ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΕΡΟΣ Α. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Εισαγωγή. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Βασικές έννοιες. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: Ατμοσφαιρικοί Ρύποι. Πρόλογος

Transcript

1 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρόλογος ΜΕΡΟΣ Α ΡΥΠΟΙ, ΠΗΓΕΣ ΚΑΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑΣ, ΔΙΑΣΠΟΡΑ, ΕΚΠΟΜΠΕΣ, ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ, ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΑΕΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Εισαγωγή Περιβάλλον Ρύπανση... Ατμοσφαιρική ρύπανση Ιστορική αναδρομή... ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Βασικές έννοιες 2.1. Ατμόσφαιρα Χημική σύσταση Ορισμός ατμοσφαιρικής ρύπανσης Πηγές ατμοσφαιρικών ρύπων Χωροχρονική διαβάθμιση του προβλήματος της ατμοσφαιρικής ρύπανσης Μηχανισμοί καθαρισμού της ατμόσφαιρας Καταβόθρες Εναπόθεση Χημική μετατροπή σε άλλο συστατικό: Μεταφορά στη στρατόσφαιρα Ποσοτικοποίηση της συγκέντρωσης των ρύπων στην ατμόσφαιρα... ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: Ατμοσφαιρικοί Ρύποι 3.1. Ταξινόμηση, χρόνος παραμονής ατμοσφαιρικών ρύπων Διοξείδιο του θείου Οξείδια του αζώτου Μονοξείδιο του άνθρακα ( CO ) OZON ( O 3 ) Αιωρούμενα Σωματίδια Γενικά Πηγές εκπομπής ΑΣ Μηχανισμοί σχηματισμού Φυσικοχημικά Χαρακτηριστικά ΑΣ Επιπτώσεις Μηχανισμοί απομάκρυνσης - Χρόνος παραμονής ΑΣ Μετρήσεις ΑΣ Σκόνη από την Αφρική Παράγοντας εμπλουτισμού Διαφεύγουσα σκόνη (fugitive dust) Αμίαντος Τοξικά μέταλλα Οργανικοί ρύποι - Πτητικές και ημιπτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs, SVOCs) Υδρογονάνθρακες... 7

2 Σάκης Τριανταφύλλου Αέρια Ρύπανση Φορμαλδεΰδη Παραμένοντες Οργανικοί Ρύποι (Persistent Organic Pollutants, POPs) Αέρια Ορυχείων Ατμοσφαιρικοί ρύποι και αυτοκίνητο... ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: Επιπτώσεις της ατμοσφαιρικής ρύπανσης 4.1. Επιπτώσεις στην υγεία Επιδράσεις στη χλωρίδα Επιδράσεις στην πανίδα Επιδράσεις στα υλικά και τις κατασκευές Επίδραση στην ορατότητα... ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: Στοιχεία Φυσικής της Ατμόσφαιρας Μετεωρολογίας 5.1. Η θερμοκρασία στην ατμόσφαιρα Ακτινοβολία και ατμόσφαιρα Ενεργειακό ισοζύγιο της γης Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα - μέλαν σώμα Νόμοι ακτινοβολίας Φάσμα ηλιακής και γήινης ακτινοβολίας Ισοζύγιο ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα φαινόμενο θερμοκηπίου Υγρασία του αέρα Υδρολογικός κύκλος Το νερό στη ατμόσφαιρα Τάση ατμών Υγρολογικές παράμετροι Ατμοσφαιρική πίεση Ορισμός Πειραματική απόδειξη της ατμοσφαιρικής πίεσης Μέτρηση Μονάδες Ατμοσφαιρικής Πίεσης Καταστατική εξίσωση Μεταβολή της ατμοσφαιρικής πίεσης Ισοβαρείς καμπύλες Κατανομή της α.π. στην επιφάνεια της γης Οριζόντιες βαθμίδες πίεσης Κίνηση αερίων μαζών στην ατμόσφαιρα - Άνεμοι Αίτια και μηχανισμός δημιουργίας των ανέμων Διεύθυνση και ταχύτητα του ανέμου Δυνάμεις που ρυθμίζουν την κίνηση των αερίων μαζών στην ατμόσφαιρα Δύναμη βαροβαθμίδας Δύναμη βαρύτητας Δύναμη τριβής Δύναμη Coriolis Φυγόκεντρη δύναμη Ενεργός βαρύτητα Υδροστατική εξίσωση Υδροστατική ισορροπία Γενικές εξισώσεις κίνησης Ελεύθερη ατμόσφαιρα Άνεμοι στην επιφάνεια Γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας Ειδικές ατμοσφαιρικές κυκλοφορίες... 8

3 5.6. Αέριες μάζες βαρομετρικά συστήματα Αέριες μάζες Βαρομετρικά συστήματα Απεικόνιση δεδομένων σε χάρτες καιρού - Πρόγνωση καιρού... ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6. Μετεωρολογία ατμοσφαιρικής ρύπανσης - Ατμοσφαιρική Διασπορά 6.1. Γενικά Ατμοσφαιρική ευστάθεια Ορισμός του Ατμοσφαιρικού Οριακού Στρώματος Κατακόρυφη Θερμοβαθμίδα Συνθήκες ευστάθειας στην ατμόσφαιρα Θερμοκρασιακή αναστροφή Δυναμική θερμοκρασία Ημερήσια εξέλιξη του ΑΟΣ Στρώμα ανάμειξης Κριτήρια προσδιορισμού της ευστάθειας στην ατμόσφαιρα Άνεμος Η διεύθυνση Η ταχύτητα Γεωγραφικές τοπογραφικές επιδράσεις Γεωγραφικά παραγόμενοι τοπικοί άνεμοι Παραλιακές επιδράσεις - Θαλάσσια και απόγεια αύρα Κυκλοφορία σε ορεινές περιοχές Γεωγραφικά τροποποιημένη ροή Το εσωτερικό οριακό στρώμα Ροή πάνω από ανώμαλη τοπογραφία Αστικές επιδράσεις Ροή γύρω από κατασκευές Αστική οδική χαράδρα Αστική νησίδα θερμότητας Το Αστικό Ατμοσφαιρικό Οριακό Στρώμα Ποιοτικά χαρακτηριστικά ατμοσφαιρικής διασποράς Τυπικές περιπτώσεις συμπεριφοράς θυσάνου ανυψωμένων σημειακών πηγών... Ασκήσεις και Προβλήματα... ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: Μοντελοποίηση διασποράς Μοντέλα ποιότητας ατμόσφαιρας 7.1. Γενικά Μέθοδοι αποτίμησης ατμοσφαιρικής ρύπανσης Επιτόπιες μετρήσεις Φυσικές προσομοιώσεις Μαθηματικές προσομοιώσεις - Μοντέλα ποιότητας της ατμόσφαιρας Μοντέλα ποιότητας ατμόσφαιρας Τα μαθηματικά μοντέλα Μαθηματικά μοντέλα ποιότητας της ατμόσφαιρας Μαθηματική διατύπωση του προβλήματος Στατιστικά μοντέλα Μοντέλα διασποράς Xωρική ανάλυση μοντέλων ποιότητας αέρα Δεδομένα εισόδου στα μοντέλα ποιότητας του αέρα Δεδομένα εκπομπών Μετεωρολογικά δεδομένα... 9

4 Σάκης Τριανταφύλλου Αέρια Ρύπανση Αρχικές και οριακές συνθήκες Γραμμικά μοντέλα Η έννοια του γραμμικού μοντέλου Προσαρμογή και έλεγχος του μοντέλου Η γραμμική παλινδρόμηση Πολλαπλή γραμμική παλινδρόμηση Μετασχηματισμοί - Σύνοψη Εφαρμογές - Παραδείγματα Αναλυτικά μοντέλα - Το μοντέλο του θυσάνου του Gauss Το λαγκρασιανό σωματιδιακό μοντέλο διασποράς (LPDM) Αξιολόγηση μοντέλων... ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8. Εκπομπές ρύπων στην ατμόσφαιρα καταμερισμός πηγών 8.1. Υπολογισμός εκπομπών - Συντελεστές εκπομπής Διαφεύγουσα σκόνη Μέθοδοι προσδιορισμού συντελεστών εκπομπής Μέθοδος upwind downwind Μέθοδος exposure profile Εκτίμηση πηγών διαφεύγουσας σκόνης με μοντέλα ανάστροφης διασποράς Εκπομπές σκόνης από ανοιχτά ορυχεία Απογραφή Πηγών Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης Καταμερισμός πηγών ατμοσφαιρικής ρύπανσης (source apportionment) Γενικά Ανάλυση εκπομπών Ανάλυση τάσης (Trend Analysis) Μελέτες ιχνηθετών (tracer studies) Ανάλυση τροχιάς (trajectory analysis) Mοντέλα αποδέκτη (receptor models) Μοντέλα Διασποράς... ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9. Τεχνολογίες ελέγχου εκπομπών ατμοσφαιρικών ρύπων 9.1. ΓΕΝΙΚΑ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗΣ ΑΕΡΙΩΝ ΡΥΠΩΝ Προσρόφηση Απορρόφηση Συμπήκνωση Καύση θερμική οξείδωση ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΕΛΈΓΧΟΥ ATMOΣΦΑΙΡΙΚΏΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΏΝ ΡΥΠΩΝ Μέθοδοι διαχωρισμού αδράνειας Ηλεκτροστατικοί κατακρημνιστήρες ή ηλεκτροστατικά φίλτρα Διήθηση Αερίων Σακκόφιλτρα Πλυντρίδες ή πύργοι έκπλυσης Σύγκριση των τεχνολογιών απομάκρυνσης των αιωρουμένων σωματιδίων... ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10. Διαχείριση της ποιότητας του αέρα Πρότυπα ποιότητας αέρα Περιβαλλοντικοί δείκτες Ανάλυση περιβαλλοντικής επικινδυνότητας (Environmental Risk Analysis) Ανάλυση κόστους οφέλους Η έννοια των επεισοδίων ατμοσφαιρικής ρύπανσης Ο θεσμός των μελετών περιβαλλοντικών επιπτώσεων Στρατηγική Αντιρρύπανσης - Σύστημα Διαχείρισης Ποιότητας Αέρα (ΣΔΠΑ)... 10

5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11. Αλληλεπίδραση ρύπων και ατμοσφαιρικών συστημάτων - Μακροχρόνιες πλανητικής κλίμακας επιδράσεις της ατμοσφαιρικής ρύπανσης Κλιματική αλλαγή Το φαινόμενο θερμοκηπίου Φυσική του θερμοκηπίου Αέρια θερμοκηπίου ο ρόλος των aerosols Θερμοκηπικό δυναμικό θέρμανσης Θέρμανση λόγω θερμοκηπίου Συνεισφορά στο RF Κλιματική ευαισθησία Παγκόσμια κατανομή του RF Καταγραφές πλανητικής θερμοκρασίας Ηλιακή μεταβλητότητα Αποκρίσεις στο Forcing ακτινοβολίας Θερμοκρασία της ατμόσφαιρας Άνοδος της στάθμης της θάλασσας Αναδράσεις και άλλα αποτελέσματα Εποχές παγετώνων και πιο κρύα κλίματα; Κλιματικά μοντέλα Μελλοντικά σενάρια Αξιολόγηση των μοντέλων της κλιματικής αλλαγής... ΚΕΦΑΛΑΙΟ 12. Ρύπανση εσωτερικών χώρων Γενικά Κυριότεροι ρύποι και οι πηγές τους Επιπτώσεις Αντιμετώπιση Μοντελοποίηση του αερισμού Μοντέλα ισοζυγίου μάζας για την ποιότητα αέρα εσωτερικών χώρων... ΚΕΦΑΛΑΙΟ 13. Ηχος θόρυβος και ηχορύπανση Εισαγωγή Ηχος Ηχητικά κύματα Προσδιορισμός της ταχύτητας του ήχου Διάκριση των ήχων Ηχητική πίεση, ισχύς, ένταση Η μονάδα Decibel (db) Θόρυβος Απόκριση του ανθρώπινου αισθητηρίου της ακοής στο θορύβου - Υποκειμενικά χαρακτηριστικά του ήχου Σταθμικό κύκλωμα Α Κατηγορίες και παράμετροι του θορύβου Δείκτες θορύβου Επιτρεπόμενα όρια θορύβου Κυριότερες πηγές θορύβου Οι επιπτώσεις της ηχορύπανσης στον άνθρωπο Ηχοαπορροφητικά υλικά Ηχοπροστασία Μετρήσεις θορύβου Χαρτογράφηση θορύβου Μέτρηση της ηχητικής του στάθμης Φασματική ανάλυση του θορύβου... 11

6 Σάκης Τριανταφύλλου Αέρια Ρύπανση MΕΡΟΣ Β ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟ ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ Σύγχρονες Τεχνικές Μέτρησης 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1. ΓΕΝΙΚΑ ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ Κριτήρια επιλογής θέσεων δειγματοληψίας Διάρκεια και συχνότητα δειγματοληψίας Μετρήσεις ατμοσφαιρικών ρύπων Μέθοδοι περιγραφής συγκεντρώσεων ρύπων Μέτρηση συγκέντρωσης Επαναληψιμότητα και Ακρίβεια Στατιστική προσέγγιση Γραφική παράσταση δεδομένων ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΡΥΠΩΝ 2.1. ΓΕΝΙΚΑ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΘΕΙΟΥ ΟΞΕΙΔΙΑ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΟΖΟΝ YΔΡΟΓΟΝΑΝΘΡΑΚΕΣ ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ ΑΝΑΛΥΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ Φιάλες αερίων Σωλήνες διαπίδυσης Διάταξη παραγωγής μηδενικού αέρα Διάταξη αραίωσης ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ (ΑΣ) 3.1. ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΠΤΗΣ HIGH VOLUME Περιγραφή Διαδικασία Βαθμονόμηση Ικανότητα κατακράτησης φίλτρων κριτήρια επιλογής Απαιτήσεις εγκατάστασης ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΠΤΗΣ PM ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΠΤΗΣ ΠΟΛΥΟΥΡΕΘΑΝΗΣ ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΠΤΗΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΦΙΛΤΡΩΝ ΔΙΧΟΤΟΜΙΚΟΣ ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΠΤΗΣ Αρχή λειτουργίας Περιγραφή Απαιτήσεις εγκατάστασης Υπολογισμός συγκέντρωσης ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΣ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΤΟΥ ΜΑΥΡΟΥ ΚΑΠΝΟΥ Γενικά Περιγραφή της μεθόδου Αξιοπιστία της μεθόδου ΜΕΤΡΗΤΗ ΑΣ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΤΗΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ Β-ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ... ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΣ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΤΟΥ ΔΟΝΟΥΜΕΝΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ... 12

7 3.8.1.Περιγραφή και λειτουργία του αισθητήρα Αρχή λειτουργίας Περιγραφή του συστήματος Εγκατάσταση ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΠΤΗΣ ΞΗΡΗΣ ΚΑΙ ΥΓΡΗΣ ΕΝΑΠΟΘΕΣΗΣ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΣΩΜΑΤΙΩΝ Γενικά Σύστημα καταμέτρησης και ταξινόμησης αιωρουμένων σωματιδίων κατά μέγεθος ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΩΜΑΤΙAKΗΣ ΥΛΗΣ 4.1. ΓΕΝΙΚΑ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΦΘΟΡΙΣΜΟΥ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ ΠΡΟΚΑΛΟΥΜΕΝΩΝ ΑΠΟ ΠΡΩΤΟΝΙΑ ΜΕΘΟΔΟΣ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΟΥ ΔΕΙΓΜΑΤΟΣ ΜΕ ΒΟΜΒΑΡΔΙΣΜΟ ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΣΗΣ ΓΙΑ ΤΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ 5.1. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΕΚΤΕΤΑΜΕΝΟΥ ΔΡΟΜΟΥ Φασματοσκοπία διαφορικής απορρόφησης Φασματοσκοπία συσχέτισης Οργανολογία Η ΤΕΧΝΙΚΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΟΥ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΣΗΣ LASER Μηχανισμοί αλληλεπίδρασης της ακτινοβολίας laser με την ατμόσφαιρα Τεχνική LIDAR Εφαρμογές Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της τεχνικής ενεργού τηλεπισκόπισης LASER ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΒΑΣΙΚΩΝ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΣΤΟ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟ ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ 6.1. ΔΕΣΜΙΟ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΟ ΑΕΡΟΣΤΑΤΟ SODAR DOPPLER SODAR ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ RASS ΤΕΧΝΙΚΗ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΡΑΔΙΟΜΕΤΡΙΑΣ ΑΝΕΜΟΜΕΤΡΟ ΥΠΕΡΗΧΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ ΚΑΙΡΟΥ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ 7.1 Αντιπροσωπευτική τιμή ρύπανσης Εκατοστημόρια και τεταρτημόρια Θηκογράμματα (boxplots), z-scores Κατανομή τιμών ρύπανσης Διακυμάνσεις τιμών Ανάλυση δεδομένων ποιότητας αέρα... ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ... ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΟΡΩΝ... 13