Ατμοσφαιρική Ρύπανση από Αιωρούμενα Σωματίδια κατά την Χειμερινή Περίοδο σε δυο Ελληνικές Πόλεις ΦΛΩΡΟΥ ΚΑΛΛΙΟΠΗ Υπεύθυνος Καθηγητής: Πανδής Σπύρος Laboratory of Air Quality Studies
Αιωρούμενα Σωματίδια (Atmospheric Particulate Matter, PM ) Ατμοσφαιρικά σωματίδια που αιωρούνται στην ατμόσφαιρα, σε υγρή ή σε στερεά φάση με μέγεθος από 1nm ως και 1 μm. Κατατάσσονται βάσει: Προέλευση Μέγεθος Μηχανισμός Σχηματισμού Απευθείας εκπομπή σωματιδίων (Πρωτογενή) Χημική μετατροπή ορισμένων αερίων σε σωματίδια στην ατμόσφαιρα (Δευτερογενή)
Πηγές Αιωρούμενων Σωματιδίων Φυσικές Ανθρωπογενείς Πρωτογενή σωματίδια : Σκόνη Θαλάσσια άλατα Δευτερογενή σωματίδια : Θειικά άλατα από ηφαιστειακό SO 2 Οργανική ύλη από VOC Νιτρικά άλατα Πρωτογενή σωματίδια : Βιομηχανική Δραστηριότητα Καύση Αποβλήτων Μεταφορές Δευτερογενή σωματίδια : Δημιουργία: Θειικών και νιτρικών αλάτων Οργανικών ενώσεων VOC
Number Volume Κατανομή Μεγέθους Ατμοσφαιρικών (dn/dlogd p ), cm -3 x1 3 4 3 2 1 Ultrafine Particles Ultrafine Particles Nucleation Mode Fine Particles Σωματιδίων Fine Particles Aitken Mode Coarse Particles Coarse Particles (dv/dlogd p ), m 3 /cm 3 4 3 2 1 Condensation Submode Accumulation Mode Droplet Submode Coarse Mode.1.1 1 1 Diameter (micrometers) Atmospheric Chemistry and Physics of air pollution, Seinfeld & Pandis, 1986
Επιδράσεις των Αιωρούμενων Ανθρώπινη Υγεία Καρδιακή Προσβολή Άσθμα Καρκίνος του πνεύμονα Σωματιδίων!! 1 nm-2.5 μm, θεωρούνται ως τα πλέον επικίνδυνα PM 2.5
Ατμοσφαιρικά Σωματίδια Θνησιμότητα* *Assessment of the health impacts of exposure to PM 2.5 at a European level ( ETC/ACC Technical Paper 29)
Ατμοσφαιρικά Σωματίδια Θνησιμότητα* 2.5 Combined map of rural and urban concentration of PM 2.5 -maximum daily average value- Spatial assessment of PM 2.5 and ozone concentrations in Europe (25)
Επιδράσεις των Αιωρούμενων Σωματιδίων Ανθρώπινη Υγεία Καρδιακή Προσβολή Άσθμα Καρκίνος του πνεύμονα!! 1 nm-2.5 μm, θεωρούνται ως τα πλέον επικίνδυνα PM 2.5 Ορατότητα Μέγιστη απόσταση: ~ 25 km Αγροτικές περιοχές: ~ 5-8 km Αστικές περιοχές: < 25 km Κλιματική Αλλαγή PM 2.5 : 1 μg/m 3 PM 2.5 : 25 μg/m 3 Ψύξη του πλανήτη (αντανάκλαση ηλιακής Ακτινοβολίας) Πυρήνες Συμπύκνωσης Σύννεφων
H Σημασία Των Οργανικών Αεροζόλ (ΟΑ) Στον Κόσμο Organic Sulfate Ammonium Nitrate
Οργανικά Ατμοσφαιρικά Σωματίδια Στοιχειακός Άνθρακας (EC) + Οργανικός άνθρακας (OC) = Ολικός Άνθρακας (TC) Μαύρος Άνθρακας (BC) Aτελής καύση : - Ορυκτών καυσίμων - Βιοκαυσίμων - Βιομάζας Μετρητής Μαύρου Άνθρακα (MAAP)
Φασματογράφος Μάζας Αεροζόλ Sampling Chamber Sizing Chamber Detection Chamber Introduced by Jayne et al. [2] Differentially pumped(ultra high vacuum, 5 pumps)
Τι μπορεί να μετρήσει ο Φασματογράφος? Ανιχνεύει αποτελεσματικά στις περισσότερες θερμοκρασίες, σωματίδια που αποτελούνται από: 1. Ιόντα Αμμωνίου 2. Νιτρικά Ιόντα 3. Θειικά Ιόντα 4. Οργανική μάζα Δεν είναι δυνατή η μέτρηση αιωρούμενων σωματιδίων, όπως: 1. Κρυσταλλικά υλικά 2. Ορισμένα μέταλλα 3. Στοιχειακό άνθρακα 4. Σωματίδια θαλασσινού άλατος
Nitrate equivalent mass (µg m -3 ) dm/dlogd va (µg m -3 ) dm/dlogd va (µg m -3 ) Φασματογράφος Μάζας Αεροζόλ Υψηλής Ανάλυσης* 5 4 3 2 Ammonium Nitrate Sulphate Chloride Organics 1.5.4.3.2 5 4 3 2 Ammonium Nitrate Sulphate Chloride Organics 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 Vacuum Aerodynamic Diameter (nm) Κατανομή μεγέθους και μάζας για το κάθε είδος.1. 1 2 1 4 Φάσματα μάζας & χημική σύνθεση 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 6 7 8 9 2 6 8 1 1 12 1 m/z Vacuum Aerodynamic Diameter (nm) * High Resolution Time of Flight Aerosol Mass Spectrometer (HR-ToF-AMS) PM 1
Παραγοντοποίηση θετικής μήτρας Positive Matrix Factorization (PMF) X G F G F E E=X-G 1 F 1 -G 2 F 2 -. Ulbrich et al., 29
Σημεία Δειγματοληψίας Οι μετρήσεις στην Πάτρα (Χειμώνας 212) πραγματοποιήθηκαν στον χώρο των ΤΕΙ από 26/2 ως 5/3. Οι μετρήσεις στην Αθήνα (Χειμώνας 213) πραγματοποιήθηκαν στον χώρο του Εθνικού Αστεροσκοπείου στο Θησείο από 12/1 ως 9/2.
Αθήνα 213
Όργανα Μέτρησης Πάτρα 212 Αθήνα 213 Φασματογράφος μάζας αεροζόλ (HR - ToF- AMS) Σαρωτής κινητού μεγέθους σωματιδίων (SMPS) Μετρητής μαύρου άνθρακα (MAAP) TEOM (PM 1,PM 2.5 ) Φίλτρα Μετρητής: SO 2 Μετεωρολογικά Δεδομένα Φασματογράφος μάζας αεροζόλ (HR- ToF AMS) Σαρωτής κινητού μεγέθους σωματιδίων (SMPS) Μετρητής μαύρου άνθρακα(maap) TEOM (PM 1,PM 2.5 ) PTRMS Μετρητές: NO x,co,co 2,SO 2,O 3 Φίλτρα (FTIR, PM 1 ) APS CCNC HT-DMA Μετεωρολογικά Δεδομένα
Συγκέντρωση PM 2.5 στην Πάτρα
Mass Conc. (µg m -3 ) Συγκέντρωση PM 2.5 στην Αθήνα 24 22 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 25 26 27 28 29 3 31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Date (January - February 213)
Μέγιστη Συγκέντρωση PM 2.5 (μg m -3 ) Επίδραση της Θερμοκρασίας Θησείο Ελάχιστη Θερμοκρασία ( o C)
Mass Conc. (µg m -3 ) Συγκέντρωση PM 1 στην Πάτρα 8 Μαύρος Άνθρακας 6 4 Power Outage 2 8 6 ΟΑ 4 2.2.15 Κ +.1.5 26/2 27/2 28/2 29/2 1/3 2/3 3/3 4/3 5/3 Date (212)
PM 1 στην Πάτρα Organics 72% Μέση συγκέντρωση μάζας: Sulphate 1% Nitrate 4.5% BC 7.5% Chloride 2% Ammonium 4% Ammonium 1 μg m -3 Sulphate 2.6 μg m -3 Nitrate.9 μg m -3 Organics 18 μg m -3 Chloride.4 μg m -3 BC 1.9 μg m -3 Σύνολο ~25 μg m -3
Mass Conc. (µg m -3 ) Συγκεντρώσεις Οργανικών- Αθήνα 14 12 Black Carbon (PM 2.5 ) 1 8 6 4 2 5 4 3 Organics 2 1 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 25 26 27 28 29 3 31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Date (January-February 213)
Mass Conc. (µg m -3 ) Συγκεντρώσεις Οργανικών- Αθήνα 14 12 Black Carbon (PM 2.5 ) 1 8 6 4 2 5 4 3 2 A. B. C. D. E. Organics Periods : A. 13-15 January B. 23-25 January C. 28-3 January D. 1-2 February E. 4-6 February 1 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 25 26 27 28 29 3 31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Date (January-February 213)
PM 1 στην Αθήνα Μέση συγκέντρωση μάζας για τις 5 Περιόδους: Ammonium.6 μg m -3 Sulphate 1.2 μg m -3 Nitrate.8 μg m -3 Organics 8.5 μg m -3 Chloride.2 μg m -3 BC 3.5 μg m -3 Σύνολο ~15 μg m -3 Organics 61% Sulphate 9% Ammonium 4% Black Carbon 19% Chloride 1% Nitrate 5%
BC (µg m -3 ) Μαύρος Άνθρακας OA (Πάτρα 212) 4.5 4. 3.5 3. 2.5 2. 1.5 Black Carbon Organic Matter 4 3 2 1 Organics. (µg m -3 ) 1. 5 1 15 Hour of the Day 2
BC (µg m -3 ) Μαύρος Άνθρακας OA (Αθήνα 213) 3.5 BC 2 3. 2.5 2. 1.5 1. Organic Matter 15 1 5 Organics (µg m -3 ) 5 1 15 Hour of the Day 2
OA (µg m -3 ) AMS Ακετονιτρίλιο OA (Αθήνα 213) 4 35 3 25 2 15 1 5 OA Acetonitrile 1.1 1..9.8.7.6.5.4.3.2.1 Acetonitrile (ppb). 18: 23/1 : 24/1 6: 12: 18: : 25/1 Date (213) 6: 12: 18: : 26/1
Pikridas, PhD Thesis, 212 PM 2.5 Πάτρα (29-212) Winter Winter Summer Winter Summer Winter Summer Year
Pikridas, PhD Thesis, 212 PM 2.5 Πάτρα Χειμώνας (29-212) Winter Winter Winter Winter Year
Από πού έρχεται η οργανική μάζα?? Χρησιμοποιώντας την ανάλυση PMF, η οργανική μάζα ταξινομήθηκε σε 4 παράγοντες: ΠΑΤΡΑ: ΑΘΗΝΑ: BBOA 6% COA 12% OOA 13% HOA 8% COA 11% HOA 17% OOA 12% BBOA 66% ΟΑ από καύσεις βιομάζας (BBOA) Οξυγονωμένα ΟΑ μεταφορά από άλλες περιοχές (ΟΟΑ) ΟΑ από μαγείρεμα (COA) Φρέσκα πρωτογενή ΟΑ κυκλοφορία (HOA)
HOA (µg m -3 ) Patras Φρέσκα πρωτογενή ΟΑ (HOA) 5 4 3 2 1.6.5.4.3.2.1 HOA (µg m -3 ) Athens. 5 1 15 Hour of the Day 2
COA (µg m -3 ) Patras ΟΑ από μαγείρεμα (COA) 5 1. 4 3 2 1.8.6.4.2 COA (µg m -3 ) Athens. 5 1 15 Hour of the Day 2
BBOA (µg m -3 ) Patras ΟΑ από καύσεις βιομάζας (BBOA) 3 7 25 2 15 1 5 6 5 4 3 2 1 BBOA (µg m -3 ) Athens 5 1 15 Hour of the Day 2
Συσχέτιση ΟΑ από καύσεις βιομάζας και Κ + Πάτρα 212
Καλοκαίρι Αθήνα 212 Average PM 1 : 15.4 μg m -3 Αποτελέσματα από Ευαγγελία Κωστενίδου.
Συμπεράσματα Υψηλές συγκεντρώσεις PM 2.5 τις βραδινές ώρες και στις δυο πόλεις ( ως 22 μg m -3 ) Περίπου 8% οργανικές ενώσεις και μαύρος άνθρακας Οι συγκεντρώσεις αύξαναν μετά τις 5μμ και γενικά μεγιστοποιούνταν γύρω στις 11μμ. Μείωση της θερμοκρασίας συνδέεται με αύξηση των PM 2.5. Η καύση βιομάζας ήταν υπεύθυνη για το 8% των σωματιδίων στις περιόδους με υψηλές συγκεντρώσεις. Καλή συσχέτιση ακετονιτριλίου και OΜ PM 1 Από την ανάλυση PMF προκύπτει ότι πάνω από το 6% της οργανικής μάζας οφειλόταν σε καύση βιομάζας. Τα οργανικά από καύση κατείχαν πάνω από 8% κατά τις βραδινές ώρες
Συμπεράσματα Τους καλοκαιρινούς μήνες δεν είχαμε συνεισφορά από καύση βιομάζας. Κυρίως οξειδωμένη ΟΜ 7% (μεταφορά από άλλες περιοχές) Πρωτογενή ΟΜ 3% Μαγείρεμα Κίνηση Η συνεισφορά από μαγείρεμα ήταν περίπου 12% της συνολικής οργανικής μάζας και για τις δύο περιοχές. Η συνεισφορά από τα πρωτογενή ΟΑ ήταν υπεύθυνη για 8-17% της συνολικής οργανικής μάζας και για τις δύο περιοχές.
Σπύρος Πανδής Ευαγγελία Κωστενίδου Χρήστος Καλτσονούδης Μιχάλης Πικριδάς Ευάγγελος Λούβαρης Δημήτρης Παπαναστασίου Ευχαριστίες LAQS Greek/EU Project: Thales
Ευχαριστώ για την προσοχή σας!! 3/2/213 @ 11: 4/2/213 @ 12:52 22/1/213 @ 12:4 6/2/213 @ 15: