενή ανόργανα αερολύματα όπως το αμμώνιο (ΝΗ 4 + ), θειικό ιόν (SO 4 2+ ),νιτρικό ιόν (NO 3 - ). Τα τελευταία είναι κυρίως σωματίδια διαμέτρου μικρότερης των 2,5 μm και παράγονται από ανθρωπογενείς δραστηριότητες (Φυτιανός et al. 2009). Συγχρόνως, υπάρχουν στα σωματίδια και πιο σύνθετες ενώσεις όπως η νιτρική αμμωνία (ΝΗ 4 ΝΟ 3 ) και το θειικό αμμώνιο (ΝΗ 4 ) 2 SΟ 4 (Querol et al. 2008). Σε πολλές περιπτώσεις σωματιδίων μετρήθηκε μεγάλο ποσοστό νερού απορροφημένο σε ουσίες όπως τα Na +, K +, Mg 2+, Ca 2+, Cl -, αλλά και ουσίες επικίνδυνες για τον ανθρώπινο οργανισμό όπως τα ρουβίδιο (Rb), ύτριο (Y), τιτάνιο (Ti), μολυβδαίνιο (Mo) και σελήνιο (Se). Κάποια στοιχεία που αποτελούν σωματίδια και αιωρούνται στην ατμόσφαιρα δημιουργούνται κυρίως από ανθρώπινες δραστηριότητες όπως τα αρσενικό (As), κάδμιο (Cd), θάλλιο (Tl), και μόλυβδος (Pb) και «δημιουργούν» κυρίως σωματίδια PM 2.5. Κάποια άλλα στοιχεία έχουν προσδιοριστεί στη σύσταση και των PM 10 και των PM 2.5 όπως τα χαλκός (Cu), μαγνήσιο (Mn), μολυβδαίνιο (Mo) και αντιμόνιο (Sb). Επιπρόσθετα υπάρχουν στα σωματίδια και οι ουσίες όπως οι αργίλιο (Al) και το βανάδιο (V). Στοιχεία όπως το βάριο (Ba), το δημήτριο (Ce), ο χαλκός (Cu), το λανθάνιο (La), το μολυβδαίνιο (Mo), το μαγγάνιο (Mn), το νεοδύμιο (Nd), το αντιμόνιο (Sb), αλλά και το ασβέστιο (Ca), ο σίδηρος (Fe), ο μόλυβδος (Pb) και το βάριο (Βα) έχει αναλυθεί ότι προέρχονται κυρίως από τις οδικές μετακινήσεις (Hueglin et al. 2004). Παράλληλα και τα στοιχεία όπως ψευδάργυρος (Zn), αργίλιο (Al), χρώμιο (Cr), υδράργυρος (Hg), λανθάνιο (La), μαγνήσιο (Mg), βανάδιο (V), κασσίτερος (Sn), κοβάλτιο (Co) και χημικές ενώσεις όπως οι BaCu και PbZn σχετίζονται με την οδική κυκλοφορία (Querol et al. 2001, Laschober et al. 2004, Chellam et al. 2005, Yli-Tuomi et al. 2005, Viana et al. 2007, Xia et al. 2011).

10 ΕΜΘΠΜ 10 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.1: Χημικές ενώσεις και στοιχεία κατά μέγεθος και κατά πηγή εκπομπής. Ένωση/Στοιχείο Μέγεθος Πηγές Βιβλιογραφία Al2O3, SiO2, καρβίδια, ΝΗ4+, SO42+, NO3- ΝΗ 4 ΝΟ 3, (ΝΗ 4 ) 2 SΟ 4 As, Cd, Tl, Pb Na +, K +, Mg 2+, Ca 2+, Cl - Cu, Mn, Mo,Sb, Al, V Ba, Ce,Cu, La, Mo, Mn, Nd, Sb, Ca, Fe, Pb, Βα Zn, Al, Cr, Hg, La, Mg, V, Sn, Co, BaCu, PbZn <2,5 μm <10 μm <2,5 μm <10 μm <10 μm ανθρωπογενείς δραστηριότητες ανθρωπογενείς δραστηριότητες Φυτιανός et al <10 μm οδικές μετακινήσεις Hueglin et al <10 μm οδική κυκλοφορία Querol et al. 2001, Laschober et al. 2004, Chellam et al. 2005, Yli- Tuomi et al. 2005, Viana et al. 2007, Xia et al Cd, Tl <10 μm σταθερές πηγές Buwal 1995 Κ <10 μm βιομάζα Fe, Mn, Cr, Ca, Ni, Zn, Se, Mo, Cd, Sn, Pb Zn, As, Se, Zr, Cs, Tl, Pb, Bi SiO 2, Fe 2 O 3, Mg, Ba Zn <10 μm βιομηχανία χάλυβα <10 μm <10 μm <10 μm V, Cd, Cr, Zn, Sr, Pb <2,5 μm V, Cr, Zn, Sr, Pb, Mo, Ag <2,5 μm S, Mg, Al, K, Ca, Fe, Ti, Sr, Cd Fe, Cr, Mn, Cu, Zn, Sb, Ba βίο-αερολύματα, Βακτήρια, μύκητες βίο-αερολύματα, Βακτήρια, μύκητες βιομηχανίες γυαλιού και κεραμικών σκόνη από συστήματα πέδησης φθορά των ελαστικών εξατμίσεις diesel οχημάτων βενζινοκίνητα οχήματα Huang et al. 1994, Ojanen et al. 1998, Querol et al. 2004, Viana et al Querol et al Hildemann et al Harrison et al. 1996, Schauer et al Schauer et al Schauer et al <2,5 μm σκόνη του δρόμου Schauer et al <2,5 μm <10 μm σκόνη φρεναρίσματος ανακύκλωση στερεών αποβλήτων Schauer et al Marchand et al <10 μm κομπόστ των φυτών Marchand et al Τα στοιχεία κάδμιο (Cd) και θάλλιο (Tl) εκπέμπονται κυρίως από σταθερές πηγές (Buwal 1995). Επιπρόσθετα, το κάλιο (Κ) εκπέμπεται κυρίως από την βιομάζα και τα στοιχεία σίδηρος (Fe), μαγγάνιο (Mn), χρώμιο (Cr), ασβέστιο (Ca), νικέλιο (Ni), ψευδάργυρος (Zn), σελήνιο (Se), μολυβδαίνιο (Mo), κάδμιο (Cd), κασσίτερος (Sn), μόλυβδος (Pb) από την βιομηχανία χάλυβα (Huang et al. 1994, Ojanen et al. 1998, Querol et al. 2004, Viana et al. 2006). Τα στοιχεία ψευδάργυρος (Zn), αρσενικό (As), σελήνιο (Se), ζιρκόνιο (Zr), καίσιο (Cs), θάλλιο (Tl), μόλυβδος (Pb) και βισμούθιο (Bi) έχουν βρεθεί σε σωματίδια που εκπέμφθηκαν από βιομηχανίες γυαλιού και κεραμικών (Querol et

11 ΕΜΘΠΜ 11 al. 2004). Στη σκόνη από συστήματα πέδησης έχουν βρεθεί σωματίδια με τις ουσίες SiO 2, Fe 2 O 3, Mg και Ba (Hildemann et al. 1991). Ψευδάργυρος (Zn) ανιχνεύτηκε στα σωματίδια που δημιουργούνται από την φθορά των ελαστικών (Harrison et al. 1996, Schauer et al. 2006). Από τις εξατμίσεις diesel οχημάτων εξέρχονται τα στοιχεία βανάδιο (V) και κάδμιο (Cd) και σε μικρότερες ποσότητες το χρώμιο (Cr), ο ψευδάργυρος (Zn), το στρόντιο (Sr) και ο μόλυβδος (Pb). Από τα βενζινοκίνητα οχήματα έχουν ανιχνευτεί σωματίδια με περιεκτικότητα σε βανάδιο (V), χρώμιο (Cr), ψευδάργυρο (Zn), στρόντιο (Sr), μόλυβδο (Pb), μολυβδαίνιο (Mo) και άργυρο (Ag). Συγχρόνως, σωματίδια από την σκόνη του δρόμου μπορεί να περιέχουν θείο (S), μαγγάνιο (Mg), αργίλιο (Al), κάλιο (K), ασβέστιο (Ca), σίδηρο (Fe), τιτάνιο (Ti), στρόντιο (Sr) και κάδμιο (Cd). Τέλος, στην σκόνη φρεναρίσματος συναντώνται τα σίδηρος (Fe), χρώμιο (Cr), μαγγάνιο (Mn), χαλκός (Cu), ψευδάργυρος (Zn), μόλυβδος (Sb) και βάριο (Ba) (Schauer et al. 2006). Τα σωματίδια των τελευταίων κατηγοριών είναι τις περισσότερες φορές μικρότερα των 2,5 μm. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες μπορεί να αυξάνουν και τα βίο-αερολύματα. Βακτήρια και μύκητες που παράγονται από την ανακύκλωση στερεών αποβλήτων και από το κομπόστ των φυτών πιθανά να θέτουν σε κίνδυνο την ανθρώπινη υγεία (Marchand et al. 1995). Τέλος, είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι τα σωματίδια μπορεί να περιέχουν αρωματικούς πολυκυκλικούς υδρογονάνθρακες. Όλα τα παραπάνω στοιχεία και ενώσεις καταγράφονται στον πίνακα 2.1 ως προς το μέγεθος που συνήθως βρίσκονται στην ατμόσφαιρα και ως προς τις πηγές που τα εκπέμπουν. ΕΙΚOΝΑ 2.1: Στοιχειώδης σύσταση σωματιδίων (σε ng/m 3 ) σε διάφορες Ευρωπαϊκές πόλεις (Cassee et al. 2009). Στην εικόνα 2.1 παραθέτεται ένα διάγραμμα με τη βασική σύσταση των σωματιδίων σε διάφορες πόλεις τις Βόρειας και Κεντρικής Ευρώπης. Οι πόλεις είναι το Amsterdam και το De Zilk στην Ολλανδία, η Lodz στην Πολωνία, το Oslo στη Νορβηγία και η Ρώμη της Ιταλίας. Ο ψευδάργυρος αποτελεί το συστατικό με το μεγαλύτερο ποσοστό. Ακολουθούν ο μόλυβδος (Pb), o χαλκός (Cu), το

12 ΕΜΘΠΜ 12 βανάδιο (V),το νικέλιο (Νi), και τέλος το κάδμιο (Cd). Από αυτή την σύσταση και γνωρίζοντας ότι αυτά είναι κυρίως στοιχεία που εκπέμπονται από τα οχήματα μπορεί να βγει το συμπέρασμα ότι κατά κύριο λόγο τα λεπτά (fine) σωματίδια προέρχονται από την κυκλοφορία. Πρέπει σε αυτό το σημείο να επισημανθεί ότι η εικόνα αναφέρεται σε πόλεις με πετρελαιοκίνητα οχήματα. 2.4 Μηχανισμοί εναπόθεσης σωματιδίων Οι τρόποι με τους οποίους απομακρύνονται τα σωματίδια από την ατμόσφαιρα είναι οι εξής: Με καθίζηση δηλαδή με πτώση λόγω βαρύτητας των σχετικά μεγάλων και βαρέων σωματιδίων. Με ξηρή απόθεση όπου τα μικρά σωματίδια ακολουθούν αδρανώς τις κινήσεις του αέρα και τα οποία κατακρατούνται, όταν έρθουν σε επαφή, από την υποκείμενη επιφάνεια. Με υγρή απόθεση σε περίπτωση υετού οπότε μπορεί να συμβεί κάποιο από τα παρακάτω ενδεχόμενα. Είτε σάρωση των ρύπων οι οποίοι βρίσκονται στην ατμόσφαιρα από τη βροχή ή το χιόνι (απόπλυση) είτε πρόσληψη από τα μικρά σταγονίδια του νέφους, τα οποία αργότερα ενώνονται μεταξύ τους φτιάχνοντας σταγόνες βροχής (Μελλάς 1997, Φυτιανός et al. 2009). Στην εικόνα 2.2 περιγράφονται οι πηγές εκπομπής σωματιδίων, οι τρόποι μετασχηματισμού τους στην ατμόσφαιρα και οι μηχανισμοί απομάκρυνσης είτε με υγρή εναπόθεση είτε με καθίζηση λόγω βαρύτητας. Παράλληλα, στην εικόνα γίνεται και ο διαχωρισμός των σωματιδίων ανάλογα με το μέγεθός τους. ΕΙΚΟΝΑ 2.2: Η πολυπλοκότητα του μίγματος των αστικών σωματιδίων σε διάφορα εύρη μεγεθών (Salonen et al. 2008)

13 ΕΜΘΠΜ Επίδραση σωματιδίων στην ορατότητα και στις ατμοσφαιρικές συνθήκες Είναι σημαντικό σε αυτό το σημείο να γίνει αναφορά στην επίδραση των αιωρούμενων σωματιδίων στις περιβαλλοντικές συνθήκες. Καταρχάς, τα αιωρούμενα σωματίδια αποτελούν την κύρια αιτία μείωσης της ορατότητας σε πολλές περιοχές. Αυτό είναι το επονομαζόμενο «νέφος». Πιο ειδικά, για τα αιωρούμενα σωματίδια των ατελών καύσεων ανθρωπογενούς προέλευσης, όταν βρεθούν στην ατμόσφαιρα μπορεί να επιδράσουν με δύο τρόπους κυρίως τη θερμοκρασία. Τα λιγότερο σκούρα σωματίδια οργανικού άνθρακα ανακλούν την ηλιακή ακτινοβολία και ψύχουν περιοχές, που έχουν έντονη παρουσία. Τα σωματίδια μαύρου άνθρακα και αιθάλης θερμαίνουν την ατμόσφαιρα μέσω της απορρόφησης του φωτός. Αυτή είναι η άμεση επίδραση των σωματιδίων στο ενεργειακό ισοζύγιο (Μουσιόπουλος 1997). Παράλληλα, τα αερολύματα επηρεάζουν το κλίμα με άμεσο τρόπο μέσω της ανάκλασης και της απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας. Το αποτέλεσμα αυτής της επίδρασης είναι συνήθως η μείωση της θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας δηλαδή φαινόμενο αντίθετο από αυτό που προκαλούν τα αέρια του θερμοκηπίου. Πέρα από τα άμεσα αποτελέσματα στο ενεργειακό ισοζύγιο της ατμόσφαιρας λόγω της διάχυσης και της απορρόφησης του φωτός, τα σωματίδια ενεργούν και έμμεσα. Πολλές φορές η έμμεση αυτή επίδραση προκαλεί μεγαλύτερες μεταβολές στην ατμόσφαιρα σε σχέση με την άμεση επίδραση. Τα έμμεσα αποτελέσματα βασίζονται στη δυνατότητα που έχουν ορισμένα αερολύματα να δρουν ως πυρήνες συμπύκνωσης σύννεφου. Αυτό συνεπάγεται μεταβολή της συγκέντρωσης του πλήθους των σταγονιδίων στο σύννεφο καθώς και της κατανομής του μεγέθους τους, στοιχεία που καθορίζουν σημαντικά το ρυθμό κατακρήμνισής τους. Τέτοιες μεταβολές στα χαρακτηριστικά του σύννεφου θεωρείται ότι μεταβάλλουν τον χρόνο ζωής και το μέγεθος ενός σύννεφου. (Wieprecht et al. 2004, Cess et al. 1997). Σε αυτό το σημείο είναι σημαντικό να γίνει αναφορά στα μεγέθη της αποτίμηση της αστικής ατμοσφαιρικής ρύπανσης: Το φυσικό υπόβαθρο, δηλαδή, η συγκέντρωση του ρύπου που θα υφίστατο χωρίς ανθρώπινες δραστηριότητες. Το περιφερειακό υπόβαθρο: Η μακράς κλίμακας μεταφορά αερίων ανθρωπογενών ρύπων προερχομένων από διάφορες πηγές ρύπανσης περιλαμβανομένων και αστικών περιοχών, οδηγεί σε αύξηση των επιπέδων συγκέντρωσης των αερίων και των χημικά παραχθέντων προϊόντων τους σε περιφερειακό επίπεδο. Το αστικό υπόβαθρο: Με αυτόν τον όρο υπονοείται η συγκέντρωση των ρύπων σε τοποθεσίες μέσα στις πόλεις οι οποίες δεν υφίστανται άμεση επίδραση από έντονες πηγές ρύπανσης όπως η κυκλοφορία των οχημάτων και η βιομηχανία. Ρύπανση στα λεγόμενα «σημεία αιχμής», δηλαδή σε πολυσύχναστους δρόμους ή την εγγύς περιοχή βιομηχανικών μονάδων. Στα σημεία αυτά, οι συγκεντρώσεις ρύπων είναι κατά πολύ αυξημένες λόγω της άμεσης επίδρασης γειτονικών πηγών ρύπανσης. 2.6 Αιωρούμενα σωματίδια και υγεία Στην εικόνα 2.3 περιγράφεται η σύνδεση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης με την υγεία του πληθυσμού που εκτίθεται σε αυτή. Σε ολόκληρο τον πληθυσμό και ειδικότερα σε ομάδες υψηλού κινδύνου όπως οι ηλικιωμένοι, τα παιδιά, οι ασθενείς με καρδιαγγειακά προβλήματα ή προβλήματα

14 ΕΜΘΠΜ 14 άσθματος και οι καρκινοπαθείς είναι απαραίτητος ο συνεχής έλεγχος τη υγεία σε περιοχές με υψηλά επίπεδα ρύπανσης. Παράλληλα, απαιτείται και η συνεχής παρακολούθηση της αέριας ρύπανσης και οι συνεχείς μετρήσεις των συγκεντρώσεων των ρύπων στην ατμόσφαιρα. Τέλος, και με τις μελέτες από την τοξικολογία είναι αρκετά γνωστές οι επιδράσεις διαφόρων ουσιών στον ανθρώπινο οργανισμό όπως π.χ. τα βαρέα μέταλλα όπως το κάδμιο, ο χαλκός και ο ψευδάργυρος. Κάνοντας μία αντιπαραβολή τις ουσίες που έχουν βρεθεί σε σωματίδια με αυτές που επιδρούν αρνητικά στον ανθρώπινο οργανισμό, το αποτέλεσμα θα είναι αποκαρδιωτικό. Οι περισσότερες επικίνδυνες βρίσκονται στον αέρα σε μορφή σωματιδίων και μάλιστα εκπέμπονται κυρίως από ανθρωπογενείς πήγες. Συνθέτοντας την παρακολούθηση της υγείας με τον έλεγχο της αέριας ρύπανσης και την τοξικολογία μπορούν να εκτιμηθούν ποσοτικά και με καλή ακρίβεια οι επιπτώσεις της αέριας ρύπανσης τον ανθρώπινο οργανισμό. Η ικανότητα του αναπνευστικού συστήματος να προστατεύεται από τη σωματιδιακή ύλη καθορίζεται κυρίως από το μέγεθος των σωματιδίων. Στην εικόνα 2.4 εμφανίζεται το αναπνευστικό σύστημα του ανθρώπου. Ο αέρας και όσα σωματίδια μεταφέρει εισέρχονται από την ρινική κοιλότητα στην τραχεία. Εκεί τα μεγαλύτερα σωματίδια θα συγκρατηθούν από τη βλέννα που καλύπτει την ρινική κοιλότητα και την τραχεία. Παράλληλα, ορισμένα σωματίδια παγιδεύονται από μικρές λεπτές βλεφαρίδες που καλύπτουν τα τοιχώματα του ανώτερου αναπνευστικού συστήματος των βρόγχων. Τα σωματίδια μεγαλύτερης μάζας έχουν μικρότερη ταχύτητα απ' ότι ο εισπνεόμενος αέρας και παγιδεύονται από τις τρίχες και τη βλέννα των περίπλοκων αναπνευστικών αγωγών καθώς προσκρούουν στα τοιχώματα της μύτης και της τραχείας. Πρακτικά όλα τα σωματίδια που έχουν διάμετρο πάνω από 5 μm κατακρατούνται μ' αυτόν τον τρόπο πριν εγκαταλείψουν την τραχεία. ΕΙΚΟΝΑ 2.3: Αποτίμηση των επιπτώσεων της αέριας ρύπανσης στην υγεία (Kuhlbusch et al. 2006)

15 ΕΜΘΠΜ 15 ΕΙΚΟΝΑ 2.4: Το αναπνευστικό σύστημα του ανθρώπου (European lung foundation) Αντίθετα με τα πιο μεγάλα σωματίδια, τα σωματίδια με διάμετρο μικρότερη των 2,5 μm «δραπετεύουν» από τους αμυντικούς αυτούς μηχανισμούς και εισέρχονται στον πνεύμονα, όπου λόγω βαρύτητας εναποτίθενται κυρίως στις κυψελίδες των πνευμόνων και δύσκολα αποβάλλονται. Είναι αυτά που προκαλούν τα περισσότερα προβλήματα κυρίως γιατί εισέρχονται τόσο βαθιά στο αναπνευστικό σύστημα αλλά και γιατί η χημική σύστασή τους είναι επικίνδυνη. Υπάρχουν μελέτες που αναφέρουν πειράματα in vitro στα οποία ανιχνεύτηκαν χημικές ουσίες στο αίμα που εισήχθησαν από τις κυψελίδες και δημιούργησαν προβλήματα και σε άλλα όργανα όπως το συκώτι και τα νεφρά. Για αυτούς τους λόγους είναι σημαντικό να είναι γνωστή η σύσταση των σωματιδίων που εκπέμπονται από τις φυσικές αλλά κυρίως από τις ανθρωπογενείς πηγές. Σωματίδια μικρότερα του 0,01 μm εισέρχονται με τον αέρα στους πνεύμονες αλλά λόγω του μεγέθους τους δεν προλαβαίνουν να κατακαθίσουν και εξέρχονται με την διαδικασία της εκπνοής. (Oberdorster 1995, Oberdorster et al. 2002, Oberdorster et al. 2005). Στην εικόνα 2.5 παρουσιάζεται μια πρόβλεψη της απόθεσης των σωματιδίων διαφόρων μεγεθών στα διάφορα μέρη του αναπνευστικού συστήματος. Κάθε μια από τις σκιαζόμενες περιοχές δείχνει το εύρος της απόθεσης για μια δεδομένη (αεροδυναμική) διάμετρο σωματιδίων. Όπως αναφέρθηκε και πριν παρατηρείται ότι στη ρινοφαρυγγική κοιλότητα αντιστοιχούν σωματίδια μεγάλης διαμέτρου. Αντίθετα, το μέγιστο της απόθεσης στους πνεύμονες αντιστοιχεί στις μικρές διαμέτρους. Τέλος, η καμπύλη που αντιστοιχεί στην τραχεία και στους βρόχους καλύπτει ευρύ φάσμα διαμέτρων με σχετικά χαμηλά ποσοστά απόθεσης.

16 ΕΜΘΠΜ 16 ΕΙΚΟΝΑ 2.5: Προβλέψεις απόθεσης σωματιδίων στο αναπνευστικό σύστημα (Ρεμουντάκη 2004) Αρνητικές επιπτώσεις σωματιδίων στον ανθρώπινο οργανισμό: Ερεθισμός αναπνευστικού συστήματος (μύτη και φάρυγγας). Αύξηση πνευμονικών παθήσεων. Χρόνια βρογχίτιδα (Künzli et al. 2000). Αυξημένος κίνδυνος καρδιαγγειακών επεισοδίων (Brook et al. 2004). Μεγάλη σύνδεση σωματιδίων με πρόωρους θανάτους είτε αιφνίδια είτε με μείωση του προσδόκιμου ορίου ζωής (Ευρωπαϊκή Οργάνωση για το αναπνευστικό σύστημα, Anderson et al. 2004, Roberts 2004, WHO 2005, Samoli et al. 2005, Dockery and Pope 2006, Ren et al. 2006, Lanki et al. 2006, Kettunen et al. 2007). Καρκίνος των πνευμόνων (WHO 2005, Jerrett et al. 2005). Επιδείνωση κατάστασης ασθενών με στεφανιαία νόσο και κρίσεις στηθάγχης. Πρόκληση αλλεργιών. Μεγάλη συσχέτιση με κρίσεις άσθματος. Επιδράσεις με τοξικό χαρακτήρα μέσα στο αναπνευστικό εξαιτίας της χημικής σύστασης των σωματιδίων (Steerenberg et al. 2006). Πρόκληση φλεγμονών στους αεραγωγούς και στους πνεύμονες (Steerenberg et al. 2006, Jalava et al. 2008, Happo et al. 2008, Cassee et al. 2009). Αύξηση τοξικότητας των λέμφων. Οξειδωτικό στρες (Baulig et al. 2004, Limbach et al. 2005, Risom et al. 2005). Αναστολή της κυτταρικής δημιουργίας ινοβλαστών (Limbach et al. 2005). Ανάγκη για νοσοκομειακή περίθαλψη. Ισχαιμία του μυοκαρδίου (Gold et al. 2000, Henneberger et al. 2005, Lanki et al. 2008) Ποσοτικοποιώντας τις παραπάνω επιπτώσεις οι μελέτες έδειξαν:

17 ΕΜΘΠΜ 17 Βραχυπρόθεσμα μία αύξηση της τάξεως του 0,6% της θνησιμότητας ανά 10 μg / m³ PM 10 (ημερήσια τιμή) (WHO, 2005). Μακροπρόθεσμα μία αύξηση 6% της θνησιμότητας ανά 10 μg / m³ PM 2.5 ετήσια τιμή (WHO, 2005). 2.7 Ισχύοντα και προτεινόμενα όρια για τα PM 10 και PM 2.5 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.2: Οριακές τιμές των σωματιδίων PM 10 που αφορούν την υγεία του ανθρώπου (2008/50/EC). Ρύπος PM 10 PM 2.5 Όρια Περίοδος αναφοράς Επιτρεπόμενες υπερβάσεις ανά έτος 50 μg /m 3 1 ημέρα 35 40μg/m 3 25 μg /m 3 Ημερολογιακό έτος Ημερολογιακό έτος - - έναρξη ισχύος οριακής τιμής 1/1/2005 έναρξη ισχύος οριακής τιμής 1/1/2005 τέθηκε σε στόχο 1/1/2010 έναρξη ισχύος οριακής τιμής 1/1/2015 Στον πίνακα 2.2 έχουν καταχωρηθεί οι οριακές τιμές για τα σωματίδια PM 10 και PM 2.5 όπως έχουν οριστεί από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή. Για τα PM 10 το ημερήσιο όριο ανέρχεται σε 50 μg/m 3 και αυτό δεν πρέπει να ξεπεραστεί πάνω από 35 ημέρες μέσα σε ένα ημερολογιακό έτος. Ταυτόχρονα υπάρχει και ετήσιο όριο στα 40 μg/m 3 για τα P 10. Όσο για τα PM 2.5 υπάρχει μόνο ετήσιο όριο στα 25 μg/m 3. Στον πίνακα 2.3 καταγράφονται τα επίπεδα με τα οποία ο πολίτης μπορεί να ενημερώνεται για τα επίπεδα σωματιδίων στην ατμόσφαιρα. Στην χαμηλή ζώνη είναι τα PM έως 49 μg/m 3. Σε αυτή δεν παρουσιάζεται κανένα πρόβλημα στον πληθυσμό. Στην μεσαία ζώνη με συγκεντρώσεις από 50 έως 74 μg/m 3 μπορεί να δημιουργηθούν αναπνευστικά προβλήματα σε ομάδες υψηλού κινδύνου και καλό είναι να αποφεύγονται οι μεγάλες μετακινήσεις. Στην υψηλή ζώνη η πιθανότητα εμφάνισης αναπνευστικού προβλήματος είναι πιο μεγάλη και συστήνεται να αποφεύγεται εντελώς η έκθεση σε τέτοιο περιβάλλον. Στον πίνακα 2.4 είναι οι προτάσεις-στόχοι του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας για τα σωματίδια που θα ήταν καλό να επιτευχθούν για την βελτίωση της υγείας. Παρατηρείται ότι με κάθε μείωση των σωματιδίων κατά 10 μg/m 3 στα PM 2.5 και κατά 20 μg/m 3 στα PM 10 μειώνεται κατακόρυφα και η πρόωρη θνησιμότητα από 2 έως 11%. Ο τελικός στόχος είναι τα επίπεδο των 20 και 10 μg/m 3 για τα PM 10 και PM 2.5 αντίστοιχα όπου αυτά είναι τα κατώτερα επίπεδα που έχουν σχέση με καρδιοπνευμονικά προβλήματα και καρκίνο των πνευμόνων.

18 ΕΜΘΠΜ 18 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.3: Σύστημα ενημέρωσης πολίτη για τα PM όταν τα επίπεδα μόλυνσης από σωματίδια υπερβαίνουν το όριο (European lung foundation) Ζώνη δείκτης PM (μg/m 3 ) Χαμηλή Μέση Υψηλή Πολύ υψηλή 10 >99 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.4: Οδηγίες για την ποιότητα του αέρα και ενδιάμεσοι στόχοι για τους ετήσιους μέσους όρους των αιωρούμενων σωματιδίων (WΗΟ 2008) Ενδιάμεσος στόχος 1 Ενδιάμεσος στόχος 2 Ενδιάμεσος στόχος 3 PM 10 (μg/m 3 ) PM 2.5 (μg/m 3 ) Τελικός στόχος Βάση για το επιλεγμένο επίπεδο αυτά τα επίπεδα σχετίζονται με ένα ποσοστό 15% υψηλότερο μακροπρόθεσμο κίνδυνος θνησιμότητας του AQG μείωση πρόωρης θνησιμότητας κατά 2-11% συγκριτικά με επίπεδο 1 μείωση πρόωρης θνησιμότητας κατά 2-11% συγκριτικά με επίπεδο 2 αυτά είναι τα κατώτερα επίπεδα που σχετίζονται με καρδιοπνευμονικά και καρκίνο των πνευμόνων σε μακροπρόθεσμη έκθεση σε PM Η κατάσταση στην Ευρώπη Στην εικόνα 2.6 παραθέτονται οι συγκεντρώσεις των σωματιδίων PM 10 (δεξί διάγραμμα) και PM 2.5 (αριστερό διάγραμμα) για διάφορες πόλεις της Ευρώπης. Το γκρι χρώμα αντιστοιχεί σε βιομηχανική περιοχή, το πράσινο σε αγροτική, το κίτρινο σε περιαστική, το κόκκινο σε αστικού υπόβαθρου και το μαύρο σε επίπεδο δρόμου. Παρουσιάζονται επίσης και τα ευρωπαϊκά όρια και οι στόχοι που έχουν τεθεί. Τα διαγράμματα είναι χωρισμένα σε τρεις περιοχές ανάλογα με την περιοχή που ανήκει κάθε πόλη που μελετήθηκε. Στην πρώτη βρίσκεται η βορειοδυτική Ευρώπη με πόλεις όπως το Μάντσεστερ, το Λονδίνο και το Ελσίνκι. Ως προς τα σωματίδια PM 10 όλες βρίσκονται κάτω από το ημερήσιο και ετήσιο όριο που έχει τεθεί από την ΕΕ εκτός του Λονδίνου το οποίο σε περιοχή είναι πάνω από τα όρια σε κάποιες τιμές του όπως και η Speulderbos στην οποία οι μισές τιμές της είναι

19 ΕΜΘΠΜ 19 πάνω από το ημερήσιο όριο. Ως προς τα σωματίδια PM 2.5 η μόνη πόλη που βρίσκεται πάνω από τον ετήσιο μέσο όρο είναι το Ντούισμπουργκ και ένα μικρό ποσοστό των τιμών του Λονδίνου. Στην νότια Ευρώπη και στην δεύτερη περιοχή της εικόνας 2.6 βρίσκονται πόλεις όπως η Μαδρίτη, η Βαρκελώνη και το Μοντελιμπρέτι. Εδώ παρατηρούνται οι περισσότερες υπερβάσεις των ορίων σχεδόν σε όλες τις πόλεις του διαγράμματος για τα σωματίδια PM 10. Είναι σημαντικό επίσης να αναφερθεί ότι σε 6 πόλεις δεν υπάρχουν μετρήσεις για τα σωματίδια PM 2.5. Αυτό είναι μία σημαντική παράλειψη αν συνδυαστεί με το ότι τα PM 2.5 έχουν περισσότερες αρνητικές επιπτώσεις στον ανθρώπινο οργανισμό. Τέλος, στην εικόνα 2.6 στην τρίτη περιοχή καταγράφονται τα δεδομένα PM 10 και PM 2.5 για την κεντρική Ευρώπη και πόλεις όπως η Βιέννη και η Πράγα. Εδώ τα αποτελέσματα είναι πολύ ενθαρρυντικά γιατί ένα μικρό ποσοστό των τιμών της Βιέννης είναι πάνω από το ημερήσιο όριο ενώ οι υπόλοιπες πόλεις είναι πιο κάτω. Όσο για τα PM 2.5 η Puzsta, η Graz, η Πράγα και η Βιέννη είναι πάνω από το όριο. ΕΙΚΟΝΑ 2.6: Στο αριστερό διάγραμμα βρίσκονται τα σωματίδια PM 2.5 και στο δεξί τα PM 10 για διάφορες ευρωπαϊκές πόλεις (Final report COST 633, 2008). 2.9 Η περιοχή μελέτης Η Θεσσαλονίκη είναι η δεύτερη μεγαλύτερη πόλη της Ελλάδας με πληθυσμό κοντά στο κατοίκους (NSSG, 2010) τοποθετείται σε μια λεκάνη περίπου 200km 2 επιφάνειας στις 40,5 Βόρεια

20 ΕΜΘΠΜ 20 και 22,9 ανατολικά, με ένα αρκετά ψηλό βουνό στην βορειοανατολική πλευρά ης πόλης τον Χορτιάτη. Στην δυτική πλευρά το έδαφος είναι σχεδόν επίπεδο. Η θάλασσα βρίσκεται νότια της πόλης. Το κλίμα της Θεσσαλονίκης είναι μεσογειακό με ζεστά και ξηρά καλοκαίρια και ήπιους χειμώνες. Η μέση ημερήσια χειμερινή και θερινή θερμοκρασία ανέρχεται στους 7 C και 25 C αντίστοιχα. Ως προς τους ανέμους στην περιοχή το ετήσιο ποσοστό συχνότητας εμφάνισης νοτίων ανέμων είναι 5,9%, της άπνοιας 49%, ενώ των βορείων ανέμων 30%. Κατά την θερμή περίοδο του χρόνου (Απρίλιος - Σεπτέμβριος), θαλάσσια αύρα εμφανίζεται την ημέρα (ξεκινά στις 9 π. μ. περίπου) προερχόμενη από τον Θερμαϊκό κόλπο και εξελίσσεται σε εκτεταμένη θαλάσσια αύρα τις απογευματινές ώρες λόγω της υπερίσχυσης της δυναμικής του Θερμαϊκού κόλπου. Τη νύχτα εμφανίζεται απόγειος αύρα λόγω της συγκριτικά χαμηλής θερμοκρασίας του εδάφους σε σχέση με τη θάλασσα, με αποτέλεσμα καταβατική κίνηση αερίων μαζών από τους ορεινούς όγκους εγγύς του Θερμαϊκού Κόλπου. Τα ποσοστά βροχοπτώσεων είναι πολύ μικρά κατά τη διάρκεια του έτους. Η Θεσσαλονίκη χαρακτηρίζεται από μεγάλα και ψηλά οικοδομικά έργα και κτιριακές εγκαταστάσεις με κακή ρυμοτομία. Οι αποστάσεις ανάμεσά τους είναι πολύ μικρές, δεν επιτρέπουν τον αερισμό της πόλης και δημιουργούν αστικές χαράδρες. Παράλληλα, στο κέντρο της πόλης εκτείνονται μεγάλες κυκλοφοριακές αρτηρίες με μεγάλη κυκλοφορία οχημάτων. Τα οχήματα που κυκλοφορούν είναι κυρίων βενζινοκίνητα ιδιωτικής χρήσης, αστικά λεωφορεία, πετρελαιοκίνητα ταξί και κάποια φορτηγά. Πολλά από τα οχήματα που κυκλοφορούν είναι παλαιά. Στην πόλη υπάρχουν λίγες εκτάσεις πρασίνου μιας και είναι πολύ πυκνά ρυμοτομημένη. Συγχρόνως, η πόλη χαρακτηρίζεται και από τη μεγάλη βιομηχανική δραστηριότητα πολύ κοντά στις κατοικημένες περιοχές. Οι περισσότερες βιομηχανικές μονάδες βρίσκονται βορειοδυτικά της πόλης ακριβώς δίπλα στα όρια των κατοικημένων περιοχών. Τέλος πρέπει να αναφερθεί ότι από το 2006 ξεκίνησε η δημιουργία μετρό μέσα στην πόλη και σαν άμεσο αποτέλεσμα ήταν η αύξηση της κυκλοφοριακής συμφόρησης αλλά και της ρύπανσης και λόγω της κυκλοφορίας αλλά και λόγω των έργων. Ως προς τα αιωρούμενα σωματίδια PM 10 οι μετρήσεις στην Θεσσαλονίκη ξεκίνησαν ήδη από το 1989 δυστυχώς όμως για τα PM 2.5 οι μετρήσεις ξεκίνησαν τα τελευταία χρόνια (2004 και μετά). ΠΙΝΑΚΑΣ 2.5: Τομεακή ανάλυση εκπομπών σωματιδίων PM 10 στη Θεσσαλονίκη για το έτος 2002 (Μουσιόπουλος et al. 2009). Κατηγορία πηγών ποσοστό Θέρμανση Εσωτερικών Χώρων 10,90% Βιομηχανία 69,30% Αποθήκευση και διανομή βενζίνης 0,00% Χρήση διαλυτών 0,00% Οδικές Μεταφορές 15,50% Άλλες Μεταφορές 1,30% Κατασκευές 0,90% Γεωργία 2,10% Συνολικά (t/a) 4720 Στο πίνακα 2.5 καταγράφονται κάποιες από τις πηγές σωματιδίων στην περιοχή ενδιαφέροντος (Θεσσαλονίκη), το ποσοστό που συμμετέχουν στις εκπομπές και η συνολική ποσότητα σε τόνους

21 ΕΜΘΠΜ 21 ανά έτος για το έτος Δεν έχουν συμπεριληφθεί οι εκπομπές σωματιδίων από τα έργα του μετρό γιατί ξεκίνησαν τον Απρίλιο του ΕΙΚΟΝΑ 2.7: Μέσοι όροι PM 10 για διάφορες περιοχές της Θεσσαλονίκης (Τμήμα περιβάλλοντος, Αντιδημαρχία περιβάλλοντος και πρασίνου, Δήμος Θεσσαλονίκης) ΕΙΚΟΝΑ 2.8: Μέσοι όροι PM 2.5 για διάφορες περιοχές της Θεσσαλονίκης (Τμήμα περιβάλλοντος, Αντιδημαρχία περιβάλλοντος και πρασίνου, Δήμος Θεσσαλονίκης) Στην εικόνα 2.7 θα μπορούσε να επισημανθεί η μείωση στα PM 10 που έχει καταγραφεί από το 1989 μέχρι και το 2008 για την περιοχή της Θεσσαλονίκης. Και πάλι όμως τα επίπεδα σωματιδίων και στους σταθμούς κυκλοφορίας και στους σταθμούς αστικού υποβάθρου είναι υψηλά. Ο σταθμός στην περιοχή του παλιού δημαρχείου το 2008 είχε ετήσιο μέσο όρο 62,4 μg/m 3 ενώ το όριο είναι 50 μg/m 3. Ταυτόχρονα οι ετήσιες υπερβάσεις το 2008 ανήλθαν στις 250. Στον σταθμό στην οδό Μαρτίου (αστικός κυκλοφορίας) το 2007 το ετήσιο όριο ήταν κάτω από το 50 μg/m 3 με 87

22 ΕΜΘΠΜ 22 ημερήσιες υπερβάσεις των 40 μg/m 3. Αξιοσημείωτο δε είναι το γεγονός ότι ακόμα και στους σταθμούς όπου το 2008 ο μέσος όρος των συγκεντρώσεων των PM 10 ήταν κάτω του ετήσιο ορίου οι ημερήσιε υπερβάσεις ήταν στο Επταπύργιο 68 και στην τούμπα 53 (το επιτρεπόμενο όριο είναι 35 ημέρες). Στην εικόνα 2.8 εμφανίζονται οι μέσες τιμές PM 2.5 στον σταθμό του δημαρχείου και στον σταθμό του Επταπυργίου για τα έτη 2005 έως Οι τιμές του πρώτου σε όλα τα χρόνια είναι άνω των 35 μg/m 3 ενώ το ετήσιο όριο είναι 25. Στον σταθμό του Επταπυργίου όλα τα υπό μελέτη χρόνια οι ετήσιες τιμές των PM 2.5 είναι κάτω του ορίου.

23 ΕΜΘΠΜ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΠΕΔΙΟΥ 3.1 Περίοδος και τοποθεσία μετρήσεων Η μέτρηση και καταγραφή των PM 10 έγινε με τη φορητή μονάδα μέτρησης DUSTTRAK 8520 του κατασκευαστικού οίκου TSI. Αρχικά, το μετρητικό όργανο τοποθετήθηκε στον δεύτερο όροφο στην πολυκατοικία της οδού Παύλου Μελά νούμερο 23. Η βεράντα είναι τοποθετημένη από την πλευρά της οδού Παλαμά με προσανατολισμό ΒΒΑ. Η οδός Τσιμισκή εκτείνεται ΔΝΔ και τοποθετείται σε απόσταση από τη βεράντα 76 m. Παράλληλα, η οδός Παύλου Μελά βρίσκεται σε απόσταση 14,5 m ΑΒΑ της βεράντας. Ο δεύτερος όροφος απέχει περίπου 10 m από το επίπεδο του δρόμου. ΕΙΚΟΝΑ 3.1: Σημείο μετρήσεων στην οδό Παύλου Μελά και Παλαμά γωνία. Στην εικόνα 3.1 έχει σημειωθεί το σημείο των μετρήσεων. Η τοποθεσία μπορεί να θεωρηθεί ως ο πυρήνας του μητροπολιτικού κέντρου της Θεσσαλονίκης. Οι δύο κεντρικοί δρόμοι (Τσιμισκή και Παύλου Μελά) αλλά και η οδός στην οποία λαμβάνουν χώρα οι μετρήσεις (Παλαμά) μπορούν να χαρακτηριστούν ως αστικές χαράδρες. Ο επιστημονικός όρος αστική χαράδρα έχει προέλθει από την ομοιότητα που έχουν τα πλευρικά τοιχώματα μιας φυσικής χαράδρας που μεταβάλλει τη στρωμάτωση των θερμοκρασιών και τα δεδομένα ανέμου με τις κατακόρυφες όψεις που περιβάλλουν έναν αστικό δρόμο. Ο αερισμός των οδών είναι συνήθως ασθενής με κτίρια έως και 60 m ύψος. Η οδός Τσιμισκή έχει μία κατεύθυνση κυκλοφορίας με τρεις λωρίδες ιδιωτικών οχημάτων και μία λωρίδα για τα αστικά λεωφορεία. Είναι η οδός που φέρει το μεγαλύτερο κυκλοφοριακό φορτίο μιας και από αυτή περνούν κάθε μέρα κατά μέσο όρο με οχήματα των οποίων το 80% είναι επιβατικά και τα υπόλοιπα λεωφορεία, μηχανάκια και φορτηγά. Η οδός Παύλου Μελά

24 ΕΜΘΠΜ 24 αποτελείται από μία λωρίδα, όμως το πλήθος των οχημάτων που την διανύουν κάθε μέρα υπερβαίνει τις σε ημέρες αιχμής. Στην εικόνα 3.2 καταγράφεται ο κυκλοφοριακός φόρτος στις οδούς Παύλου Μελά και Τσιμισκή για 5 σημεία για τα οποία ελήφθησαν δειγματοληπτικά τιμές για διάφορες ημέρες μέσα στο έτος 2009 (Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας 2004, 2009) κυκλοφοριακός φόρτος, Θεσσαλονίκη 2009 αριθμός οχημάτων/ώρα :00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 ώρα ΕΙΚΟΝΑ 3.2: Κυκλοφοριακός φόρτος οχημάτων για το κέντρο της Θεσσαλονίκης για το έτος 2009 (Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας 2009). ΠΙΝΑΚΑΣ 3.1: Σημεία καταγραφής κυκλοφοριακού φόρτου και ημερομηνίες δείγματος (Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας 2009). Σταθμός Σημείο σταθμού Ημερομηνία δείγματος 61 Παύλου Μελά και Αγίας Σοφίας 27/5/ Παύλου Μελά και Μητροπόλεως 15/6/ Παύλου Μελά και Λεωφόρος Νίκης 15/6/ Τσιμισκή και ΧΑΝΘ 18/6/ Τσιμισκή και Αριστοτέλους 25/5/ Υποδομή μετρήσεων Το μοντέλο DUSTTRAK 8520 για τα αερολύματα χρησιμοποιεί την τεχνολογία «διασποράς» του φωτός για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης της μάζας σε πραγματικό χρόνο. Το δείγμα του αερολύματος εισέρχεται προς το εσωτερικό αισθητήρα σε μια συνεχή ροή. Ένα τμήμα του ρεύματος του αερολύματος φωτίζεται με μια μικρή ακτίνα λέιζερ φωτός. Τα σωματίδια του ρεύματος του αερολύματος διαχέουν το φως προς όλες τις κατευθύνσεις. Ένας φακός σε 90 στο ρεύμα του αερολύματος και στην δέσμη λέιζερ συλλέγει το διαχεόμενο φως και το εστιάζει πάνω σε ένα ανιχνευτή φωτός. Το κύκλωμα του ανιχνευτή μετατρέπει το φως σε μια τάση. Αυτή η τάση είναι ανάλογη με την ποσότητα του διαχεόμενου φωτός που είναι, κατά τη σειρά του, ανάλογη της

25 ΕΜΘΠΜ 25 συγκέντρωσης της μάζας των αερολυμάτων. Η τάση «διαβάζεται» από τον επεξεργαστή και πολλαπλασιάζεται με σταθερή εσωτερική βαθμονόμηση και αποδίδει την συγκέντρωση κατά μάζα. Η σταθερά της εσωτερικής βαθμονόμησης ορίζεται ως η αναλογία της τάσης προς τη γνωστή συγκέντρωση κατά μάζα της δοκιμής των αερολυμάτων του DUSTTRAK. Ο ελεγκτής της σκέδασης του φωτός από αερολύματα δίνει την γραμμική σχέση με την συγκέντρωση της μάζας του αερολύματος. Δηλαδή, για ένα σωματίδιο αερολύματος σκεδάζεται ένα προκαθορισμένο ποσό φωτός για δύο σωματίδια σκεδάζεται διπλάσιο φως και για δέκα σωματίδια σκεδάζεται 10 φορές περισσότερο φως. Το διαχεόμενο φως εξαρτάται και από το μέγεθος των σωματιδίων. Η εξάρτηση αυτή είναι η πιο σημαντική για τα σωματίδια με διάμετρο, λιγότερο από το ένα τρίτο του μήκους κύματος του λέιζερ (~ 0,25 μm). Για αυτά τα μικρά σωματίδια, το διαχεόμενο φως μειώνεται σε συνάρτηση με την έκτη δύναμη της διαμέτρου. Η δίοδος του λέιζερ που χρησιμοποιείται από το DUSTTRAK έχει μήκος κύματος 780 nm, η οποία περιορίζει το μικρότερο ανιχνεύσιμο σωματίδιο με διάμετρο περίπου 0,1 μm. Η διάχυση του φωτός εξαρτάται επίσης από τον δείκτη της διάθλασης και τα χαρακτηριστικά απορρόφησης του φωτός των σωματιδίων. Η σκέδαση του φωτός από τα σωματίδια μπορεί να διαμορφωθεί χρησιμοποιώντας ένα πολύπλοκο σύστημα εξισώσεων χρησιμοποιώντας την θεωρία Mie για την σκέδασης του φωτός. Η εξάρτηση της σκέδασης του φωτός από το μέγεθος των σωματιδίων είναι χαρακτηριστικό όλων των ελεγκτών αερολυμάτων αυτού του τύπου. Εάν είναι αναγκαίες οι ακριβείς μετρήσεις της συγκέντρωσης και αν σε ένα περιβάλλον κυριαρχεί ένας συγκεκριμένος τύπος αερολύματος μπορεί να επανακαθοριστεί η μονάδα για το συγκεκριμένο αερόλυμα. Το DUSTTRAK είναι βαθμονομημένο προς μια βαρυμετρική αναφορά χρησιμοποιώντας το αναπνεύσιμο κλάσμα του προτύπου ISO Αυτό το πρότυπο έχει ευρεία κατανομή μεγέθους που καλύπτει ολόκληρο το φάσμα των διαστάσεων που χρησιμοποιεί το όργανο DUSTTRAK και είναι αντιπροσωπευτικό για μια μεγάλη ποικιλία αερολυμάτων του περιβάλλοντος. Ο όγκος που μετράται από το DUSTTRAK είναι σταθερός και ορίζεται από την τομή του ρεύματος του αερολύματος και της ακτίνας λέιζερ. Η μάζα καθορίζεται από την ένταση του φωτός που διαχέεται από τα σωματίδια μέσω του τακτικού έλεγχου του όγκου. Δεδομένου ότι ο όγκος είναι γνωστός, τα δεδομένα μπορούν εύκολα να μετατραπούν από τον μικροεπεξεργαστή του DUSTTRAK σε μονάδες μάζας ανά μονάδα όγκου (mg/m 3 ). Τα οπτικά μέσα στο DUSTTRAK διατηρούνται καθαρά γιατί το ρεύμα του αέρα περιβάλλεται από φίλτρα. Αυτό περιορίζει τον αέρα μέσα στην συσκευή σε ένα στενό ρεύμα και εμποδίζει τα σωματίδια από το κυκλοφορούν γύρω από τα οπτικά μέσα. Τα οπτικά μέσα διατηρούνται καθαρά αλλά και επιπλέον αυτό επιτρέπει την συσκευή DUSTTRAK να αντιδρά πιο γρήγορα στις αιφνίδιες αλλαγές της συγκέντρωσης (TSI 2010). Στην εικόνα 3.3 παραθέτεται το σχεδιάγραμμα της συσκευής DUSTTRAK. Το κίτρινο σωληνάκι αντιστοιχεί στο στόμιο εισόδου του δείγματος του αέρα. Αφού εισαχθεί στη συσκευή το υπό μελέτη δείγμα διέρχεται μέσα από ένα φίλτρο. Στην συνέχεια, το δείγμα εισέρχεται στο χώρο της μέτρησης όπου μέσω φακών εστιάζεται η ακτίνα του λέιζερ στο δείγμα. Στο πίσω μέρος υπάρχει ένας απορροφητής φωτός (για την ακτίνα που δεν διαθλάται) και δίπλα από το δείγμα είναι τοποθετημένος ο ανιχνευτής φωτός στον οποίο συγκεντρώνεται η διαθλασμένη ακτίνα λέιζερ μέσω «συγκεντρωτικών» φακών.

26 ΕΜΘΠΜ 26 Το μηχάνημα επιλέχθηκε να λαμβάνει τιμή κάθε 10 δευτερόλεπτα και καταγράφει τον μέσο όρο του μισάωρου. Η πρώτη μέτρηση πραγματοποιήθηκε στις 20 Οκτωβρίου 2010, ώρα 12:25 μμ και το όργανο κατέγραφε έως και 30 Μάιου 2011, ώρα 15:12. Οι χρονικές περίοδοι για τις οποίες καταγράφηκαν τα δεδομένα καταχωρούνται στον πίνακα 3.2. ΕΙΚΟΝΑ 3.3: Διάταξη λειτουργίας της συσκευή μέτρησης σωματιδίων DUSTTRAK (TSI 2010). 3.3 Ανάλυση μετρήσεων της Παύλου Μελά ΠΙΝΑΚΑΣ 3.2: Χρονικές περίοδοι καταγραφής δεδομένων στην Παύλου Μελά. Ημερομηνία έναρξης Ώρα έναρξης Ημερομηνία διακοπής Ώρα διακοπής Πλήθος μετρήσεων 20/10/ :25 3/11/ : /11/ :07 19/11/ : /11/ :20 2/12/ : /12/ :43 9/12/2010 1: /12/2010 2:38 9/12/ : /12/ :44 14/12/ : /12/2010 0:51 21/12/ : /12/ :37 17/2/ : /2/ :57 27/2/ : /3/ :07 29/3/2011 0: /3/2011 1:42 2/5/ : /5/ :12 17/5/2011 9: /5/ :56 30/5/ :07 611

27 ΕΜΘΠΜ 27 Λόγω τεχνικών προβλημάτων από τις 17/02/2011 έως και 20/03/2011 δεν υπάρχουν διαθέσιμα δεδομένα. Συνολικά μετρήθηκαν 202 ημέρες. Από τα δεδομένα που αναφερόταν σε χρονικό διάστημα μισάωρου υπολογίστηκαν οι μέσες τιμές για το διάστημα μίας ώρας ώστε να είναι πιο αντικειμενική η τιμή. Με αυτό τον τρόπο εξομαλύνονται οι πιθανές ακραίες τιμές που μπορεί να καταγράφηκαν στο διάστημα του μισάωρου. Ακραίες τιμές μπορούν για παράδειγμα να καταγραφούν όταν περάσει κάποιο ρυπογόνο όχημα κοντά στο σημείο μέτρησης ή αν λάβει χώρα κάποιο μετρητικό σφάλμα. Με την επιλογή του ωριαίου χρονικού διαστήματος η πιθανότητα να περαστούν στα δεδομένα τέτοιες ακραίες τιμές μειώνεται κατά πολύ. ΠΙΝΑΚΑΣ 3.3: Ημέρες και ποσοστό ανά μήνα όπου ελήφθησαν μετρήσεις στην Παύλου Μελά. Ημέρες υπό μελέτη Ποσοστό υπό μελέτη Οκτώβριος 11 0,35 Νοέμβριος 30 1 Δεκέμβριος 31 1 Ιανουάριος 31 1 Φεβρουάριος 27 0,96 Μάρτιος 11 0,35 Απρίλιος 30 1 Μάιος 30 0,94 Παραθέτονται στον πίνακα 3.3 ορισμένα βασικά στατιστικά δεδομένα για το πλήθος των τιμών που έχουν μετρηθεί για το σύνολο των ημερών του πίνακα 3.1 (Οκτώβριος 2010 έως Μάιος 2011) για τα σωματίδια PM 10. ΠΙΝΑΚΑΣ 3.4: Στατιστικά δεδομένα των μετρήσεων στην Παύλου Μελά. Σωματίδια PM 10 Παύλου Μελά πλήθος τιμών 4808 μέσος όρος 66,2 τυπική απόκλιση 47,89 λοξότητα 1,81 τυπική απόκλιση λοξότητας 0,04 κύρτωση 4,03 τυπική απόκλιση κύρτωσης 0,07 εύρος 372 ελάχιστη τιμή 2,5 μέγιστη τιμή 374, ,5 εκατοστημόρια 50 51, ,5

28 ΕΜΘΠΜ 28 Όσον αφορά στον πίνακα 3.4 σημαντικό είναι να επισημανθεί η μεγαλύτερη τιμή που μετρήθηκε και ανέρχεται στα 374,5 μg/m 3. Πολύ μεγάλη είναι επίσης και η τυπική απόκλιση των σωματιδίων, ίδια τάξη μεγέθους με την μέση τιμή. Η ελάχιστη τιμή για τα PM 10 είναι 2,5 μg/m 3. Τέλος, ως προς τα εκατοστημόρια τα οποία ορίζονται ως οι τιμές μιας ποσοτικής μεταβλητής που χωρίζουν τα δεδομένα σε ομάδες έτσι ώστε ένα ποσοστό των δεδομένων να είναι κάτω από αυτή την τιμή. Δηλαδή το 25% των τιμών της κατανομής των PM 10 είναι κάτω της τιμής 33,5 μg/m 3. Το 50% για PM 10 είναι 51,5 μg/m 3.Το συνολικό πλήθος των τιμών που μετρήθηκαν ήταν Δηλαδή σε περίπου 2404 ώρες ο μέσος όρος των σωματιδίων μέσα σε μία ώρα ήταν πάνω από 51,5 μg/m 3. Τέλος, το 75% του συνολικού δείγματος είναι κάτω του 84,5 μg/m 3 PM 10 και PM 2.5. Επομένως, το ¼ του συνόλου τον τιμών είναι πάνω από 84,5 μg/m 3. ΕΙΚOΝΑ 3.2: Κατανομή συχνοτήτων των τιμών των σωματιδίων στην Παύλου Μελά Η κατανομή της εικόνας 3.2 είναι λογαριθμική κανονική δηλαδή ο λογάριθμος του πλήθους των τιμών των PM 10 είναι κανονική κατανομή. Έχει λοξότητα 1,81 και κύρτωση 4,03. Οι μέσοι όροι και οι μέγιστες τιμές των δεδομένων που ελήφθησαν από το μετρητικό όργανο παρουσιάζονται στις εικόνες 3.3, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9 και 3.10 κατά μήνα, κατά ημέρα και κατά ώρα. Στην εικόνα 3.3 παρουσιάζονται οι μήνες στους οποίους έλαβαν χώρα οι μετρήσεις. Παρατηρείται μία μεγάλη αύξηση της τιμής από 74,9 μg/m 3 που ήταν ο μέσος όρος το Δεκέμβριο στα 103,1 μg/m 3 τον Ιανουάριο. Σε ποσοστό αυτό ισοδυναμεί με αύξηση στο 38%. Στους χειμερινούς μήνες έχουν λάβει χώρα οι μεγαλύτεροι μέσοι όροι αυτό μπορεί να εξηγηθεί πιθανά από την αύξηση της χρήσης των οχημάτων ή την εντατικοποίηση των βιομηχανικών δραστηριοτήτων στην γύρω περιοχή. Παράλληλα, το χειμώνα το ύψος ανάμειξης στην ατμόσφαιρα είναι μερικών εκατοντάδων μέτρων ενώ το καλοκαίρι αυξάνουν σε πάνω από ένα χιλιόμετρο (Κελέσσης 1993). Έτσι, το καλοκαίρι τα σωματίδια «διασκορπίζονται» σε μεγαλύτερο ύψος μειώνοντας την συγκέντρωση του ρύπου ανά κυβικό μέτρο. Επιπλέον, στις μολυσμένες περιοχές, στις περιπτώσεις που τα σωματίδια αποτελούνται από οργανική ύλη, νιτρικές και θειικές ενώσεις, πιθανά να

29 ΕΜΘΠΜ 29 αυξάνεται η συγκέντρωση των PM 10, PM 2.5 στην ατμόσφαιρα γιατί συμπυκνώνονται οι ημιπτητικές ενώσεις λόγω των χαμηλών θερμοκρασιών (CAFÉ 2004) μέσος όρος PM 10 ανά μήνα μήνας ΕΙΚOΝΑ 3.3: Μέσος όρος PM 10 ανά μήνα των τιμών στην Παύλου Μελά Έπειτα, από το Φεβρουάριο και μετά υπήρξε μία πτώση του μέσου όρου μέχρι και τον Απρίλιο όπου ο μέσος όρος ήταν μόλις 35,7 mgr/m 3. Το γεγονός αυτό θα μπορούσε να εξηγηθεί είτε από την μείωση της χρήσης των οχημάτων λόγω βελτίωσης του καιρού είτε λόγω μίας αύξησης της μέσης ταχύτητας ανέμου τον Απρίλιο. Συμφώνα με την εικόνα 3.4 η ταχύτητα τον Απρίλιο κυμαινόταν στα ίδια επίπεδα με τους υπόλοιπους μήνες. Επομένως, η μεγάλη μείωση του μέσου όρου τον Απρίλιο δεν σχετίζεται με τα καιρικά φαινόμενα. Ως προς τον Μάιο η μέση συγκέντρωση PM 10 ανέρχεται στα 41 μg/m 3, λίγο αυξημένη σε σύγκριση με τον Απρίλιο. 3 μέσος όρος ταχύτητας ανέμου ανά μήνα m/sec oς meteothess ΕΙΚOΝΑ 3.4: Μέσος όρος ταχύτητας ανέμου σε m/sec ανά μήνα.

30 ΕΜΘΠΜ μέγιστη ημερήσια τιμή PM 10 ανά μήνα ημέρα/μήνα ΕΙΚOΝΑ 3.5: Μέγιστη ημερήσια τιμή PM 10 ανά μήνα στην Παύλου Μελά. Η εικόνα 3.5 αναφέρεται στις μέγιστες ημερήσιες τιμές ανά μήνα. Στο διάγραμμα παραθέτονται και οι μέρες στις οποίες μετρήθηκαν αυτές οι μέγιστες τιμές. Ενώ θα ήταν λογικό οι μέγιστες ημερήσιες τιμές να ήταν καθημερινές μέρες, στους τέσσερις υπό μελέτη μήνες ήταν Σάββατο ή Κυριακή. Τέλος, αν συγκριθούν οι τιμές με αυτές του διαγράμματος των μέγιστων ωριαίων τιμών ανά μήνα (εικόνα 3.6) δεν είναι τόσο ακραίες όσο οι μέγιστες ωριαίες γιατί εξομαλύνθηκαν. Οι μεγαλύτερες τιμές του διαγράμματος των μέγιστων ημερήσιων τιμών καταγράφονται τους χειμερινούς μήνες. Ως προς τις μέγιστες ωριαίες τιμές (εικόνα 3.6), οι οποίες καταγράφηκαν στην ίδια περίοδο, τα αποτελέσματα δεν είναι ενθαρρυντικά. Για όλους τους υπό μελέτη μήνες οι τιμές ξεπερνούν τα 90 μg/m 3. Ακόμα και ο Απρίλιος, ο οποίος είναι ο μήνας με τις χαμηλότερες τιμές, η μέγιστη ωριαία τιμή ανέρχεται στα 105 μg/m 3. Επιπλέον, τον Οκτώβριο και Ιανουάριο οι μέγιστες ωριαίες τιμές είχαν τιμή μεγαλύτερη των 310 μg/m μέγιστη ωριαία τιμή PM 10 ανά μήνα μήνας ΕΙΚΟΝΑ 3.6: Μέγιστη ωριαία τιμή PM 10 ανά μήνα στην Παύλου Μελά.

31 ΕΜΘΠΜ μέσος όρος PM 10 ανά μέρα ημέρα ΕΙΚΟΝΑ 3.7: Μέσος όρος PM 10 ανά μέρα στην Παύλου Μελά. Στο διάγραμμα της εικόνας 3.7 παρουσιάζονται οι μέσοι όροι των σωματιδίων PM 10 για τους μήνες Οκτώβριο 2010 έως και Μάιο 2011 ανά ημέρα της εβδομάδας. Τα αποτελέσματα που καταγράφονται δεν είναι τα αναμενόμενα. Την Δευτέρα (μέση τιμή 60,8 μg/m 3 ) ο μέσος όρος είναι περίπου 10% χαμηλότερος από τις υπόλοιπες μέρες τις εβδομάδας συμπεριλαμβανομένου και του σαββατοκύριακου. Από την Τρίτη έως και την Παρασκευή οι μέσοι όροι κυμαίνονται λίγο πιο πάνω από τα 66 μg/m 3 με μεγαλύτερη τιμή την Πέμπτη στα 68,7 μg/m 3. Το Σαββάτο και την Κυριακή οι τιμές ανέρχεται περίπου στα 66 μg/m 3. Δεν υπάρχει σημαντική πτώση της μέσης τιμής το Σαββατοκύριακο και συνδυάζοντας αυτό το διάγραμμα με αυτό της εικόνας 3.5 μπορεί να βγει το συμπέρασμα ότι δεν υπάρχει εβδομαδιαία διακύμανση της μέσης συγκέντρωσης των PM 10. Επομένως, δεν υπάρχουν ημέρες «αιχμής» ως προς την συγκέντρωση των PM 10 στην περιοχή του κέντρου της Θεσσαλονίκης. Παράλληλα, ένα έμμεσο συμπέρασμα θα μπορούσε να είναι ότι και το σαββατοκύριακο η κυκλοφορία των οχημάτων στο κέντρο της Θεσσαλονίκης δεν μειώνεται μέγιστη ωριαία τιμή PM 10 ανά μέρα ημέρα ΕΙΚΟΝΑ 3.8: Μέγιστη ωριαία τιμή PM 10 ανά μέρα στην Παύλου Μελά.

32 ΕΜΘΠΜ 32 Τέλος, ως προς τις μέγιστες τιμές ανά ώρα (εικόνα 3.8) η μεγαλύτερη συγκέντρωση καταγράφεται την Δευτέρα με 208,3 μg/m 3 γεγονός το οποίο έρχεται σε αντίθεση με το ότι τη Δευτέρα υπολογίστηκε ο μικρότερος μέσος όρος. Γενικά, για όλες τις εργάσιμες μέρες η μέγιστη τιμή κυμαίνεται κοντά στα 190 μg/m 3 εκτός της Δευτέρας. Για το σαββατοκύριακο οι μέγιστες ωριαίες τιμές που υπολογίστηκαν ήταν 145 και 167 μg/m 3 το Σάββατο και την Κυριακή αντίστοιχα μέσος όρος PM 10 ανά ώρα :00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 ώρα ΕΙΚOΝΑ 3.9: Μέσος όρος PM 10 ανά ώρα στην Παύλου Μελά μέγιστη τιμή PM 10 ανά ώρα :00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 ώρα ΕΙΚΟΝΑ 3.10: Μέγιστη τιμή PM 10 ανά ώρα στην Παύλου Μελά. Θέλοντας να γίνει αντιληπτή η διακύμανση της ωριαίας μέσης τιμής στη διάρκεια της μέρας δημιουργήθηκε το διάγραμμα στην εικόνα 3.9. Παρατηρείται μία αυξητική τάση τις πρωινές ώρες (7:00 έως 11:00) πιθανά λόγω της αυξημένης κίνησης. Από τη 13:00 το μεσημέρι και μετά μειώνονται τα PM 10 και από τις 6:00 το απόγευμα μέχρι και τις 12:00 τα μεσάνυχτα υπάρχει πάλι μία ανοδική τάση. Συνδυάζοντας το διάγραμμα της εικόνας 3.9 με αυτό της εικόνας 3.2 μπορεί να

33 ΕΜΘΠΜ 33 βγει το συμπέρασμα ότι δεν υπάρχουν ώρες «αιχμής» για της συγκέντρωση των PM 10 μέσα σε ένα 24ωρο. Εν αντιθέσει με τα προηγούμενα, στο διάγραμμα της εικόνας 3.10 και στις μέγιστες τιμές δεν ακολουθείται η ίδια λογική με την εικόνα 3.9. Μια σημαντική παρατήρηση μπορεί να γίνει για τις μεγαλύτερες τιμές σε αυτό το διάγραμμα. Ενώ θα ήταν πιο λογικό να λαμβάνουν χώρα το πρωί, συμβαίνουν το βράδυ από τις 20:00 έως και τις 23:00. Και αυτό μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι δεν μειώνεται η κίνηση στην Τσιμισκή και στην Παύλου Μελά τις βραδινές ώρες (εικόνα 3.2). Σε αυτό το σημείο είναι πολύ σημαντικό να γίνει αναφορά στις υπερβάσεις που έγιναν στο διάστημα που έγιναν οι μετρήσεις. Σύμφωνα με την Οδηγία 2008/50/EC της Ευρωπαϊκής Επιτροπής το ημερήσιο όριο για σωματίδια PM 10 ανέρχεται στα 50 μg/m 3 και δεν πρέπει να υπερβαίνεται πάνω από 35 μέρες μέσα σε ένα έτος. Στους υπό μελέτη μήνες στην οδό Παύλου Μελά με δεδομένα 202 ημερών οι μέρες που ξεπεράστηκε το όριο των 50 μg/m 3 ήταν 120. Το έτος έναρξης ισχύος του ορίου ήταν το 2005 (1/1) σύμφωνα με την οδηγία 2008/50/EC και 6 χρόνια μετά αυτό δεν έχει επιτευχθεί. Το ίδιο ισχύει και για την μέση ετήσια τιμή η οποία είναι 40 μg/m 3 και στις μετρήσεις της Παύλου Μελά η μέση τιμή είναι 66,2 μg/m 3. Σε ποσοστό είναι αυξημένο 32% σε σύγκριση με το ετήσιο όριο. Σαφώς πρέπει να επισημανθεί ότι αυτή η τιμή καταγράφτηκε από τους μήνες Οκτώβριο έως και Μάιο. Το καλοκαίρι οι εκπομπές μειώνονται και επομένως και η μέση τιμή θα μειωθεί. Παράλληλα, τον χειμώνα το ύψος ανάμειξης στην ατμόσφαιρα είναι μερικών εκατοντάδων μέτρων ενώ το καλοκαίρι αυξάνουν σε πάνω από ένα χιλιόμετρο (Κελέσσης 1993). Έτσι, το καλοκαίρι τα σωματίδια «διασκορπίζονται» σε μεγαλύτερο ύψος μειώνοντας την συγκέντρωση του ρύπου ανά κυβικό μέτρο. Επιπλέον, στις μολυσμένες περιοχές, στις περιπτώσεις που τα σωματίδια αποτελούνται από οργανική ύλη, νιτρικές και θειικές ενώσεις, πιθανά να αυξάνεται η συγκέντρωση των PM 10 και PM 2.5 στην ατμόσφαιρα γιατί συμπυκνώνονται οι ημιπτητικές ενώσεις λόγω των χαμηλών θερμοκρασιών (Ευρωπαϊκή Επιτροπή 2004). Παρόλα αυτά και πάλι ο μέσος όρος αυτός είναι πολύ υψηλός για αστική περιοχή. Όπως θα περιγραφεί και παρακάτω, ούτε στους επίσημους σταθμούς του δήμου και της περιφέρειας Θεσσαλονίκης δεν έχουν επιτευχθεί οι στόχοι που έχουν οριστεί από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή. 3.4 Συσχέτιση μετρήσεων της Παύλου Μελά με διαθέσιμα μετεωρολογικά δεδομένα Σε αυτό το σημείο είναι σημαντικό να γίνει αναφορά στις εντολές που επιλέχθηκαν στο πρόγραμμα SPSS για να υπολογιστούν οι μεταβλητές και οι δείκτες των μοντέλων. Το πρόγραμμα δεν λαμβάνει υπόψη τις τιμές που έχουν κενό. Δηλαδή αν δεν υπάρχει τιμή για οποιαδήποτε μεταβλητή για οποιοδήποτε χρονική διάστημα δεν λαμβάνεται υπόψη. Εκείνη η χρονική στιγμή δεν συμπεριλαμβάνεται στον πλήθος των τιμών (επιλογή missing listwise). Θα χρησιμοποιηθούν δύο πήγες μετεωρολογικών δεδομένων, ο σταθμός του πανεπιστημίου στο Πολυτεχνείο και ο ιδιωτικός σταθμός meteothess στην οδό Παλαιών Πατρών Γερμανού. Παράλληλα, θα υπολογιστούν και οι συσχετίσεις ανάμεσα στα PM 10 και σε μετεωρολογικές παραμέτρους για τον σταθμό του παλιού Δημαρχείου στην γωνία

34 ΕΜΘΠΜ 34 Εγνατία και Βενιζέλου για το έτος Από το σύνολο των τιμών εισάχθηκαν στο πρόγραμμα το 96%. Παράλληλα, επιλέχθηκε γραμμικό μοντέλο της μορφής x=αy+β(επιλογή noorigin) για δύο λόγους. Πρώτον, η διασπορά των PM 10 συναρτήσει όλων των μετεωρολογικών προσεγγίζεται με γραμμική μορφή και δεύτερον στην εξίσωση που θα υπολογιστεί, πρέπει να εισαχθεί και το φυσικό υπόβαθρο, δηλαδή η συγκέντρωση του ρύπου που θα υφίστατο στην υπό μελέτη περιοχή χωρίς ανθρώπινες δραστηριότητες. Επιλέχθηκε ως εξαρτημένη μεταβλητή η συγκέντρωση των σωματιδίων PM 10 (σε μg/m 3 ). Συγχρόνως, ως ανεξάρτητες μεταβλητές εισήχθησαν οι μετεωρολογικές παράμετροι: θερμοκρασία (σε Ο C), υγρασία (σε %), ταχύτητα ανέμου (σε m/sec)και κατεύθυνση ανέμου (σε rad). Τέλος, ως μέθοδος εισαγωγής των μεταβλητών επιλέχθηκε η μέθοδος «βηματικής επιλογής μοντέλου» (Stepwise method). Εάν υπάρχουν ανεξάρτητες μεταβλητές ήδη στην εξίσωση, η μεταβλητή με τη μεγαλύτερη πιθανότητα F απομακρύνεται εάν η τιμή της είναι μεγαλύτερη από την τιμή P OUT. Αυτή η τιμή έχει οριστεί αυτόματα από το πρόγραμμα ίση με 0,10. Η εξίσωση επαναπροσδιορίζεται χωρίς την εξαγμένη μεταβλητή και η διαδικασία επαναλαμβάνεται ώσπου να μην υπάρχουν άλλες ανεξάρτητες μεταβλητές για εξαγωγή. Στην συνέχεια, η ανεξάρτητη μεταβλητή που δεν είναι στην εξίσωση και έχει την μικρότερη πιθανότητα F επανεισάγεται στο μοντέλο αν η τιμή είναι μικρότερη από τον Αριθμό P IN. Ο αριθμός αυτός έχει οριστεί από το πρόγραμμα ίσος με 0,05. Όλες οι μεταβλητές ελέγχονται ξανά για απομάκρυνση από την εξίσωση. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται έως να μην μπορούν άλλες μεταβλητές να απομακρυνθούν από την εξίσωση και καμία μεταβλητή να μην τηρεί το κριτήριο για να επανεισαχθεί. Με αυτόν τον τρόπο συμπεριλαμβάνονται στο μοντέλο μόνο οι πιο «χρήσιμες» ανεξάρτητες μεταβλητές. Χρησιμοποιήθηκαν τα μετεωρολογικά δεδομένα από την ταράτσα του κτηρίου Δ στην Πολυτεχνική Σχολή του Αριστοτελείου πανεπιστημίου για την περίοδο από 20/ και ώρα 12:00 έως 7/04/2011 και ώρα 9:00 το πρωί. Στο συγκεκριμένο σημείο σε ύψος 400 m από την στάθμη της θάλασσας και χωρίς πιο ψηλά κτίρια στον περιβάλλοντα χώρο η ροή του αέρα μπορεί να θεωρηθεί ανεπηρέαστη. ΠΙΝΑΚΑΣ 3.5: Μέσοι όροι και τυπικές αποκλίσεις των μετεωρολογικών δεδομένων για τον σταθμό του κτιρίου Δ. Μέσος όρος Τυπική απόκλιση N (πλήθος τιμών) Ταχύτητα ανέμου (m/sec) 2,1 2, Θερμοκρασία ( Ο C) 11,44 5, Υγρασία (%) 70,25 16, Διεύθυνση ανέμου (rad) 1,01 0, Στον πίνακα 3.5 έχουν καταχωρηθεί οι μέσοι όροι και οι τυπικές αποκλίσεις των σωματιδίων PM 10 και όλων των μετεωρολογικών δεδομένων για τους οποίους θα γίνει η συσχέτιση. Παρατηρείται ότι οι τυπικές αποκλίσεις είναι σε μέγεθος της τάξεως των αντίστοιχων μέσων όρων. Το πλήθος των τιμών σε όλες τις μεταβλητές είναι το ίδιο, 3296, γιατί χρησιμοποιήθηκε η επιλογή στο πρόγραμμα

35 ΕΜΘΠΜ 35 να αφαιρούνται οι τιμές με κενά. Ο μέσος όρος της θερμοκρασίας ανέρχεται στους 11,4 Ο C και είναι χαμηλός γιατί το διάστημα υπό μελέτη είναι από τον Οκτώβριο μέχρι και τον Απρίλιο. Η υγρασία είναι αρκετά υψηλή σε ποσοστό 70,25%. Ως προς την διεύθυνση ανέμου ο μέσος όρος εδώ είναι σε rad 1,01. Οι τιμές που ελήφθησαν από τον σταθμό ήταν σε μοίρες. Για να γίνει γραμμική συσχέτιση η μεταβλητή θα πρέπει να είναι συνεχής. Έτσι, οι μοίρες μετατράπηκαν σε rad με τον εξής τύπο: WD(rad) = 1 + sin(wd( O ) + (π/4)) Στην συνέχεια, στον πίνακα 3.6 γίνεται μια πρώτη εκτίμηση για την σχέση ανάμεσα στην μελετώμενες μεταβλητές με την βοήθεια του αριθμού Pearson ο οποίος ανέρχεται στο -0,51 για την ταχύτητα του ανέμου δηλαδή υπάρχει μία μέτρια αρνητική συσχέτιση. Καθώς αυξάνεται η ταχύτητα του ανέμου υπάρχει μείωση των σωματιδίων PM 10 στην ατμόσφαιρα. Παράλληλα ανάμεσα στα PM 10 και την θερμοκρασία δεν υπάρχει συσχέτιση μιας και ο συντελεστής Pearson είναι -0,02. Ως προς την υγρασία η συσχέτιση Pearson είναι ίση με 0,30. Αυτή η τιμή μπορεί να εξηγηθεί από το ότι σωματίδια τα οποία υπό συνθήκες χωρίς υγρασία δεν θα είχαν το επαρκές μέγεθος να συμπεριληφθούν στις μετρήσεις του οργάνου συσσωματώνονται με αλλά σταγονίδια της ατμόσφαιρας (d<0,1μm) και αυξάνουν την αεροδυναμική διάμετρό τους. Με αύξηση της υγρασίας αυξάνονται κατά ένα ποσοστό και τα υπό μελέτη σωματίδια. Παράλληλα, ο συντελεστής Pearson ανάμεσα στα σωματίδια και την διεύθυνση του ανέμου είναι 0 με αλλά λόγια το πρόγραμμα δεν έχει βρει καμία σχέση μεταξύ τους. ΠΙΝΑΚΑΣ 3.6: Συσχέτιση Pearson και επίπεδο σημαντικότητας ανάμεσα στις μεταβλητές του μοντέλου Συσχέτιση Pearson Sig. (1-tailed) σημαντικότητα Σωματίδια PM 10 Σωματίδια PM 10 Ταχύτητα ανέμου Θερμοκρασία Υγρασία Διεύθυνση ανέμου 1-0,51-0,02 0,3 0 Ταχύτητα ανέμου -0,51 1-0,15-0,22 0 Θερμοκρασία -0,02-0,15 1 0,02 0,02 Υγρασία 0,3-0,22 0,02 1-0,01 Διεύθυνση ανέμου 0 0 0,02-0,01 1 Σωματίδια PM ,11 0 0,5 Ταχύτητα ανέμου ,43 Θερμοκρασία 0, ,11 0,13 Υγρασία 0 0 0,11. 0,3 Διεύθυνση ανέμου 0,5 0,43 0,13 0,3. Θα ήταν σημαντικό να γίνει αναφορά και στις συσχετίσεις Pearson ανάμεσα στα μετεωρολογικά δεδομένα. Η ταχύτητα του ανέμου και η θερμοκρασία έχουν αρνητική συσχέτιση με τιμή 0,15 δηλαδή καθώς αυξάνεται η τιμή του ανέμου πέφτει και η θερμοκρασία. Το ίδιο ισχύει και για την υγρασία με αρνητική συσχέτιση με την ταχύτητα του ανέμου κατά 0,22. Είναι λογικό καθώς φυσάει

36 ΕΜΘΠΜ 36 να απομακρύνονται τα σταγονίδια από την ατμόσφαιρα. Η διεύθυνση του ανέμου έχει σχεδόν μηδενικές συσχετίσεις Pearson με όλες τις υπόλοιπες μεταβλητές. Τέλος η συσχέτιση ανάμεσα στην υγρασία και την θερμοκρασία είναι κοντά στο 0 με τιμή 0,02. Στην δεύτερη σειρά του πίνακα 3.6 καταγράφεται το υπολογισμένο επίπεδο σημαντικότητας δηλαδή η πιθανότητα η μεταβολή που περιγράφεται από το μοντέλο να μην είναι τυχαία. Είναι δεκτές οι τιμές κάτω του 0,05. Εδώ η τιμή είναι 0 ανάμεσα στα PM 10 και στην ταχύτητα του ανέμου και ανάμεσα στα PM 10 και την υγρασία. Επιπλέον, η σημαντικότητα ανάμεσα στα PM 10 και στην θερμοκρασία είναι 0,11 και τα PM 10 και η διεύθυνση ανέμου 0,50. Οι δύο τελευταίες μεταβλητές από αυτό το κριτήριο θα πρέπει να απορριφθούν. Όμως το μοντέλο χρησιμοποιεί την σταδιακή μεταβολή και τελικά η μεταβλητή που θα εξαιρεθεί θα είναι η κατεύθυνση του ανέμου. Τα μοντέλα που επιλέχθηκαν (πίνακας 3.7) είναι 3. Το πρώτο έχει μεταβλητή την ταχύτητα του ανέμου, το δεύτερο έχει ως ανεξάρτητες μεταβλητές την ταχύτητα ανέμου και την υγρασία και το τρίτο της δύο προηγούμενες μεταβλητές συν την θερμοκρασία. ΠΙΝΑΚΑΣ 3.7: Μεταβλητές των μοντέλων που επιλέχθηκαν από το πρόγραμμα SPSS. Μοντέλα Εισερχόμενη ανεξάρτητη μεταβλητή Ήδη υπάρχουσα ανεξάρτητη μεταβλητή 1 ταχύτητα ανέμου - 2 υγρασία ταχύτητα ανέμου 3 θερμοκρασία ταχύτητα ανέμου, υγρασία ΠΙΝΑΚΑΣ 3.8: Δείκτες των μοντέλων γραμμικής παρεμβολής. R R 2 R 2 Προσαρμοσμένο Τυπική απόκλιση εκτιμώμενου σφάλματος αλλαγή R 2 Μεταβολές Αλλαγή του F df Durbin- Watson 1 0,51 0,3 0,26 35,25 0, , ,55 0,3 0,3 34,36 0,04 173, ,56 0,3 0,31 34,13 0,01 44, ,26 Στον πίνακα 3.8 προβάλλονται όλοι οι δείκτες που εμφανίζουν την εξάρτηση των μεταβλητών που χρησιμοποιήθηκαν στη γραμμική συσχέτιση. Πιο αναλυτικά, οι πολλαπλοί συντελεστές R για τα μοντέλα 1,2 και 3 είναι 0,51, 0,55 και 0,56 αντίστοιχα. Σαφώς, είναι λογικό το ότι αυξάνεται το R καθώς εισέρχονται στο μοντέλο νέες μεταβλητές. Παράλληλα, για το R 2 οι τιμές που παίρνει στα μοντέλα 1,2 και 3 είναι 0,26, 0,30 και 0,31. Η ταχύτητα του ανέμου είναι αυτή που επηρεάζει περισσότερο την ποσότητα των σωματιδίων στην ατμόσφαιρα γιατί καθώς αυξάνεται απομακρύνονται όλο και περισσότερα PM 10. Στην συνέχεια, με την εισαγωγή στο μοντέλο 2 της υγρασίας, λαμβάνει χώρα μία αύξηση στο R 2 κατά 0,04. Στο τρίτο μοντέλο, όταν μπαίνει και τη θερμοκρασία, αυξάνεται το R 2 κατά 0,01 τιμή σχεδόν αμελητέα.

37 ΕΜΘΠΜ 37 Με τα παραπάνω, γίνεται αντιληπτό ότι η μετεωρολογική παράμετρος που επηρεάζει περισσότερο την διασπορά των PM 10 είναι η ταχύτητα του ανέμου. Η υγρασία συμμετέχει ελάχιστα στην αύξηση του R 2 και άρα στην αύξηση της συσχέτισης. Ως προς τις τυπικές αποκλίσεις των εκτιμώμενων σφαλμάτων για όλα τα μοντέλα κυμαίνονται ανάμεσα στο 34 έως 36 (πίνακας 3.7). Επιπλέον, πρέπει να γίνει αναφορά και στην τιμή F η οποία είναι 1167 για το πρώτο μοντέλο, 173 για το δεύτερο και 44 για το τρίτο. Η πρώτη τιμή είναι αρκετά μεγάλη για να απορριφθούν οι αποκλεισμοί. Ενώ για το δεύτερο και τρίτο μοντέλο οι τιμές του F είναι μικρές. Αφήνεται στην επιλογή του αναγνώστη για το ποιο μοντέλο θα επιλέξει για να προσομοιώσει την σχέση των σωματιδίων με τα μετεωρολογικά δεδομένα. Επιπρόσθετα, στον πίνακα 3.8 υπάρχει ακόμα μία στήλη που λέγεται df. Με τον όρο αυτό ορίζεται ο μέγιστος αριθμός μεταβλητών οι οποίες μπορούν να προσδιοριστούν αυθαίρετα κάτω από κάποιες συνθήκες έτσι ώστε να ισχύουν οι συνθήκες. Επεξηγώντας, για μία δεδομένη τιμή του μέσου σε ένα δείγμα μεγέθους ν μπορεί να επιλεχθούν αυθαίρετα ν-1 τιμές, αλλά η νιοστή τιμή θα είναι τέτοια ώστε να καταλήγει στον ήδη γνωστό μέσο. Εδώ, η τιμή για το πρώτο μοντέλο είναι df 1 ίση με 3294 και με την εισαγωγή κάθε καινούργιας μεταβλητής το df μειώνεται κατά μία μονάδα. Τέλος, ο αριθμός Durbin-Watson που υποδεικνύει τον βαθμό αυτοσυσχέτισης των δεδομένων είναι 0,26 ο οποίος υποδεικνύει μία υψηλή θετική αυτοσυσχέτιση. ΠΙΝΑΚΑΣ 3.9: Υπολογισμένοι συντελεστές των μοντέλων, δείκτης t και διαστήματα εμπιστοσύνης Μοντέλα Μη τυποποιημένοι συντελεστές Τυπική B απόκλιση Τυποποιημένοι συντελεστές Beta t 95% διάστημα εμπιστοσύνης του Β Κάτω όριο Πάνω όριο σταθερά β 90,03 0,84 107,35 88,38 91,67 κλίση α ταχύτητας ανέμου -9,28 0,27-0,51-34,17-9,81-8,75 σταθερά β 53,55 2,89 18,56 47,89 59,21 κλίση α ταχύτητας -8,5 0,27-0,47-31,32-9,03-7,97 ανέμου κλίση α υγρασίας 0,5 0,04 0,2 13,18 0,42 0,57 σταθερά β 63,2 3,21 19,7 56,91 69,49 κλίση α ταχύτητας -8,77 0,27-0,48-32,18-9,3-8,24 ανέμου κλίση α υγρασίας 0,49 0,04 0,2 13,19 0,42 0,57 κλίση α θερμοκρασίας -0,77 0,12-0,1-6,7-1 -0,55 Στον πίνακα 3.9 στην πρώτη στήλη παρουσιάζονται οι συντελεστές με τους οποίους περιγράφονται τα μοντέλα. Στην δεύτερη στήλη είναι οι τυπικές αποκλίσεις των αντίστοιχων μεταβλητών. Στην συνέχεια, στην τρίτη στήλη εμφανίζονται οι τυποποιημένοι συντελεστές δηλαδή η μετατροπή της κάθε προβλεπόμενης τιμής στην τυποποιημένη μορφή της. Πιο αναλυτικά, η μέση προβλεπόμενη

38 ΕΜΘΠΜ 38 τιμή αφαιρείται από την προβλεπόμενη τιμή και η διαφορά διαιρείται από την τυπική απόκλιση των προβλεπόμενων τιμών. Οι τυποποιημένες προβλεπόμενες τιμές έχουν μέση τιμή 0 και τυπική απόκλιση 1. Εδώ, παρουσιάζονται οι τυποποιημένοι συντελεστές για τους συντελεστές των κλίσεων όλων των μοντέλων. Τέλος, στον ίδιο πίνακα υπάρχουν και τα 95% διαστήματα εμπιστοσύνης (άνω και κάτω όρια) για όλους τους μη τυποποιημένους συντελεστές Β. Οι εξισώσεις οι οποίες αντιστοιχούν σε κάθε μοντέλο είναι οι εξής: Πρώτο μοντέλο με ανεξάρτητη μεταβλητή την ταχύτητα ανέμου: PM 10 = 9, 28 WSP + 90, 03 Δεύτερο μοντέλο με ανεξάρτητες μεταβλητές την ταχύτητα του ανέμου και την υγρασία: PM 10 = 8, 50 WSP + 0, 50 RH + 53, 55 Τρίτο μοντέλο με ανεξάρτητες μεταβλητές την ταχύτητα του ανέμου, την υγρασία και την θερμοκρασία: PM 10 = 8, 77 WSP + 0, 49 RH 0, 77 TEMP + 63, 20 Στο πρώτο μοντέλο, που υπολογίστηκε από το SPSS η σταθερά β, είναι ίση με 90 μg/m 3 το οποίο μπορεί να συσχετιστεί με το φυσικό υπόβαθρο σε PM 10 δηλαδή με τη συγκέντρωση του ρύπου που θα υφίστατο σε εκείνη την περιοχή χωρίς ανθρώπινες δραστηριότητες. Με αύξηση του ανέμου κατά μία μονάδα (σε m/sec) μειώνονται τα PM 10 κατά 9 μg/m 3. Στο δεύτερο μοντέλο η σταθερά β είναι 53,55 μg/m 3, η κλίση της ταχύτητας -8,5 και η κλίση της υγρασίας 0,5 δηλαδή με αύξηση της υγρασίας κατά μία % μονάδα τα PM 10 αυξάνονται κατά 0,5. Το τρίτο μοντέλο δεν συνίσταται γιατί η είσοδος της θερμοκρασίας στο μοντέλο αύξησε το R 2 μόνο κατά 0,01. Για όλα τα μοντέλα που δημιουργήθηκαν, τα δεδομένα των κλίσεων που υπολογίστηκαν και παραθέτονται στον πίνακα 3.10 είναι ίδια. Στην πρώτη στήλη είναι οι συσχετίσεις zero-order δηλαδή οι συσχετίσεις ανάμεσα στις δύο μεταβλητές χωρίς την επίδραση των υπόλοιπων μεταβλητών. Πράγματι κα εδώ παρουσιάζεται η σχεδόν μηδενική συσχέτιση ανάμεσα στα PM 10 και την θερμοκρασία. Οι μερικές συσχετίσεις (partial correlations) είναι οι σχέση μεταξύ των δύο μεταβλητών, μετά την αφαίρεση της πλήρους επικάλυψης και από τις δύο μεταβλητές. Η ημι-μερική συσχέτιση (Part-semi-partial correlation) είναι η σχέση μεταξύ των δύο μεταβλητών, μετά την αφαίρεση μιας τρίτης μεταβλητής μόνο από την ανεξάρτητη μεταβλητή. Η ανοχή (tolerance) είναι το ποσοστό της διακύμανσης στον δεδομένο προγνωστικό παράγοντα η οποία δεν μπορεί να εξηγηθεί από άλλους προγνωστικούς παράγοντες. Εδώ το 5 με 10% της διακύμανσης του προγνωστικού παράγοντα μπορεί να εξηγηθεί από τους υπόλοιπους υπολογισμένους συντελεστές. Ο παράγοντας αύξησης της διακύμανσης (VIF variance inflation factor) ορίζεται ως ο δείκτης που μετρά πόσο πολύ η διακύμανση ενός εκτιμώμενου συντελεστή παλινδρόμησης προσαυξάνεται λόγω της συγγραμμικότητας. Αν είναι μεγαλύτερος του 2 συνήθως θεωρείται προβληματικός. Στον πίνακα 3.10 και στην τελευταία στήλη έχουν καταχωρηθεί τα VIF για κάθε μεταβλητή. Για όλες τις υπολογισμένες κλίσεις οι τιμές του VIF είναι μικρότερες του 2 και άρα σύμφωνα με αυτόν τον δείκτη δεν είναι προβληματικές.

39 ΕΜΘΠΜ 39 ΠΙΝΑΚΑΣ 3.10: Συσχετίσεις και στατιστικά συγγραμμικότητας για τους υπολογισμένους συντελεστές των μοντέλων. Συντελεστές κλίση α ταχύτητας ανέμου κλίση α υγρασίας κλίση α θερμοκρασίας Zeroorder Συσχετίσεις Μερικές συσχετίσεις Ημι-μερικές συσχετίσεις Στατιστικά συγγραμμικότητας Ανοχές -0,51-0,49-0,47 0,93 1,07 VIF 0,3 0,22 0,19 0,95 1,05-0,02-0,12-0,1 0,98 1,02 ΠΙΝΑΚΑΣ 3.11: Ιδιοτιμές και δείκτες κατάστασης των υπολογισμένων συντελεστών των μοντέλων. Μοντέλα Συντελεστές Ιδιοτιμές Δείκτης κατάστασης σταθερά β 1, κλίση α ταχύτητας ανέμου 0,32 2,3 σταθερά β 2, κλίση α ταχύτητας ανέμου 0,44 2,39 κλίση α υγρασίας 0,02 10,45 σταθερά β 3, κλίση α ταχύτητας ανέμου 0,5 2,58 κλίση α υγρασίας 0,12 5,25 κλίση α θερμοκρασίας 0,02 12,57 Στον πίνακα 3.11 εμπεριέχονται οι ιδιοτιμές οι οποίες είναι οι δείκτες για κάθε υπολογισμένο συντελεστή για κάθε μοντέλο. Ιδιοτιμές κοντά στο 0 υποδηλώνουν ότι μικρές μεταβολές σε τιμές των δεδομένων μπορεί να οδηγήσει σε μεγάλες αλλαγές στις εκτιμήσεις των συντελεστών. Σε όλα τα μοντέλα που έχουν δημιουργηθεί οι σταθερές β είναι αυτές που έχουν ιδιοτιμές οι οποίες δεν είναι κοντά στο 0. Επομένως, είναι λιγότερο ευεπηρέαστες απέναντι σε αλλαγές. Παρατηρείται επίσης ότι καθώς στο μοντέλο εισάγονται νέες μεταβλητές η ιδιοτιμή που αναφέρεται στην κλίση για την ταχύτητα του ανέμου αυξάνεται δίνοντας έτσι περισσότερη σταθερότητα στην τιμή της κλίσης καθώς εισάγονται οι νέες μεταβλητές. Αντίθετα, η κλίση της υγρασίας έχει μεγαλύτερη ιδιοτιμή στο δεύτερο μοντέλο παρά στο τρίτο. Στην στήλη που ονομάζεται δείκτες κατάστασης (condition indices) είναι τιμές που ορίζονται ως οι τετραγωνικές ρίζες του λόγου της μεγαλύτερης ιδιοτιμής για κάθε μοντέλο προς κάθε διαδοχική ιδιοτιμή. Τιμές των δεικτών κατάστασης πάνω από 15 δείχνουν ένα πιθανό πρόβλημα και πάνω από 30 σοβαρό πρόβλημα με την συγγραμικότητα. Εδώ όλες οι τιμές όλων των μοντέλων είναι κάτω από 15.

40 ΕΜΘΠΜ 40 Σε αυτό το σημείο είναι σημαντικό να αναφερθεί η συσχέτιση που υπολογίστηκε με εξαρτημένη μεταβλητή την λογαριθμική τιμή των PM 10 και ανεξάρτητες μεταβλητές τις λογαριθμικές τιμές των μετεωρολογικών παραμέτρων. Πιο αναλυτικά, με μεταβλητές τον λογάριθμο της ταχύτητας του ανέμου, της θερμοκρασίας και της υγρασίας υπολογίστηκε ένα R 2 ίσο με 0,38 και Durbin-Watson 0,342. Αξίζει να σημειωθεί ότι και σε αυτό το μοντέλο η παράμετρος με την μεγαλύτερη αύξηση στον συντελεστή συσχέτισης ήταν η ταχύτητα του ανέμου (R 2 ίσο με 0,37). Ενδεικτικά παρατίθεται η εξίσωση του πρώτου μοντέλου με ανεξάρτητη μεταβλητή τον λογάριθμο της ταχύτητας ανέμου: PM 10 = exp ( 0323 ln(wsp) + 4, 114) Στην συνέχεια, παραθέτονται οι πίνακες συσχέτισης με μετεωρολογικά δεδομένα από διαφορετικό σταθμό. Χρησιμοποιήθηκαν τα μετεωρολογικά δεδομένα από τον σταθμό meteothess στην οδό Παλαιών Πατρών για την περίοδο από 20/ και ώρα 12:00 έως 30/04/2011 και ώρα 23:00 το βράδυ. Τα μετρητικά όργανα βρίσκονται στην ταράτσα του κτιρίου για να επιτευχθεί όσο το δυνατόν ανεπηρέαστη ροή. Παρόλα αυτά όμως με την παρουσία πολυκατοικιών στον περιβάλλοντα χώρο αυτό δεν μπορεί να εξασφαλιστεί πλήρως. Η μέση τιμή της θερμοκρασίας ανέρχεται στους 11,4 Ο C. Ως προς την υγρασία αναμένεται να είναι λίγο μεγαλύτερη στο κέντρο από ότι στην περιοχή του πανεπιστημίου μιας και είναι πιο χαμηλά και πιο κοντά στη θάλασσα. Συγκρίνοντας όμως τον μέσο όρο για το ίδιο διάστημα μελέτης (έως 7/4) με την 1 η περίπτωση (70%) η υγρασία υπολογίστηκε μικρότερη (στο 63%). ΠΙΝΑΚΑΣ 3.12: Μέσοι όροι και τυπικές αποκλίσεις των μετεωρολογικών δεδομένων για τον σταθμό meteothess. Μέσος όρος Τυπική απόκλιση N (πλήθος τιμών) Θερμοκρασία 11,41 5, Υγρασία 62,32 14, Ταχύτητα ανέμου 1,28 1, Διεύθυνση ανέμου 0,98 0, Στον πίνακα 3.12 έχουν καταχωρηθεί οι μέσοι όροι και οι τυπικές αποκλίσεις των σωματιδίων PM 10 και όλων των μετεωρολογικών δεδομένων για τους οποίους θα γίνει η συσχέτιση. Παρατηρείται ότι οι τυπικές αποκλίσεις είναι σε μέγεθος της τάξεως των αντίστοιχων μέσων όρων. Το πλήθος των τιμών που χρησιμοποιήθηκαν είναι ίσο με Στον πίνακα 3.13 είναι καταχωρημένες οι τιμές της συσχέτισης Pearson ανάμεσα στις μεταβλητές για τον σταθμό meteothess. Συγκρίνοντας αυτόν τον πίνακα με τον 3.6 ο Pearson ανάμεσα στην υγρασία και τα PM 10 είναι ίδιος και ίσος με 0,30 ενώ ο Pearson ανάμεσα στην ταχύτητα ανέμου και τα PM είναι -0,51 και -0,41 αντίστοιχα για τον σταθμό του κτιρίου Δ και του meteothess.

41 ΕΜΘΠΜ 41 ΠΙΝΑΚΑΣ 3.13: Συσχέτιση Pearson ανάμεσα στις μεταβλητές του μοντέλου. Συσχέτιση Pearson PM 10 θερμοκρασία υγρασία ταχύτητα ανέμου διεύθυνση ανέμου PM ,01 0,3-0,41 0,02 θερμοκρασία 0,01 1-0,06-0,08 0 υγρασία 0,3-0,06 1-0,38 0,01 ταχύτητα ανέμου -0,41-0,08-0,38 1-0,02 διεύθυνση ανέμου 0,02 0 0,01-0,02 1 Στον πίνακα 3.13 καταγράφονται οι δείκτες του μοντέλου συσχέτισης. Ο R 2 είναι ίσος με 0,17 με μεταβλητή την ταχύτητα ανέμου και αυξάνει κατά 0,03 με την εισαγωγή και της υγρασίας ως μεταβλητής. Ο Durbin-Watson είναι ίσος με 0,19 που σημαίνει ότι υπάρχει αρκετά μεγάλη θετική αυτοσυσχέτιση. ΠΙΝΑΚΑΣ 3.13: Δείκτες των μοντέλων γραμμικής παρεμβολής. Μεταβλητές μοντέλων ταχύτητα ανέμου ταχύτητα ανέμου κ υγρασία R R 2 εκτιμώμενου Τυπική απόκλιση σφάλματος Μεταβολές αλλαγή R 2 Αλλαγή του F 0,41 0,17 46,26 0,17 633,4 Durbin- Watson 0,44 0,2 45,6 0,03 89,98 0,19 ΠΙΝΑΚΑΣ 3.14: Υπολογισμένοι συντελεστές των μοντέλων, δείκτης t και διαστήματα εμπιστοσύνης. 1 2 Μοντέλα Μη τυποποιημένοι συντελεστές Τυπική B απόκλιση Τυποποιημένοι συντελεστές Beta t 95% διάστημα εμπιστοσύνης του Β Κάτω όριο Πάνω όριο σταθερά β 94,23 1,11 84,85 92,06 96,41 κλίση α ταχύτητας ανέμου -3,95 0,16-0,41-25,17-4,26-3,65 σταθερά β 54,72 4,31 12,71 46,28 63,17 κλίση α ταχύτητας ανέμου -3,34 0,17-0,35-19,94-3,67-3,02 κλίση α υγρασίας 0,59 0,06 0,17 9,49 0,47 0,71 Οι εξισώσεις οι οποίες αντιστοιχούν σε κάθε μοντέλο είναι οι εξής:

42 ΕΜΘΠΜ 42 Πρώτο μοντέλο με ανεξάρτητη μεταβλητή την ταχύτητα ανέμου: PM 10 = 3, 95 WS + 94, 23 Δεύτερο μοντέλο με ανεξάρτητες μεταβλητές την ταχύτητα του ανέμου και την υγρασία: PM 10 = 3, 34 WSP + 0, 59 RH + 54, 72 Είναι πολύ σημαντικό να επισημανθεί ότι τα παραπάνω γραμμικά και λογαριθμικά μοντέλα και από τους δύο σταθμούς δεν είναι αρκετά για να περιγράψουν την συγκέντρωση των PM 10 στην ατμόσφαιρα. Τα R 2 δεν δίνουν ισχυρή συσχέτιση και έτσι τα αποτελέσματα των εξισώσεων θα απέχουν από τις πραγματικές τιμές. Παρόλα αυτά, τα μοντέλα που περιγράφονται από τις γραμμικές εξισώσεις και από τους δύο σταθμούς δεν διαφέρουν πολύ. Στα μοντέλα 1 οι σταθερές που αντιστοιχούν στο φυσικό υπόβαθρο ήταν στο 90,03 και 94,2 και οι κλίσεις -9,28 και -3,95 για τους σταθμούς στο κτίριο Δ και στην Παλαιών Πατρών Γερμανού αντίστοιχα. Ομοίως και στα μοντέλα 2. Συνεπώς, γίνεται αντιληπτό ότι οι μετεωρολογικές παράμετροι επηρεάζουν σε έναν βαθμό την συγκέντρωση των PM 10 στην ατμόσφαιρα. 3.5 Συσχέτιση μετρήσεων της Εγνατίας με διαθέσιμα μετεωρολογικά δεδομένα Στην προηγούμενη ενότητα περιγράφηκαν συσχετίσεις για τα σωματίδια PM 10 που μετρήθηκαν στην οδό Παύλου Μελά. Στο σημείο των μετρήσεων δεν υπήρχε όργανο καταγραφής μετεωρολογικών δεδομένων και έτσι χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από σταθμούς που βρισκόταν σε άλλα σημεία. Σε αυτό το υποκεφάλαιο περιγράφονται οι συσχετίσεις PM 10 και μετεωρολογικών παραμέτρων που ελήφθησαν από τον ίδιο σταθμό, στην γωνία Εγνατίας και Βενιζέλου στο κέντρο της Θεσσαλονίκης. Στην περίπτωση της Παύλου Μελά επειδή οι σταθμοί είναι σε διαφορετικά σημεία είναι πιθανό να υπεισέρχεται στα μοντέλα μεγαλύτερη αβεβαιότητα λόγω τη απόστασης ανάμεσα στις μετρήσεις. Συνεπώς, είναι απαραίτητη και η μελέτη της συσχέτισης των PM 10 με μετεωρολογικά δεδομένα από τον ίδιο σταθμό. Στον πίνακα 3.15 καταχωρούνται οι μέσοι όροι για τον σταθμό τη Εγνατίας για το έτος Ο μέσος όρος της ταχύτητας ανέμου είναι στο 1,27 και ίσος με την ταχύτητα ανέμου που καταγράφηκε από τον σταθμό meteothess (αναφέρονται σε διαφορετικές χρονικές περιόδους), η υγρασία στο 64 % και η θερμοκρασία 18 Ο C. ΠΙΝΑΚΑΣ 3.15: Μέσοι όροι και τυπικές αποκλίσεις των μετεωρολογικών δεδομένων για τον σταθμό της Εγνατίας. Μέσος όρος Τυπική απόκλιση N (πλήθος τιμών) Ταχύτητα ανέμου 1,27 1, Υγρασία 63,95 15, Θερμοκρασία 17,95 7,6 8760

43 ΕΜΘΠΜ 43 ΠΙΝΑΚΑΣ 3.16: Συσχέτιση Pearson ανάμεσα στις μεταβλητές του μοντέλου. Συσχέτιση Pearson PM 10 Ταχύτητα ανέμου Υγρασία Θερμοκρασία PM ,21 0,22-0,09 Ταχύτητα ανέμου -0,21 1-0,38 0,08 Υγρασία 0,22-0,38 1-0,32 Θερμοκρασία -0,09 0,08-0,32 1 Παρατηρείται στον πίνακα 3.16 ότι η συσχέτιση Pearson ανάμεσα στα PM 10 και στην υγρασία είναι μεγαλύτερη της συσχέτισης Pearson ανάμεσα στα PM 10 και στην ταχύτητα του ανέμου. Η υγρασία και η ταχύτητα ανέμου έχουν ίδια συσχέτιση Pearson με την Pearson των ίδιων μεταβλητών στο μοντέλο της Παύλου Μελά με το meteothess. Στον πίνακα 3.17 με R 2 μικρότερα του 0,01 δείχνεται ότι δεν υπάρχει καμία συσχέτιση ανάμεσα στα PM 10 και τα μετεωρολογικά δεδομένα στον σταθμό της Εγνατίας. ΠΙΝΑΚΑΣ 3.17: Δείκτες των μοντέλων γραμμικής παρεμβολής. Μεταβλητές μοντέλων R R 2 Τυπική απόκλιση εκτιμώμενου σφάλματος Αλλαγή R 2 Μεταβολές Αλλαγή του F Durbin- Watson Υγρασία 0,22 0,05 30,71 0,05 431,53 Υγρασία και ταχύτητα ανέμου Υγρασία, ταχύτητα ανέμου και θερμοκρασία 0,26 0,07 30,39 0,02 183,37 0,26 0,07 30,38 0,00 9,57 0,58 Από τα παραπάνω μπορεί να εξαχθεί το συμπέρασμα ότι είτε όταν οι μετρήσεις γίνονται σε διαφορετικά σημεία είτε όχι, η συσχέτιση των PM 10 και των μετεωρολογικών παραμέτρων χαρακτηρίζεται από μεγάλη στοχαστικότητα και επομένως είναι απαραίτητη η εύρεση άλλων παραμέτρων που να μπορούν να σχετιστούν με την συγκέντρωση των PM 10 στην ατμόσφαιρα.

44 ΕΜΘΠΜ 44

45 ΕΜΘΠΜ ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗΣ PM 10 ΚΑΙ ΑΕΡΙΩΝ ΡΥΠΩΝ 4.1 Μελέτη των διαθέσιμων δεδομένων στον σταθμό της Αγίας Σοφίας Ο σταθμός της Αγίας Σοφίας βρίσκεται πάνω στην οδό Ερμού στο κέντρο της Θεσσαλονίκη και περίπου 50 m από την εκκλησία της Αγίας Σοφίας. Ο δρόμος είναι διπλής κατεύθυνσης με μεγάλη κυκλοφοριακή συμφόρηση στις ώρες αιχμής. Ο σταθμός, επομένως, μπορεί να θεωρηθεί αστικόςκυκλοφοριακός. ΕΙΚΟΝΑ 4.1: Σημείο μετρήσεων του σταθμού της Αγίας Σοφίας (Περιφέρεια Θεσσαλονίκης) Ξεκινώντας την ανάλυση για τον σταθμό της Αγίας Σοφίας απαιτείται η περιγραφή της μεθόδου επεξεργασίας των δεδομένων. Η περίοδος μελέτης ξεκινά από την πρώτη Ιανουαρίου του 2001 έως και τον Δεκέμβριο του 2004 με ωριαίες μετρήσεις. Παράλληλα, υπάρχουν μετρήσεις για το 2007, 2008, 2009, 2010 και Για το έτος 2004 οι μετρήσεις έλαβαν χώρα από 1 Ιανουαρίου έως 24 Φεβρουαρίου. Για το έτος 2011 οι ημέρες μετρήσεις είναι από 1 Ιανουαρίου έως και 31 Μάιου. Λόγω τεχνικών προβλημάτων αλλά και εξωγενών αιτιών υπάρχουν διαστήματα μέσα στα υπό μελέτη έτη στα οποία υπολειτουργούσαν τα μετρητικά μηχανήματα. Στα πρωτογενή δεδομένα οι μη μετρούμενες τιμές αναγραφόταν ως 999,9 και αντικαταστάθηκαν από κενά κελιά. Η Ευρωπαϊκή Ένωση (Οδηγία 2008/50/EC) απαιτεί πάνω από το 75% των μετρήσεων ενός έτους για να είναι έγκυρος ο ετήσιος μέσος όρος για σωματίδια PM 10. Συνεπώς, για τα έτη 2004, 2009 και 2011 οι μετρούμενες μέρες δεν επαρκούν για να γίνει ο έλεγχος του ετήσιου μέσου όρου της Ευρωπαϊκής Επιτροπής. Η κατανομή της εικόνας 3.2 είναι λογαριθμική κανονική δηλαδή ο λογάριθμος του πλήθους των τιμών των PM 10 είναι κανονική κατανομή. Έχει λοξότητα 1,7 και κύρτωση 4,4.