Τελική Αναλυτική Έκθεση Προόδου Φυσικού Αντικειµένου

Τελική Αναλυτική Έκθεση Προόδου Φυσικού Αντικειµένου Υποέργου (05B-ΝΟΝ-EU-349) [ΟΠΣ: 96δ] «Αξιολόγηση φωτοχηµικών µοντέλων των Αιωρούµενων Σωµατιδίων και του Όζοντος στο Λεκανοπέδιο Αθηνών µε χρήση αισθητήρων DOAS και τεχνικής LIDAR και συσχέτισή τους µε δείκτες υγείας» Α/Α ΕΚΘΕΣΗΣ: 1 ΤΙΤΛΟΣ ΡΑΣΗΣ: «Συνεργασίες µε χώρες εκτός-ευρώπης» ( ΙΑΚ) ΕΠΑΝ ΜΕΤΡΟ 4.3, ΡΑΣΗ 4.3.6.1δ 20 to 25 25 to 30 30 to 35 35 to 40 40 to 45 45 to 50 50 to 55 55 to 60 ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΙΕΘΝΟΥΣ Ε&Τ ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΜΗΜΑ Β ΙΑΚΡΑΤΙΚΩΝ ΣΧΕΣΕΩΝ ΜΑΪΟΣ 2008 ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 1

1. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΥΠΟΕΡΓΟΥ 1.1. Τίτλος υποέργου Αξιολόγηση φωτοχηµικών µοντέλων των Αιωρούµενων Σωµατιδίων και του Όζοντος στο Λεκανοπέδιο Αθηνών µε χρήση αισθητήρων DOAS και τεχνικής LIDAR και συσχέτισή τους µε δείκτες υγείας 1.2. Επιστηµονικός Υπεύθυνος Υποέργου Ονοµατεπώνυµο ρ. ΙΩΑΝΝΗΣ ΖΙΩΜΑΣ Φορέας: Ε. Μ. Πολυτεχνείο - Σχολή Χηµικών Μηχανικών Τοµέας ΙΙ Θέση: ιεύθυνση: Τηλ.: 210-7722358 Καθηγητής Ηρώων Πολυτεχνείου 9, 15780 Ζωγράφου E-mail: ziomas@chemeng.ntua.gr 1.3. Ανάδοχος Επωνυµία: Eθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο ιεύθυνση: Ηρώων Πολυτεχνείου 9, 15780 Ζωγράφου Τηλ./Fax: 210-7722050 / 210-7722928 E-mail: gpolyzos@central.ntua.gr ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 2

1.4. Συνεργαζόµενοι Φορείς: Στην Ελλάδα: Ε.Μ. Πολυτεχνείο Σχολή Χηµικών Μηχανικών Τοµέας ΙΙ Ηρώων Πολυτεχνείου 9, 15780 Ζωγράφου, Αττικής Τηλ. 210-7722358, Fax: 210-7723155 Email: ziomas@chemeng.ntua.gr Υπεύθυνος Υποέργου: ρ. Ιωάννης Ζιώµας, Καθηγητής Ινστιτούτο Πυρηνικής Τεχνολογίας και Ακτινοπροστασίας ΕΚΕΦΕ- ηµόκριτος, 15310 Αγία Παρασκευή, Αττικής Τηλ. 210-6503008, E-mail: elefther@ipta.demokritos.gr Υπεύθυνος Υποέργου: ρ. Κ. Ελευθεριάδης, Ερευνητής Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών Ινστιτούτο ιαστηµικών Ερευνών και Τηλεπισκόπησης Λόφος Κουφού, 15236 Παλαιά Πεντέλη, Αττικής Τηλ. 210-8109187, E-mail: sifakis@space.noa.gr Υπεύθυνος Υποέργου: ρ. Ν. Σηφάκις, Ερευνητής Raymetrics A.E., Κανάρη 5, 15354 Γλυκά Νερά, Αττικής Τηλ. 210-6655800, Fax: 210-6655825, Email: georgoussis@raymetrics.gr Υπεύθυνος Υποέργου: ρ. Γ. Γεωργούσης Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήµιο Αθηνών Ιατρική Σχολή, Τοµέας Παθολογίας Μικράς Ασίας 75, 11527 Αθήνα Τηλ. 210-7462163, E-mail: aspis@ath.forthnet.gr Υπεύθυνος Υποέργου: ρ. Π. Νικολοπούλου-Σταµάτη, Αναπλ. Καθηγήτρια Πολυτεχνείο Χανίων Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος Πολυτεχνειούπολη, 73100 Χανιά, Κρήτης Τηλ. 28210-37813, Fax: 28210-37846, E-mail: lazaridi@mred.tuc.gr Υπεύθυνος Υποέργου: ρ. Μ. Λαζαρίδης, Επίκουρος Καθηγητής ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 3

Στο Εξωτερικό: UMDNJ - Robert Wood Johnson Medical School Computational Chemodynamics Laboratory (CCL) and Environmental and Occupational Health Sciences Institute (EOHSI) 170 Frelinghuysen Road, Piscataway, NJ 08854, USA Tel: +1 732 4450159, Fax: +1 743 4450915, Email: panosg@fidelio.rutgers.edu Υπεύθυνος Υποέργου: Καθηγητής ρ. P. Georgopoulos 1.5. ιάρκεια υποέργου: Μήνες : 16 Ηµεροµηνία έναρξης : 23.11.2006 Ηµεροµηνία λήξης : 31.03.2008 2. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Κύριο αντικείµενο της πρότασης είναι η αξιολόγηση βασικών φωτοχηµικών προγνωστικών µοντέλων των αιωρούµενων σωµατιδίων και του όζοντος µε πεδίο εφαρµογής το Λεκανοπέδιο Αθηνών. Η αξιολόγηση των µοντέλων αυτών βασίσθηκε στην αξιοποίηση πειραµατικών δεδοµένων που προήλθαν από πειραµατικές µετρήσεις των αιωρούµενων σωµατιδίων και του όζοντος µε συνδυασµένη χρήση συστηµάτων ενεργητικής τηλεπισκόπησης laser (σύστηµα lidar) και οπτικής διαφορικής απορρόφησης (τεχνική DOAS), παθητικής τηλεπισκόπησης (δορυφορικές µετρήσεις), καθώς και επίγειων αισθητήρων που είναι εγκατεστηµένοι στο Λεκανοπέδιο Αθηνών (στο ΕΚΕΦΕ- ηµόκριτος και στο δίκτυο µετρήσεων ΕΑΡΘ-ΥΠΕΧΩ Ε). Οι πειραµατικές µετρήσεις πραγµατοποιήθηκαν στο πλαίσιο ειδικών campaigns (case studies), σύντοµης διάρκειας, και στόχευαν στη λεπτοµερή καταγραφή και ανάλυση των φυσικο-χηµικών ιδιοτήτων των αερολυµάτων, καθώς και στην καταγραφή της συγκέντρωσης των αερολυµάτων και του όζοντος µε µεγάλη χωρική και χρονική ακρίβεια, όταν αυτό ήταν εφικτό. Τα δεδοµένα που ελήφθησαν από τις µετρήσεις αυτές συγκρίθηκαν µε τα αποτελέσµατα προγνωστικών µοντέλων των αιωρούµενων σωµατιδίων και του όζοντος για το Λεκανοπέδιο Αθηνών. Εφαρµόσθηκε, επίσης, και ένα µοντέλο υπολογισµού της δόσης (έκθεσης) του πληθυσµού της Αθήνας στα αιωρούµενα σωµατίδια µε δεδοµένα εισόδου την καταµετρηθείσα κατανοµή µεγέθους των αερολυµάτων. Τέλος, πραγµατοποιήθηκε συσχέτιση των αποτελεσµάτων του µοντέλου υπολογισµού της έκθεσης του πληθυσµού της Αθήνας ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 4

στα αιωρούµενα σωµατίδια µε επιδηµιολογικά δεδοµένα (δείκτες υγείας) στο Λεκανοπέδιο Αθηνών. Ειδικότερα, το φυσικό αντικείµενο του προτεινόµενου έργου περιέλαβε τις ακόλουθες βασικές ενότητες εργασίας (φάσεις): - Υλοποίηση κεντρικής βάσης δεδοµένων αέριων ρύπων (αιωρούµενα σωµατίδια, όζον) από επίγειες και δορυφορικές µετρήσεις πεδίου στο πλαίσιο ειδικών campaigns (case studies) - Ανάπτυξη ειδικού αλγόριθµου (λογισµικού) για την ταυτόχρονη επεξεργασία των δεδοµένων lidar και απεικόνιση των λαµβανόµενων αποτελεσµάτων (συγκέντρωση όζοντος και οπτικές ιδιότητες αιωρούµενων σωµατιδίων) σε πραγµατικό χρόνο, - Αξιολόγηση φωτοχηµικών προγνωστικών µοντέλων για τα αιωρούµενα σωµατίδια και το όζον µε πεδίο εφαρµογής το Λεκανοπέδιο Αθηνών, - Εφαρµογή ενός µοντέλου υπολογισµού της δόσης (έκθεσης) του πληθυσµού της Αθήνας στα αιωρούµενα σωµατίδια, - Συσχέτιση των αποτελεσµάτων του µοντέλου υπολογισµού της έκθεσης του πληθυσµού της Αθήνας στα αιωρούµενα σωµατίδια µε επιδηµιολογικά δεδοµένα (δείκτες υγείας) στο Λεκανοπέδιο Αθηνών, - ιάχυση και αξιοποίηση των ερευνητικών αποτελεσµάτων του προτεινόµενου έργου. Τα αποτελέσµατα (παραδοτέα: ΠΕ) του προτεινόµενου έργου είναι τα ακόλουθα: - Βάση δεδοµένων ατµοσφαιρικών ρύπων (αιωρούµενα σωµατίδια, όζον) από επίγειες και δορυφορικές µετρήσεις πεδίου στο πλαίσιο ειδικών campaigns (case studies) (ΠΕ1), - Εξειδικευµένο λογισµικό για την ταυτόχρονη επεξεργασία των δεδοµένων lidar και απεικόνιση των λαµβανόµενων αποτελεσµάτων (συγκέντρωση όζοντος και οπτικές ιδιότητες αιωρούµενων σωµατιδίων) σε πραγµατικό χρόνο (ΠΕ2), - Πιστοποιηµένα φωτοχηµικά προγνωστικά µοντέλα για τα αιωρούµενα σωµατίδια και το όζον στο Λεκανοπέδιο Αθηνών (ΠΕ3) - Προσδιορισµός της δόσης (έκθεσης) του πληθυσµού της Αθήνας στα αιωρούµενα σωµατίδια (ΠΕ4), - Συσχέτιση των αποτελεσµάτων του µοντέλου υπολογισµού της έκθεσης του πληθυσµού της Αθήνας στα αιωρούµενα σωµατίδια µε επιδηµιολογικά δεδοµένα (δείκτες υγείας) στο Λεκανοπέδιο Αθηνών (ΠΕ5), - ιάχυση και αξιοποίηση των ερευνητικών αποτελεσµάτων του προτεινόµενου έργου (ΠΕ6). ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 5

2.1 Χρονοδιάγραµµα του έργου (Φάσεις/Στάδια του έργου) Α/Α ΤΙΤΛΟΣ ΦΑΣΕΩΝ ΣΥΝΤΟΜΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ ΤΗΣ ΦΑΣΗΣ ΗΜ/ΝΙΑ ΕΝΑΡΞΗΣ ΗΜ/ΝΙΑ ΛΗΞΗΣ % ΟΛΟ- ΚΛΗΡΩΣΗΣ 1 2 Κεντρική βάση δεδοµένων αέριας ρύπανσης (αερολύµατα, όζον) Λογισµικό λήψης, ανάλυσης και απεικόνισης δεδοµένων (λογισµικό lidar) Μέτρηση Ο 3 και αερολυµάτων σε ειδικά campaigns στο Λεκανοπέδιο Αθηνών (επίγειεςδορυφορικές µετρήσεις) Ανάπτυξη λογισµικού lidar για τη λήψη, ανάλυση και απεικόνιση δεδοµένων 23/11/2006 31/10/2007 100,00 23/11/2006 31/5/2007 100,00 3 Αξιολόγηση φωτοχηµικών προγνωστικών µοντέλων (αερολύµατα, όζον) Μοντέλο 4 υπολογισµού της δόσης (έκθεσης) του πληθυσµού της Αθήνας στα αιωρούµενα σωµατίδια Συσχέτιση 5 αποτελεσµάτων του µοντέλου υπολογισµού της έκθεσης του πληθυσµού της Αθήνας σωµατίδια µε επιδηµιολογικά δεδοµένα ιάχυση και 6 αξιοποίηση των ερευνητικών αποτελεσµάτων του έργου Αξιολόγηση φωτοχηµικών προγνωστικών µοντέλων για τα αιωρούµενα σωµατίδια και το όζον µε πεδίο εφαρµογής το Λεκανοπέδιο Αθηνών Εφαρµογή µοντέλου υπολογισµού της δόσης (έκθεσης) του πληθυσµού της Αθήνας στα αιωρούµενα σωµατίδια Συσχέτιση αποτελεσµάτων του µοντέλου υπολογισµού της έκθεσης του πληθυσµού της Αθήνας στα αιωρούµενα σωµατίδια µε επιδηµιολογικά δεδοµένα (δείκτες υγείας) στο Λεκανοπέδιο Αθηνών ιάχυση και αξιοποίηση των ερευνητικών αποτελεσµάτων του έργου 01/06/2007 10/03/2008 100,00 01/06/2007 10/03/2008 100,00 100,00 01/06/2007 10/03/2008 1/1/2008 31/3/2008 100,00 ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 6

2.2 Παραδοτέα του έργου (ΠΕ) A/A Παραδοτέο Εµπλεκόµενοι Φορείς ΠΕ1 ΠΕ2 ΠΕ3 ΠΕ4 ΠΕ5 Βάση δεδοµένων ατµοσφαιρικών ρύπων (ΑΣ, όζον) από επίγειες και δορυφορικές µετρήσεις στο Λεκανοπέδιο Αθηνών Λογισµικό λήψης, ανάλυσης και απεικόνισης δεδοµένων lidar σε πραγµατικό χρόνο Εγκατάσταση-εφαρµογή-πιστοποίηση φωτοχηµικών µοντέλων για το Λεκανοπέδιο Αθηνών Προσδιορισµός της δόσης (έκθεσης) του πληθυσµού της Αθήνας στα αιωρούµενα σωµατίδια Συσχέτιση των αποτελεσµάτων του µοντέλου υπολογισµού της δόσης έκθεσης του πληθυσµού της Αθήνας στα αερολύµατα µε επιδηµιολογικά δεδοµένα (δείκτες υγείας) στο Λεκανοπέδιο Αθηνών ΕΜΠ, Raymetrics AE, ΕΚΕΦΕ-, ΕΑΑ-Ι ΕΤ Ποσοστό Ολοκλήρωσης (%) 100 ΕΜΠ, Raymetrics Α.Ε. 100 ΕΜΠ, ΠΚ, ΕΑΑ-Ι ΕΤ, EOHSI 100 ΕΚΕΦΕ-, ΕΜΠ, ΕΚΠΑ 100 ΕΚΠΑ, ΕΚΕΦΕ-, EOHSI 100 ΠΕ6 ιάχυση και αξιοποίηση των ΕΜΠ, Raymetrics AE, ΕΚΕΦΕ- 100 ερευνητικών αποτελεσµάτων του, ΕΑΑ-Ι ΕΤ, ΠΚ, EOHSI έργου 3. ΦΥΣΙΚΟ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ 3.1 Περίληψη πραγµατοποιηθεισών εργασιών Παρουσιάζεται συνοπτικά το φυσικό αντικείµενο του έργου όπως υλοποιήθηκε κατά το παρόν έργο. Το φυσικό αντικείµενο του παρόντος έργου που υλοποιήθηκε κατα το παρόν έργο αφορά την ολοκλήρωση όλων των (6) Παραδοτέων του έργου (ΠΕ1, ΠΕ2, ΠΕ3, ΠΕ4, ΠΕ5 και ΠΕ6) ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 7

(βλέπε Παράρτηµα Ι), καθώς και την ολοκλήρωση όλων των 6 Φάσεων του έργου (Φάση 1, Φάση 2, Φάση 3, Φάση 4, Φάση 5, και Φάση 6), µε τη συµβολή όλων των συµµετεχόντων φορέων (στην Ελλάδα: ΕΜΠ, Raymetrics A.E., ΠΚ, ΕΚΠΑ, ΕΚΕΦΕ- και ΕΑΑ-Ι ΕΤ και στο εξωτερικό: EOHSI-USA). 3.2. Αναλυτική Περιγραφή των Φάσεων που υλοποιήθηκαν 3.2.1. Μεθοδολογία Εκτέλεσης Έργου-Φάσεις Έργου Η µεθοδολογία εκτέλεσης του έργου βασίσθηκε σε έξι (6) Φάσεις : Φάση 1: Υλοποίηση κεντρικής βάσης δεδοµένων αέριων ρύπων (αιωρούµενα σωµατίδια, όζον) από επίγειες και δορυφορικές µετρήσεις πεδίου στο πλαίσιο ειδικών campaigns (case studies), Φάση 2: Ανάπτυξη ειδικού αλγόριθµου (λογισµικού) για την ταυτόχρονη επεξεργασία των δεδοµένων lidar και απεικόνιση των λαµβανόµενων αποτελεσµάτων (συγκέντρωση όζοντος και οπτικές ιδιότητες αιωρούµενων σωµατιδίων) σε πραγµατικό χρόνο, Φάση 3: Αξιολόγηση φωτοχηµικών προγνωστικών µοντέλων για τα αιωρούµενα σωµατίδια και το όζον µε πεδίο εφαρµογής το Λεκανοπέδιο Αθηνών, Φάση 4: Εφαρµογή ενός µοντέλου υπολογισµού της δόσης (έκθεσης) του πληθυσµού της Αθήνας στα αιωρούµενα σωµατίδια, Φάση 5: Συσχέτιση των αποτελεσµάτων του µοντέλου υπολογισµού της έκθεσης του πληθυσµού της Αθήνας στα αιωρούµενα σωµατίδια µε επιδηµιολογικά δεδοµένα (δείκτες υγείας) στο Λεκανοπέδιο Αθηνών, Φάση 6: ιάχυση και αξιοποίηση των ερευνητικών αποτελεσµάτων του προτεινόµενου έργου. Φάση 1: Υλοποίηση κεντρικής βάσης δεδοµένων αέριων ρύπων (αιωρούµενα σωµατίδια, όζον) από επίγειες και δορυφορικές µετρήσεις πεδίου στο πλαίσιο ειδικών campaigns (case studies) Περίληψη Κατά τη διάρκεια αυτής της Φάσης αναπτύχθηκε µια βάση δεδοµένων που περιλαµβάνει µετρήσεις ατµοσφαιρικών ρύπων που ελήφθησαν από επίγειες και δορυφορικές µετρήσεις πεδίου στο πλαίσιο ειδικών campaigns (case studies). Ειδικότερα, περιλαµβάνει µετρήσεις αερολυµάτων από επίγειες µετρήσεις µε χρήση συστήµατος lidar, και δορυφορικές µετρήσεις από διαστηµικές πλατφόρµες (χαµηλής, µεσαίας και υψηλής ανάλυσης). Οι µετρήσεις όζοντος πραγµατοποιήθηκαν µε χρήση επίγειου συστήµατος διαφορικής απορρόφησης lidar (σύστηµα DIAL) και µε χρήση συστήµατος (τεχνική DOAS). ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 8

Αναλυτική Περιγραφή Κατά τη διάρκεια του 1 ου Σταδίου του ερευνητικού αυτού έργου αναπτύχθηκε µια κεντρική βάση δεδοµένων που περιλαµβάνει µετρήσεις ατµοσφαιρικών ρύπων που ελήφθησαν από επίγειες και δορυφορικές µετρήσεις πεδίου στο πλαίσιο ειδικών campaigns (case studies). Ειδικότερα, η βάση δεδοµένων αυτή περιλαµβάνει µετρήσεις αερολυµάτων από επίγειες µετρήσεις µε χρήση συστήµατος lidar, και δορυφορικές µετρήσεις από διαστηµικές πλατφόρµες (χαµηλής, µεσαίας και υψηλής ανάλυσης). Οι µετρήσεις όζοντος πραγµατοποιήθηκαν µε χρήση επίγειου συστήµατος διαφορικής απορρόφησης lidar (σύστηµα DIAL) και µε χρήση συστήµατος οπτικής διαφορικής απορρόφησης (τεχνική DOAS). Από τις διαθέσιµες πειραµατικές µετρήσεις των αερολυµάτων και του όζοντος, κατά την περίοδο υλοποίησης του παρόντος έργου, επιλέγησαν εκείνες οι ηµεροµηνίες του έτους 2007 (27 Ιουνίου, 28 Ιουνίου, 29 Ιουνίου, 2 Ιουλίου, 24 Ιουλίου, 25 Ιουλίου, 1 Οκτωβρίου) που παρουσίαζαν το µεγαλύτερο επιστηµονικό ενδιαφέρον, αναφορικά µε το (υψηλό) επίπεδο των ρύπων που ανιχνεύθηκαν. Ακολούθως, για τις ηµεροµηνίες αυτές «έτρεξαν» τα φωτοχηµικά προγνωστικά µοντέλα που χρησιµοποιήθηκαν (βλ. Πακέτο Εργασίας 3). Επίγειες µετρήσεις αερολυµάτων και όζοντος Mετρήσεις αερολυµάτων Οι επίγειες µετρήσεις των αερολυµάτων πραγµατοποιήθηκαν µε χρήση συστήµατος lidar (Ε.Μ.Πολυτεχνείο) και διαφόρων µετρητικών διατάξεων αερολύµατος (π.χ. φασµατόµετρο, αιθαλόµετρο, SMPS, κλπ.) από το ΕΚΕΦΕ- ηµόκριτος. Μετρήσεις lidar (Ε.Μ.Πολυτεχνείο) Τυπικές µετρήσεις της κατακόρυφης κατανοµής των αερολυµάτων (συντελεστής οπισθοσκέδασης) στα 532 nm παρουσιάζονται στις Εικόνες 1 και 2 για 2 επιλεχθείσες ηµεροµηνίες (π.χ. 2 Ιουλίου και 1 Οκτωβρίου του έτους 2007). ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 9

Εικόνα 1.1 Μετρήσεις της κατακόρυφης κατανοµής των αερολυµάτων (συντελεστής οπισθοσκέδασης) µε χρήση της τεχνικής lidar στα 532 nm) (02/07/2007). Εικόνα 2 Μετρήσεις της κατακόρυφης κατανοµής των αερολυµάτων (συντελεστής οπισθοσκέδασης) µε χρήση της τεχνικής lidar (532 nm) (01/10/2007). Μετρήσεις συγκέντρωσης αερολυµάτων (ΕΚΕΦΕ- ηµόκριτος) Στο πλαίσιο του παρόντος έργου πραγµατοποιήθηκε εγκατάσταση σταθµού δειγµατοληψίας στον χώρο του ΕΚΕΦΕ «ηµόκριτος» στην Αγία Παρασκευή, Αττικής (Εικόνα 3). Εκεί, διενεργήθηκαν ταυτόχρονες δειγµατοληψίες λεπτόκοκκων αιωρούµενων σωµατιδίων (ΑΣ2.5) σε πολλαπλά σηµεία και έγινε η καταγραφή των συγκεντρώσεων των ΑΣ2.5 µε σκοπό την πρώτη εκτίµηση των επιπέδων τους και τη συσχέτισή τους µε παράγοντες που επηρεάζουν τη διακύµανση τους και τη σχέση τους µε τη συγκέντρωση του αριθµού των αιωρούµενων σωµατιδίων. Πραγµατοποιήθηκε η ανάπτυξη των συστηµάτων παρακολούθησης των φυσικοχηµικών παραµέτρων, όπως τα συστήµατα σάρωσης της κατανοµής µεγέθους, το ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 10

σύστηµα παρακολούθησης συντελεστή σκέδασης, και το σύστηµα µέτρησης συγκεντρώσεων των ανόργανων συστατικών των αιωρούµενων σωµατιδίων. Παρατηρήθηκε η διακύµανση άλλων παραµέτρων όπως των συστατικών του αερολύµατος που προκαλούν απορρόφηση φωτός. Σαν µέθοδο αναφοράς για τη συγκέντρωση µάζας θεωρούµε την εργαστηριακή σταθµική µέθοδο (ΕΝ12341) σε δείγµα που συλλέγεται ανά τακτά χρονικά διαστήµατα. Περιγραφή της υποδοµής µετρητικών διατάξεων αερολύµατος LAS-X AEROSOL SPECTROMETER Κατανοµή µεγέθους αριθµού σωµατιδίων από 0.1-3 µm. DR4000 Συγκέντρωση µάζας αιωρούµενων σωµατιδίων µε έµεση εκτίµηση από τη σκέδαση φωτός σε δύο µήκη κύµατος Μετρούµενη συγκέντρωση: 0.1 έως 400000 µg/m3 Αιθαλόµετρο ΑΕ31 Συγκέντρωση στοιχειακού άνθρακα ή συντελέστή απόρρόφησης. SMPS (MODEL 3080 ELECTROSTATIC CLASSIFIER AND CPC 3022A) Μέτρηση της συγκέντρωσης αιωρούµενων σωµατιδίων και της κατανοµής µεγέθους τους ανάλογα µε την ηλεκτροκινητική τους διάµετρο. Μετρούµενο µέγεθος σωµατιδίων: 7 έως 700 nm Μέγιστη συγκέντρωση σωµατιδίων στην είσοδο: 10 8 /cm 3 στα 10 nm Κατά τη διάρκεια του έργου πραγµατοποιήθηκαν µετρήσεις αερολυµάτων καθόλη τη διάρκεια του ηµερολογιακού έτους. Παρόλα αυτά εξαιτίας τεχνικών προβληµάτων η βάση δεδοµένων δεν είναι συνεχής για τις παραµέτρους του ατµοσφαιρικού αερολύµατος που περιγράφονται παραπάνω. Παρακάτω δίδεται η συνοπτική περιγραφή των µετρήσεων για κάθε παράµετρο συνοδευόµενη από γραφικές παραστάσεις που αποδίδουν την τυπική διακύµανση των σηµαντικότερων παραµέτρων. Συγκεντρωτικά, έχουµε τα εξής αποτελέσµατα: ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 11

Σταθµός µετρήσεων Εικόνα 3. Γεωγραφική θέση του σταθµού παρακολούθησης παραµέτρων αερολύµατος του ΕΚΕΦΕ «ηµόκριτος». Παράµετρος Μέση τιµή Τυπική απόκλιση Συγκέντρωση µάζας αερολύµατος 16.3 (µgr/m 3 ) ± 8.8 (µgr/m 3 ) µε αεροδυναµικό µέγεθος < 2.5 µm Συγκέντρωση µάζας αιθάλης (στοιχειακού 0.93 (µgr/m 3 ) ± 0.78 (µgr/m 3 ) Άνθρακα) µε αεροδυναµικό µέγεθος < 2.5 µm Συγκέντρωση αριθµού σωµατιδίων αερολύµατος 10.5 10 3 (#/cm 3 ) ± 10.6 10 3 (#/cm 3 ) µε αεροδυναµικό µέγεθος < 2.5 µm Συντελεστής σκέδασης αερολύµατος 40.1 (Μm -1 ) ± 26.4 (Μm -1 ) µε αεροδυναµικό µέγεθος < 2.5 µm 60000.00 40000.00 20000.00 number volume 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 23/7/2007 15:00 24/7/2007 24/7/2007 3:00 15:00 25/7/2007 25/7/2007 3:00 15:00 26/7/2007 26/7/2007 3:00 15:00 27/7/2007 27/7/2007 3:00 15:00 28/7/2007 28/7/2007 3:00 15:00 29/7/2007 29/7/2007 3:00 15:00 30/7/2007 3:00 0.00 Εικόνα 4. Χρονική µεταβολή του αριθµού των υπέρλεπτων σωµατιδίων όπως καταγράφηκαν στο σταθµό µετρήσεων του ΕΚΕΦΕ. ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 12

Ανάλυση αποτελεσµάτων Η αναλυτική επεξεργασία των αποτελεσµάτων, µπορεί να απασχολήσει εκτενώς τους εµπλεκόµενους φορείς σχετικά µε την παρακολούθηση των παραµέτρων του αστικού αερολύµατος: Τα κυριότερα χαρακτηριστικά του φαίνεται να συνοψίζονται στα εξής (βλ. Εικόνα 4): Η κατανοµή µεγέθους των αιωρούµενων σωµατιδίων στην αστική ατµόσφαιρα παρουσιάζει σηµαντική διακύµανση η οποία είναι καθοριστική για την εκτίµηση της δοσιµετρίας των κατοίκων της πόλης. Υψηλές τιµές στον πληθυσµό από πλευράς συγκέντρωσης αριθµού υπέρλεπτων και λεπτών σωµατιδίων παρατηρείται κατά τη θερινή περίοδο του έτους. Η κατανοµή µεγέθους εµφαµνίζει τοπικά µέγιστα στα µεγέθη 20 και 100 nm, όπως έχει παρατηρηθεί και σε σποραδικές µετρήσεις του παρελθόντος µε µικρή διαφορά στα µεγέθη συσσώρευσης (Eleftheriadis et. al., 2006). εδοµένα συντελεστή σκέδασης και απορρόφησης αποκτώνται για πρώτη φορά στο Λεκανοπέδιο της Αττικής και βρίσκονται σε συµφωνία µε τα µεγέθη που αναµένονται απο τη διεθνή βιβλιογραφία. Μετρήσεις όζοντος (Ε.Μ. Πολυτεχνείο) Οι µετρήσεις αυτές πραγαµτοποιήθηκαν µε χρήση της τεχνικής της διαφορικής απορρόφησης (τεχνική DOAS) και της τεχνικής διαφορικής απορρόφησης lidar (DIAL). Στην Εικόνα 5 παρουσιάζεται η χρονική εξέλιξη της πορείας της συγκέντρωσης του όζοντος (σε µg/m 3 ) στην περιοχή της Πολυτεχνειούπολης, Ζωγράφου, για 4 επιλεχθείσες ηµέρες (27 Ιουνίου, 28 Ιουνίου, 2 Ιουλίου και 1 Οκτωβρίου του έτους 2007). 250,00 200,00 Ozone Concentration (µg/m3) 270607 280607 020707 011007 150,00 100,00 50,00 0,00 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 0:00 Time Εικόνα 5 Χρονική διακύµανση (τοπική ώρα) της συγκέντρωσης του όζοντος (σε µg/m 3 ) στην επιφάνεια του εδάφους στην περιοχή της Πολυτεχνειούπολης, Ζωγράφου, για 4 επιλεχθείσες ηµέρες, µε χρήση της τεχνικής DOAS. ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 13

Στην Εικόνα 6 παρουσιάζουµε, ένα τυπικό παράδειγµα ανάκτησης της κατακόρυφης κατανοµής της αναλογίας ανάµιξης όγκου του όζοντος, µεταξύ 650 m και 4000 m στο Λεκανοπέδιο Αθηνών, όπου καταγράφηκαν τιµές της συγκέντρωσης του όζοντος από 30 έως 55 ppbv, µε χρήση του συστήµατος διαφορικής απορρόφησης lidar (σύστηµα DIAL) (26/1/2007). Εικόνα 6 H κατακόρυφη κατανοµή της αναλογίας ανάµιξης όγκου του όζοντος, µεταξύ 650 m και 4000 m στο Λεκανοπέδιο Αθηνών, µε χρήση τεχνικής DIAL (26/1/2007). ορυφορικές µετρήσεις αερολυµάτων Η ανάκτηση και η χαρτογράφηση της οριζόντιας κατανοµής του οπτικού βάθους των αερολυµάτων (ΑΟD) µπορούν να πραγµατοποιηθούν σε διάφορες γεωγραφικές κλίµακες χρησιµοποιώντας διαφορετικούς δορυφορικούς δέκτες και αντίστοιχες τεχνικές. έκτες χαµηλής διακριτικής ικανότητας (δηλ. µε απόσταση επίγειας δειγµατοληψίας της τάξης των δεκάδων χιλιοµέτρων), όπως ο TOMS και ο SCIAMACHY χρησιµοποιούνται κυρίως σε µελέτες παγκόσµιας κλίµακας. Οι δέκτες µε µέτρια διακριτική ικανότητα (δηλ. µε απόσταση επίγειας δειγµατοληψίας της τάξης των µερικών χιλιοµέτρων), όπως οι AVHRR, SEVIRI και GOME µπορούν να εξετάσουν προβλήµατα ρύπανσης µεγάλης κλίµακας. Ενώ οι προηγούµενες κατηγορίες χρησιµοποιούνται συχνότερα για την ανάκτηση του οπτικού βάθους των αερολυµάτων, η χρήση δορυφόρων µε απόσταση επίγειας δειγµατοληψίας της τάξης των δεκάδων µέτρων αρχίζει σταδιακά να τραβά την προσοχή των ερευνητών που έχουν αναπτύξει µια σειρά από αντίστοιχες τεχνικές. Τέτοιοι δορυφορικοί δέκτες υψηλής διακριτικής ικανότητας είναι ο Landsat TM/ETM+, ο SPOT HRV/HRVIR και ο IRS-LISS-ΙΙΙ, και παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον σε µελέτες αστικής κλίµακας. Η συχνότητα λήψης εικόνας όµως από αυτούς τους δορυφόρους παραµένει χαµηλή (Εικόνα 7). ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 14

Εικόνα 7 Χρονικός κατάλογος των δυνατών δορυφορικών λήψεων υψηλής διακριτικής ικανότητας στην Αθήνα για το έτος 2007. Μια άλλη κατηγορία δορυφορικών δεδοµένων, που παράγεται από µια ενδιάµεση κατηγορία δεκτών µε µέση προς υψηλή διακριτική ικανότητα, όπως οι MODIS και MERIS, έχει τη δυνατότητα να παρέχει ποσοτικές πληροφορίες για τα αερολύµατα και τις ιδιότητές τους µε µε απόσταση επίγειας δειγµατοληψίας της τάξης των µερικών εκατοντάδων µέτρων σε καθηµερινή βάση. Με βάση τα διαθέσιµα δεδοµένα lidar κατά τη διάρκεια της περιόδου εντατικών µετρήσεις το 2007, επιλέχθηκαν δορυφορικά δεδοµένα ΑΟD µε ποικίλες χωρικές διακριτικές ικανότητες ως ακολούθως: δορυφορικά δεδοµένα υψηλής διακριτικής ικανότητας: επιλέχθηκαν και αγοράστηκαν εικόνες IRS P6 LISS-III. Λόγω του υψηλού κόστους (~1500 ανά τέταρτο εικόνας) αποκτήθηκαν µόνο δύο τέταρτα-εικόνων. Σύµφωνα µε τις µετρήσεις συγκέντρωσης ρύπων του δικτύου ελέγχου του ΕΑΡΘ, επιλέχθηκαν ως "εικόνες αναφοράς" (χωρίς αέρια ρύπανση) η 16 η Ιουνίου 2005 και η 19 η Απριλίου 2007, ενώ η 24 η Ιουλίου 2007 θεωρήθηκε ως "εικόνα ρύπανσης". Οι συντεταγµένες τροχιάς των επιλεγµένων εικόνων επάνω από την Αθήνα ήταν 043/043, όπως απεικονίζεται και στην Εικόνα 8. ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 15

Εικόνα 8 ορυφορική εικόνα υψηλής διακριτικής ικανότητας (IRS P6 LISS-III). δορυφορικά δεδοµένα µέτριας προς υψηλή διακριτικής ικανότητας: επιλέχτηκαν και συγκεντρώθηκαν µέσω του κεντρικού υπολογιστή της NASA εικόνες MODIS και το αντίστοιχο προϊόν AOD (MOD04_L2) για τις ακόλουθες ηµεροµηνίες το 2007: 27 Ιουνίου, 28 Ιουνίου, 29 Ιουνίου, 2 Ιουλίου, 24 Ιουλίου, 25 Ιουλίου, 1 Οκτωβρίου. Σύµφωνα µε βασισµένα τα στο έδαφος στοιχεία ρύπανσης, η εικόνα που αποκτήθηκε στις 16 Αυγούστου 2005 επιλέχθηκε ως "εικόνα αναφοράς". δορυφορικά δεδοµένα µέτριας προς υψηλή διακριτικής ικανότητας: επιλέχτηκαν εικόνες AVHRR από τα αρχεία του Ι ΕΤ-ΕΑΑ για τις ακόλουθες ηµεροµηνίες του 2007: 22 Αυγούστου, 27 Αυγούστου, 29 Αυγούστου. Εξάλλου η εικόνα που αποκτήθηκε την 1η Οκτωβρίου 2007 επιλέχθηκε ως "εικόνα αναφοράς" σύµφωνα µε τις µετρήσεις ρύπανσης. Πρέπει να σηµειωθεί ότι τα δεδοµένα AVHRR καταγράφονται απευθείας µέσω σταθµού λήψης στο Ι ΕΤ-ΕΑΑ. Ανάκτηση αερολυµάτων Αρχικά, για τις ανάγκες της σύγκρισης µεταξύ δορυφορικά παραγόµενου και βασισµένου στο έδαφος AOD επισκεφτήκαµε το ΗΜΟΚΡΙΤΟ και προσδιορίσαµε, µε τη βοήθεια GPS, τις συντεταγµένες του αντίστοιχου σταθµού ελέγχου των αερολυµάτων. Οι γεωγραφικές συντεταγµένες βρέθηκαν να είναι οι ακόλουθες: φ = 37 59 43 λ = 23 48 57,3 ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 16

υψόµετρο = 262 µέτρα Στη συνέχεια υπολογίστηκε το δορυφορικά παραγόµενο AOD µέσω αυτοµατοποιηµένης επεξεργασίας εικόνας και συγκεκριµένα εφαρµογή του κώδικα DTA (διαφορική ανάλυση της υφής) που αναπτύχθηκε από τους Sifakis et al. (1992 και 1998). Ο κώδικας εφαρµόστηκε στις επιλεγµένες εικόνες IRS, MODIS και AVHRR. Ειδικά η τελευταία κατηγορία εικόνων ακολούθησαν την επεξεργασία των Retalis et το al. (2003). Επιπλέον, εξετάστηκε για πρώτη φορά στα στοιχεία IRS, ο πρόσφατα αναπτυγµένος κώδικας CHRISTINE, ο οποίος χρησιµοποιεί ένα πολυφασµατικό κριτήριο παραλλαγής για την ελαχιστοποίηση των σφαλµάτων ταξινόµησης AOD λόγω µεταβολών στην κάλυψη του εδάφους µεταξύ εικόνας αναφοράς και εικόνας ρύπανσης. Όλα τα αποτελέσµατα ανάκτησης και χαρτογράφησης του AOD συνοψίζονται στον Πίνακα 2. Η Εικόνα 9 απεικονίζει το δορυφορικό χάρτη υψηλής διακριτικής ικανότητας του AOD που παράχθηκε βάσει των εικόνων IRS-LISSIII, για την περιοχή του Λεκανοπεδίου Αθηνών. Οι τιµές του AOD ανακτήθηκαν, επίσης, τοπικά για εκείνη την ηµεροµηνία (24/7/2007) υπεράνω του κτηρίου του Τοµέα Φυσικής του ΕΜΠ και υπεράνω του σταθµού µετρήσεων του ΕΚΕΦΕ- ΗΜΟΚΡΙΤΟΣ, ώστε να επιτευχθεί η σύγκριση µε ταυτόχρονες επίγειες µετρήσεις. Για το σκοπό αυτό χρησιµοποιήθηκαν δύο διαφορετικές "εικόνες αναφοράς" στην περίπτωση των δεδοµένων IRS-LISSIII. Ο Πίνακας 3 παρουσιάζει τις ανακτηµένες τιµές του AOD, οι οποίες είναι σχετικές ως προς τις δύο εικόνες αναφοράς (τιµές µε κανονικούς χαρακτήρες) και τις προσεγγισµένες απόλυτες τιµές που υπολογίστηκαν µετά από διόρθωση σύµφωνα µε τη µέση τιµή AOD που προέκυψε από το προϊόν MODIS για την ηµεροµηνία αναφοράς (τιµές µε πλάγιους χαρακτήρες). Εικόνα 9. 24/7/2007. Χάρτης AOD υψηλής χωρικής ευκρίνειας από δεδοµένα IRS-LISSIII στις ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 17

Date 27/6 AOT and aerosol indices by satellite sensors during 2007 campaign Lidar MODIS LISS-III III aot MODIS aot MODIS AVHRR aot Notes quick look (12h20 LT) (~12h00 LT) product (~14h00 LT) V smog 28/6 29/6 2/7 24/7 25/7 22/8 27/8 29/8 V V V V V V V V fire fire fire? dust dust dust fire, dust 1/10 ref clear Πίνακας 2. Χάρτες του οπτικού πάχους των αερολυµάτων (ΑOD) από ποικίλα δορυφορικά δεδοµένα. ΣΤΑΘΜΟΣ ΕΚΕΦΕ- ΚΤΙΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΕΜΠ ΜΕΣΗ ΤΙΜΗ ΕΠΑ ΗΜΟΚΡΙΤΟΥ 1 st 2 nd 1 st 2 nd 1 st 2 nd αναφοράς αναφοράς αναφοράς αναφοράς αναφοράς αναφοράς 0.42 0.48 0.32 0.49 0.49 0.55 0.18 0.35 0.47 0.53 0.28 0.45 Πίνακας 3. Τιµές του AOD ανακτηµένες από τον δορυφόρο IRS στις 24 Ιουλίου 2007 βάσει δύο εικόνων αναφοράς. Οι τιµές µε πλάγιους χαρακτήρες αντιστοιχούν σε AOD διορθωµένο µε προϊόντα MODIS. Επίσης, επιχειρήθηκε και µια σύγκριση των τιµών του ΑΟD, µεταξύ δύο χαρακτηριστικών περιοχών: του Λεκανοπεδίου Αθηνών και της πόλης της Μεγαλόπολης στην Πελοπόννησο. Τούτο συµβαίνει γιατί και οι δυό αυτές περιοχές παρουσιάζουν υψηλές συγκεντρώσεις αερολυµάτων. Στην Εικόνα 10 παρουσιάζονται µετρήσεις του οπτικού βάθους αερολυµάτων στα 550 nm, καθώς και του δείκτη Angstrom για τις περιοχές του Λεκανοπεδίου Αθηνών και της πόλης της Μεγαλόπολης στην Πελοπόννησο, όπως καταγράφηκαν από τον δορυφόρο MODIS µε χωρική ανάλυση 10x10 km. ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 18

Αθήνα Μεγαλόπολη Εικόνα 10 Μετρήσεις του οπτικού βάθους αερολυµάτων στα 550 nm, καθώς και του δείκτη Angstrom για τις περιοχές του Λεκανοπεδίου Αθηνών και της Πελοποννήσου όπως καταγράφηκαν από τον δορυφόρο MODIS (χωρική ανάλυση 10x10 km). Βαθµονόµηση αποτελεσµάτων Οι δορυφορικές ανακτήσεις του AOD από τους διάφορους δέκτες συγκρίθηκαν, αφ' ενός µεταξύ τους και, αφ' ετέρου, µε τις επίγειες µετρήσεις. Τα δορυφορικά δεδοµένα που αγοράστηκαν και που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία στα πλαίσια του προγράµµατος ήταν πολύ περιορισµένα, και δεν επιτρέπουν λεπτοµερή στατιστική ανάλυση. Εποµένως, η σύγκριση µεταξύ των δορυφορικών και επεξεργασµένων στοιχείων περιορίστηκε στις συγκεκριµένες ηµεροµηνίες που συνέπεσαν οι διαθέσιµες µετρήσεις lidar µε τις υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας δορυφορικές εικόνας. Αρχικά τα δορυφορικά δεδοµένα αναφοράς διορθώθηκαν ως προς τα προϊόντα MODIS AOD. Το προϊόν MODIS έδωσε τις µέσες τιµές AOD 0,06 και 0,17 για τις εικόνες αναφοράς 16/06/2005 και 19/04/2007 IRS αντίστοιχα, τιµές αρκούντως χαµηλές και στις δύο περιπτώσεις. Για την εικόνα αναφοράς MODIS (16/08/2005) το προϊόν MODIS έδωσε 0,09, επίσης µια χαµηλή τιµή AOD. Αυτή η σύγκριση επιβεβαίωσε ότι οι επιλεγµένες "εικόνες αναφοράς" αντιστοιχούν σε ηµεροµηνίες µε αποδεκτά χαµηλές τιµές AOD. Η πρόσθεση των προηγούµενων τιµές AOD, που αντιστοιχούν στις "εικόνες αναφοράς", στις αρχικά ανακτηµένς τιµές AOD θα µπορούσαν, θεωρητικά τουλάχιστον, να παρέχουν απόλυτο AOD. Τα αποτελέσµατα αυτής της διόρθωσης παρουσιάστηκαν στον Πίνακα 3. ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 19

Θέση AOD Υπεράνω κτηρίου Φυσικής Μέση τιµή στην ΕΠΑ Προέλευση AOD Ώρα λήψης (τοπική) Τιµή AOD IRS µε MODIS IRS µε Lidar CHRISTINE µε DTA CHRISTINE MODIS Προϊόν µε DTA MODIS 12h18 11h50 13h00 12h18 11h50 11h50 0.32 0.31 0.28 0.37 0.64 0.52 0.49 0.40 0.45 0.46 Πίνακας 4. Σύγκριση δορυφορικών ανακτήσεων AOD και επίγειων µετρήσεων στις 24/07/2007. Με πλάγιους χαρακτήρες παρουσιάζονται οι διορθωµένες τιµές του AOD. Στη συνέχεια οι δορυφορικές τιµές AOD από τους διαφορετικούς δορυφορικούς αισθητήρες συγκρίθηκαν για την ηµεροµηνία της 24ης Ιουλίου 2007 όταν συνέπεσαν όλες οι µετρήσεις. Το δορυφορικό AOD συγκρίθηκε επίσης µε τις επίγειες µετρήσεις στο ΗΜΟΚΡΙΤΟ και µε τις µετρήσεις lidar στο κτήριο Φυσικής για την ίδια ηµεροµηνία. Τα αποτελέσµατα παρουσιάζονται στον Πίνακα 4. Όσον αφορά στην επεξεργασία των εικόνων IRS, παρουσιάζονται µόνο τα αποτελέσµατα που βασίστηκαν στη δεύτερη "εικόνα αναφοράς". Επεξεργασία δορυφορικών δεδοµένων και στατιστική ανάλυση Η επεξεργασία των δορυφορικών εικόνων περιελάµβανε το στάδιο της προεπεξεργασίας και τη στατιστική ανάλυση των αποτελεσµάτων. Και τα δύο στάδια επεξεργασίας έγιναν µε αυτοµατοποιηµένο τρόπο µε τη βοήθεια κατάλληλου λογισµικού που έχει αναπτυχθεί από το Ινστιτούτο ιαστηµικών Εφαρµογών και Τηλεπισκόπησης. Τα στάδια προεπεξεργασίας των εικόνων από τη στιγµή λήψης της εικόνας µέχρι τη δηµιουργία του τελικού δυαδικού αρχείου µετρήσεων για την περιοχή ενδιαφέροντος περιελάµβαναν τα εξής: Ανάγνωση αρχείων µορφής hdf Προβολή σε οριζοντιογραφικό σύστηµα συντεταγµένων (UTM) Μετατροπή σε αρχεία geotif προκειµένου να µελετηθεί η χωρική αποτύπωση του οπτικού πάχους των αερολυµάτων ηµιουργία αρχείων µε τις διαχρονικές τιµές του οπτικού πάχους και του δείκτη Angstrom για τις περιοχές µελέτης. Σε επόµενο στάδιο πραγµατοποιήθηκε στατιστική επεξεργασία των τιµών του δείκτη Angstrom καθώς και των τιµών του οπτικού πάχους των αερολυµάτων. Στην Εικόνα 11 ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 20

παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα από τη διαχρονική µεταβολή (2003-2006) του οπτικού πάχους των αερολυµάτων (0.55 µm) για τις δύο περιοχές µελέτης (Αθήνα και Μεγαλόπολη). 1800 TERRA/MODIS AOD (550nm) 2003-2006 1600 1400 1200 AOD*100 1000 800 600 400 200 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 ΑΡ. ΗΜΕΡΑΣ ΑΘΗΝΑ ΜΕΓΑΛΟΠΟΛΗ Εικόνα 11 ιαχρονική µεταβολή του οπτικού πάχους των αερολυµάτων (0.55µm) από δεδοµένα Modis (Terra) για την περίοδο 2003-2006. Το συµπέρασµα που προκύπτει είναι ότι οι τιµές του οπτικού πάχους των αερολυµάτων στην περιοχή του Λεκανοπεδίου της Αττικής είναι υψηλότερες από τις αντίστοιχες στην περιοχή της Μεγαλόπολης, ενώ σε γενικές γραµµές υπάρχει µία συµµετρία ως προς τη καµπύλη των αντίστοιχων τιµών τους. Συµπεράσµατα Αναφορικά µε τα δεδοµένα εδάφους για τα λεπτόκκοκα αερολύµατα (ΑΣ2.5) τα κυριότερα συµπεράσµατα συνοψίζονται στα παρακάτω στοιχεία: Η κατανοµή µεγέθους των αιωρούµενων σωµατιδίων στην αστική ατµόσφαιρα παρουσιάζει σηµαντική διακύµανση η οποία είναι καθοριστική για την εκτίµηση της δοσιµετρίας των κατοίκων της πόλης. Υψηλές τιµές στον πληθυσµό από πλευράς συγκέντρωσης αριθµού υπέρλεπτων και λεπτών σωµατιδίων παρατηρείται κατά τη θερινή περίοδο του έτους. Η κατανοµή µεγέθους εµφαµνίζει τοπικά µέγιστα στα µεγέθη 20 και 100 nm, όπως έχει παρατηρηθεί και σε σποραδικές µετρήσεις του παρελθόντος µε µικρή διαφορά στα µεγέθη συσσώρευσης (Eleftheriadis et. al., 2006). ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 21

εδοµένα συντελεστή σκέδασης και απορρόφησης αποκτώνται για πρώτη φορά στο Λεκανοπέδιο της Αττικής και βρίσκονται σε συµφωνία µε τα µεγέθη που αναµένονται απο τη διεθνή βιβλιογραφία. Αναφορικά µε τα δορυφορικά δεδοµένα που χρησιµοποιήθηκαν, καθώς επίσης και οι ταυτόχρονες διαθέσιµες επίγειες παρατηρήσεις, περιορίστηκαν σε συγκεκριµένες ηµεροµηνίες, οι ακόλουθες παρατηρήσεις µπόρεσαν να καταγραφούν από την εξέταση των αποτελεσµάτων: Όσον αφορά στη δορυφορική ανάκτηση του AOD από τον IRS, είναι αξιοσηµείωτο ότι οι αρχικά προσδιορισµένες σχετικές τιµές διέφεραν αρκετά (µέχρι 60%) ανάλογα µε τη χρήση διαφορετικών "εικόνων αναφοράς". Εντούτοις αυτές οι διαφορές µειώθηκαν αρκετά (5-30%) όταν οι σχετικές τιµές διορθώνονται ως προς τις κατά προσέγγιση απόλυτες τιµές AOD βάσει των προϊόντων MODIS για τις αντίστοιχες εικόνες αναφοράς. Αυτό επιβεβαιώνει την αξιοπιστία της µεθοδολογίας DTA/CHRISTINE για ανάκτηση σχετικών τιµών AOD και τη χαρτογράφηση τους. Όσον αφορά στις διορθωµένες τιµές του ΑOD γενικά (είτε από τον IRS, είτε από τον MODIS) παρατηρήσαµε µια µέση διαφορά της τάξης του 25% µε τα προϊόντα του MODIS. Παρατηρήσαµε επίσης ότι η διαφορά στην ανάκτηση AOD από τον IRS έναντι στο AOD ανακτηµένο από τον MODIS ήταν της τάξης του ±20%. Τελικά σηµειώσαµε ότι οι τιµές AOD ανακτηµένες απο τον IRS ή τον MODIS διέφεραν από τις µετρήσειςτου AOD κατά 50%. Αυτό µειώνεται σε 20% και 40% για τον IRS και τον MODIS, αντίστοιχα, όταν το σχετικό AOD διορθώνεται ώστε να προσεγγίσει τις απόλυτες τιµές βάσει προϊόντων MODIS AOD για τις αντίστοιχες εικόνες αναφοράς. Συµπερασµατικά, η Φάση 1, ολοκληρώθηκε επιτυχώς µε την ανάπτυξη της βάσης δεδοµένων που περιλαµβάνει τις µετρήσεις των ατµοσφαιρικών ρύπων που ελήφθησαν από επίγειες και δορυφορικές µετρήσεις πεδίου στο πλαίσιο ειδικών campaigns (case studies). ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 22

Φάση 2: Ανάπτυξη ειδικού αλγόριθµου (λογισµικού) για την ταυτόχρονη επεξεργασία των δεδοµένων lidar και απεικόνιση των λαµβανόµενων αποτελεσµάτων (συγκέντρωση όζοντος και οπτικές ιδιότητες αιωρούµενων σωµατιδίων) σε πραγµατικό χρόνο Περίληψη Κατά τη διάρκεια της Φάσης 2 αναπτύχθηκε ένα εξειδικευµένο λογισµικό για την ταυτόχρονη καταγραφή και επεξεργασία των δεδοµένων lidar, καθώς και την απεικόνιση των λαµβανόµενων αποτελεσµάτων (συγκέντρωση όζοντος και οπτικές ιδιότητες αιωρούµενων σωµατιδίων) σε πραγµατικό χρόνο. Ο κώδικας αυτός βασίσθηκε στο λογισµικό LabView µε χρήση των κατάλληλων Graphical Unit Interface (GUI) modules. Ο κώδικας είναι ικανός να καταγράφει, ταυτόχρονα, έως και 6 διαφορετικά σήµατα lidar, τόσο αναλογικά σήµατα, όσο και εκείνα της καταγραφής φωτονίων. Επίσης, υπάρχει και η δυνατότητα παρουσίασης της χρονικής µεταβολής διαφόρων παραµέτρων των αερολυµάτων, όπως είναι οι συντελεστές οπισθοσκέδασης, εξασθένησης, όπωε και του ατµοσφαιρικού όζοντος. Αναλυτική Περιγραφή Κατά τη διάρκεια του 2 ου Σταδίου του ερευνητικού έργου αναπτύχθηκε ένα εξειδικευµένο λογισµικό για την ταυτόχρονη καταγραφή και επεξεργασία των δεδοµένων lidar, καθώς και την απεικόνιση των λαµβανόµενων αποτελεσµάτων (συγκέντρωση όζοντος και οπτικές ιδιότητες αιωρούµενων σωµατιδίων) σε πραγµατικό χρόνο. Ο κώδικας αυτός βασίσθηκε στο λογισµικό LabView µε χρήση των κατάλληλων Graphical Unit Interface (GUI) modules. Ειδικότερα, ο κώδικας αυτός είναι ικανός να καταγράφει (κώδικας καταγραφής), ταυτόχρονα, έως και 6 διαφορετικά σήµατα lidar, τόσο αναλογικά σήµατα, όσο και εκείνα της καταγραφής φωτονίων. Το επόµενο στάδιο είναι η επεξεργασία των σηµάτων (κώδικας επεξεργασίας) για την ανάκτηση της κατακόρυφης κατανοµής των αερολυµάτων ή του όζοντος. Επίσης, υπάρχει και η δυνατότητα παρουσίασης (κώδικας απεικόνισης) της χρονικής µεταβολής διαφόρων παραµέτρων των αερολυµάτων, όπως είναι οι συντελεστές οπισθοσκέδασης, εξασθένησης, όπως και του ατµοσφαιρικού όζοντος 1) Κώδικας λογισµικού για την λήψη σηµάτων lidar Ο κώδικας λογσµικού που αναπτύχθηκε είναι ικανός να καταγράφει, ταυτόχρονα, έως και 6 διαφορετικά σήµατα lidar, τόσο αναλογικά σήµατα, όσο και εκείνα της καταγραφής φωτονίων. Ο κώδικας ξεκινά µε την οθόνη που παρουσιάζεται στην Εικόνα 12, όπου η παρουσιάζεται η επιλογή για τον χρήστη της «Ευθυγράµµισης» Alignment (Coarse or Fine) της δέσµης laser ή η επιλογή της «Λήψης εδοµένων» (Data Acquisition). ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 23

Εικόνα 12. Το πρώτο παράθυρο (επιλογή) του λογισµικού λήψης (Acquisition Software). Μόλις επιλεγεί η επιλογή «Λήψη εδοµένων» Data Acquisition, εµφανίζεται το επόµενο παράθυρο (Εικόνα 2.2), όπου ο χρήστης καλείται να επιλέξει το επιθυµητό µήκος κύµατος του σήµατος που θέλει να απεικονίσει κατά την λήψη των δεδοµένων. Στην Εικόνα 13 έχει επιλεχθεί η επιλογή 532 nm Analogue Mode (κόκκινος κύκλος). Εικόνα 13. Η παραθυρική επιλογή του µήκους κύµατος κατά την «Λήψη εδοµένων» στον κώδικα λογισµικού για την καταγραφή των δεδοµένων lidar (Acquisition Software). Ακολούθως, ο χρήστης πιέχει το κουµπί Start και ξεκινά, αυτόµατα, η καταγραφή των σηµάτων lidar στα 6 διαφορετικά µήκη κύµατος. Η καταγραφή των σηµάτων σταµατά µόλις ολοκληρωθεί ο χρονικός κύκλος που έχει επιλέξει ο χρήστης (π.χ. από 6 λεπτά της ώρας έως µερικές ώρες). Ακολούθως, ο χρήστης µπορεί να επιλέξει να επεξεργασθεί τα δεδοµένα πουέχει καταγράψει µε τη βοήθεια του κώδικα επεξεργασίας, που παρουσιάζεται αναλυτικά στην επόµενη παράγραφο. 2) Κώδικας λογισµικού για την ανάλυση των σηµάτων lidar Ο κώδικας αυτός ξεκινά µε την παρουσίαση µιας βάσης δεδοµένων που περιέχει όλες τις διαθέσιµες µετρήσεις lidar. Όταν το κουµπί Preview (επάνω αριστερά) είναι ενεργό (πράσινο ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 24

κουµπί) εµφανίζονται - µε την µορή πίνακα - όλες οι διαθέσιµες µετρήσεις lidar µε την µορφή βάσης δεδοµένων. Στο παράδειγµα που παρουσιάζεται στην Εικόνα 14, εµφανίζεται το σήµα lidar που έχει καταγραφεί στα 532 nm (καταµέτρηση φωτονίων) από τα 0 έως τα 10 km ύψος. Κατά παρόµοιο τρόπο παροσυιάζονται όλα τα διαθέσιµα σήµατα lidar και στα 6 διαφορετικά µήκη κύµατος. Επιπλέον, παρουσιάζεται (επάνω δεξιά) και ο αριθµός των αρχείων που έχουν καταγραφεί (# File) κατά την ηµέρα της µέτρησης που έχει επιλεγεί. Αντίστοιχα, εµφανίζονται η χρονική στιγµή έναρξης και λήξης της µέτρησης, και παράλληλα και η συνολική διάρκεια των µετρήσεων lidar κατά την ηµέρα της µέτρησης. Εικόνα 14. Τυπικό παράδειγµα σήµατος lidar που καταγράφηκε στα 532 nm (καταµέτρηση φωτονίων) στις 25/01/2007. Το επόµενο βήµα στο λογισµικό Analysis είναι η επεξεργασία καθενός σήµατος lidar, ξεχωριστά (τώρα το κουµπί Worksheet έχει ενεργοποιηθεί). Στην Εικόνα 15 παρουσιάζεται (επάνω µέρος) το σήµα lidar που έχει καταγραφεί και έχει φιλτραρισθεί (µε την εφαρµογή ψηφιακού φίλτρου) στα 355 nm. Αντίστοιχα, στο κάτω µέρος της ίδιας Εικόνας, παρουσιάζεται το αντίστοιχο σήµα που καταγράφθηκε στα 355 nm (κανάλι σκέδασης Raman από το ατµοσφαιρικό Ν 2 ). Παρατηρούµε ότι το σήµα στα 355 nm signal έχει αρκετά µεγάλο λόγο σήµατος προς θόρυβο (signal-to-noise ratio SNR) έως το ύψος των 10-12 km, ενώ το σήµα στα 387 nm παραµένει αρκετά αξιόπιστο έως το ύψος των 5-6 km. ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 25

Εικόνα 15. Τυπικό παράδειγµα επεξεργασµένου σήµατος lidar που καταγράφηκε στα 355 nm (επάνω µέρος) και στα 387 nm (κάτω µέρος). Το επόµενο βήµα περιλαµβάνει την επεξεργασία διαφόρων σηµάτων lidar και την ανάκτηση της κατακόρυφης κατανοµής των οπτικών ιδιοτήτων των αερολυµάτων (π.χ. συντελεστής εξασθένησης και οπισθοσκέδασης, λόγος lidar, κ.λπ.), µε τη χρήση διαφόρωνψηφιακών φίλτρων στα διάφορα στάδια επεξεργασίας του σήµατος. Ένα τυπικό παράδειγµα αναφορικά µε την ανάκτηση της κατακόρυφης κατανοµής του συντελεστή οπισθοσκέδασης στα 355 nm µε χρήση της τεχνικής Raman παρουσιάζεται στην Εικόνα 16. ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 26

Εικόνα 16. Τυπικό παράδειγµα ανάκτησης της κατακόρυφης κατανοµής του συντελεστή οπισθοσκέδασης στα 355 nm µε χρήση της τεχνικής Raman. Στην Εικόνα 17 παρουσιάζουµε, αντίστοιχα, ένα τυπικό παράδειγµα ανάκτησης της κατακόρυφης κατανοµής της συγκέντρωσης του όζοντος, µεταξύ 650 m και 4000 m στο Λεκανοπέδιο Αθηνών, όπου καταγράφηκαν τιµές της συγκέντρωσης του όζοντος από 30 έως 55 ppbv, µε χρήση ενός συστήµατος διαφορικής απορρόφησης lidar (σύστηµα DIAL). 3) Κώδικας λογισµικού για την χωροχρονική παρουσίαση της κατακόρυφης κατανοµής των αερολυµάτων και του όζοντος Στον κώδικα που αναπτύχθηκε είναι εφικτή, επίσης, και η χωροχρονική παρουσίαση της µεταβολής της κατακόρυφης κατανοµής των αερολυµάτων και του όζοντος στο Λεκανοπέδιο Αθηνών. Σαν παράδειγµα, στην Εικόνα 18, παρουσιάζεται η χωροχρονική µεταβολή της κατακόρυφης κατανοµής του συντελεστή οπισθοσκέδασης (σε m -1 sr -1 ) των αερολυµάτων στα 532 nm στο Λεκανοπέδιο Αθηνών στις 26/1/2007, από τις 00:40 έως τις 03:14 UTC. ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 27

Εικόνα 17. Ανάκτηση της κατακόρυφης κατανοµής της συγκέντρωσης του όζοντος, µεταξύ 650 m και 4000 m στο Λεκανοπέδιο Αθηνών, µε χρήση ενός συστήµατος διαφορικής απορρόφησης lidar (σύστηµα DIAL). Εικόνα 18. Xωροχρονική µεταβολή της κατακόρυφης κατανοµής του συντελεστή οπισθοσκέδασης (σε m -1 sr -1 ) των αερολυµάτων στα 532 nm στο Λεκανοπέδιο Αθηνών στις 26/1/2007, από τις 00:40 έως τις 03:14 UTC. Ο χρήστης µπορεί να επιλέξει το µήκος κύµατος του σήµατος lidar που επιθυµεί να απεικονίσει, καθώς και την χρονική περίοδο της µέτρησης, µέσω ενός φιλικού περιβάλλοντος πολλαπλών επιλογών. ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 28

Συµπεράσµατα Σύµφωνα µε τα όσα περιγράφθηκαν προηγουµένως, η Φάση 2, που αφορά την ανάπτυξη του λογισµικού για την ταυτόχρονη καταγραφή (έως 6 διαφορετικά µήκη κύµατος) και επεξεργασία των δεδοµένων lidar, καθώς και την απεικόνιση των λαµβανόµενων αποτελεσµάτων (συγκέντρωση όζοντος και οπτικές ιδιότητες αιωρούµενων σωµατιδίων) σε πραγµατικό χρόνο, έχει πλήρως ολοκληρωθεί. Έτσι, ο κώδικας αυτός θα είναι ικανός να παράσχει δεδοµένα (σε µορφή ascii) αναφορικά µε την κατακόρυφη κατανοµή των αερολυµάτων και του όζοντος στο Λεκανοπέδιο Αθηνών, τα οποία θα µπορούσαν να συγκριθούν µε εκείνα της πρόγνωσης που θα προκύπτουν από την εφαρµογή των φωτοχηµικών µοντέλων (για επιλεγµένες περιπτώσεις ηµερών case studies) που θα εγκατασταθούν στο επόµενο χρονικό Στάδιο στο πλαίσιο του παρόντος ερευνητικού έργου. Φάση 3: Αξιολόγηση φωτοχηµικών προγνωστικών µοντέλων για τα αιωρούµενα σωµατίδια και το όζον µε πεδίο εφαρµογής το Λεκανοπέδιο Αθηνών Περίληψη Στο πλαίσιο της Φάσης 3 του έργου πραγµατοποιήθηκε, αρχικά, η εγκατάσταση του υπολογιστικού συστήµατος που αποτελείται από το µετεωρολογικό µοντέλο µέσης κλίµακας ΜΜ5 και το φωτοχηµικό µοντέλο περιφερειακής κλίµακας CAMx. Το υπολογιστικό σύστηµα αυτό χρησιµοποιείται για την εκτίµηση των µέσων ωριαίων συγκεντρώσεων αέριων και σωµατιδιακών ρύπων και για τη µελέτη της ποιότητας του αέρα στην Ευρύτερη Περιοχή της Αθήνας (ΕΠΑ), η οποία συνδέεται µε την υγεία των κατοίκων του Λεκανοπεδίου. Προκειµένου η εφαρµογή του CAMx να είναι δυνατή, έγινε υπολογισµός των πεδίων των κυριότερων ανθρωπογενών εκποµπών ρύπων (CO, NOx, SO 2, NH 3, PM 10 και ΝMVOCs) στην ΕΠΑ, ενώ παράλληλα χρησιµοποιήθηκε ένα µοντέλο υπολογισµού των βιογενών ΝMVOCs εκποµπών. Ακολούθως, πραγµατοποιήθηκε η εφαρµογή και η αξιολόγηση (πιστοποίηση) της επίδοσης του συστήµατος των µοντέλων ΜΜ5-CAMx στην Ευρύτερη Περιοχή της Αθήνας (ΕΠΑ). Η αξιολόγηση αφορούσε στο όζον και στα αιωρούµενα σωµατίδια (ΡΜ 10 ) και περιελάµβανε τη σύγκριση των αποτελεσµάτων του φωτοχηµικού µοντέλου CAMx µε µετρήσεις που προήλθαν από το δίκτυο µέτρησης της ατµοσφαιρικής ρύπανσης της περιοχής Αθηνών που λειτουργεί υπό την ευθύνη του ΥΠΕΧΩ Ε. Αναλυτική Περιγραφή Ενότητα 1: Εγκατάσταση του συστήµατος µοντέλων ΜΜ5-CAMx και ορισµός των περιοχών εφαρµογής του συστήµατος Το υπολογιστικό σύστηµα που χρησιµοποιήθηκε για τη µελέτη της ποιότητας της ατµόσφαιρας στην ΕΠΑ στο πλαίσιο του παρόντος ερευνητικού έργου αποτελείται από τα παρακάτω αριθµητικά µοντέλα: ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 29

το αριθµητικό µοντέλο πρόγνωσης και ανάλυσης καιρού PSU/NCAR mesoscale model ΜΜ5 (version 3.7) (Grell et al., 1994), µοντέλο περιορισµένης περιοχής, µη υδροστατικό, του οποίου η κατακόρυφη δοµή βασίζεται σε επίπεδα σ που ακολουθούν την τοπογραφία και το οποίο έχει σχεδιαστεί για την προσοµοίωση και πρόγνωση της µέσης και περιφερειακής κλίµακας ατµοσφαιρικής κυκλοφορίας, και, τέλος, το φωτοχηµικό µοντέλο Comprehensive Air quality Model with extensions (CAMx version 4.40) (ENVIRON, 2006), το οποίο είναι ένα τρισδιάστατο φωτοχηµικό µοντέλο κυψελίδων τύπου Euler, που υπολογίζει τις συγκεντρώσεις των αερίων και σωµατιδιακών ρύπων, προσοµοιώνοντας εκείνες τις φυσικές και χηµικές διεργασίες της ατµόσφαιρας, που επηρεάζουν τις συγκεντρώσεις των ατµοσφαιρικών ρύπων σε αστική και περιφερειακή κλίµακα. Το διάγραµµα ροής του συστήµατος φαίνεται στην Εικόνα 19. Flow Chart of the MM5-CAMx Modeling System Topography, Land Use Initial and Boundary Conditions based on NCEP FNL Data Land Use Database Emission Potentials and Foliar Biomass Densities Database MM5 Mesoscale Meteorological Model Biogenic NMVOCs Model Biogenic NMVOCs Emissions MM5 to CAMx Meteorological Data + Anthropogenic Emissions CAMx Photochemical Air Quality Model Pollutants Concentrations Emission Data Chemical Initial and Boundary Conditions Chemical Parameters, Photolysis Rates, Albedo, O3 column, Haze Εικόνα 19. ιάγραµµα ροής του υπολογιστικού συστήµατος ΜΜ5-CAMx. Το µοντέλο ΜΜ5 εφαρµόζεται για τρία πλέγµατα (Εικόνα 20) σε προβολή Lambert Conic Conformal. Το πρώτο πλέγµα (60x 60 κυψελίδες) καλύπτει ένα τµήµα των Βαλκανίων, έχει χωρική ανάλυση 30 km και χρησιµοποιείται κυρίως για την αρχική παρεµβολή σ αυτό των µετεωρολογικών δεδοµένων εισόδου που έχουν χωρική ανάλυση 100 km. Το δεύτερο πλέγµα (120 X 120 κυψελίδες) έχει υψηλότερη χωρική ανάλυση (10 km) και καλύπτει όλη την Ελλάδα. Το τρίτο πλέγµα (110 X 110 κυψελίδες) εστιάζει στην ΕΠΑ και έχει χωρική ανάλυση ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 30

2 km. Όλα τα πλέγµατα έχουν κατακόρυφη δοµή αποτελούµενη από 33 επίπεδα σ και εκτείνονται µέχρι τα 100 mbar περίπου. Εικόνα 20. Περιοχές εφαρµογής του µοντέλου ΜΜ5. Το µοντέλο CAMx εφαρµόζεται για δύο επάλληλα πλέγµατα (Εικόνα 21), που έχουν την ίδια προβολή και χωρική ανάλυση µε τα αντίστοιχα του ΜΜ5. Το πλέγµα που καλύπτει την Ελλάδα αποτελείται από 98 x 108 κυψελίδες, ενώ αυτό της Αθήνας από 62 x 62 κυψελίδες. Κατακορύφως, τα πλέγµατα εκτείνονται έως τα 6.5 km από τη µέση στάθµη της θάλασσας (ΜΣΘ) και αποτελούνται από 15 στρώµατα που έχουν υψηλότερη ανάλυση κοντά στο έδαφος. Το ύψος του πρώτου στρώµατος είναι 20 m περίπου. Ενότητα 2: Υπολογισµός δεδοµένων εισόδου ηµιουργία αρχείων εισόδου του συστήµατος µοντέλων ΜΜ5-CAMx Για την εφαρµογή του µοντέλου ΜΜ5 και τον υπολογισµό των µετεωρολογικών πεδίων, που αποτελούν δεδοµένα εισόδου του φωτοχηµικού µοντέλου µας, αναπτύσσονται αρχικές και οριακές συνθήκες που βασίζονται στα δεδοµένα ανάλυσης του National Center for Environmental Protection (NCEP Global Tropospheric Analyses archive - http://dss.ucar.edu/datasets/ds083.2/data/). Τα δεδοµένα αυτά έχουν χωρική ανάλυση 1 ο και µε εφαρµογή κατάλληλης µεθόδου παρεµβάλλονται στα πλεγµατικά σηµεία του πρώτου πλέγµατος. Τα πλέγµατα 1 και 2 είναι επάλληλα και γι αυτά το ΜΜ5 εφαρµόζεται χρησιµοποιώντας την επιλογή της αλληλεπίδρασης διπλής κατεύθυνσης (2-way nest simulations). Στη συνέχεια το µοντέλο ΜΜ5 εφαρµόζεται για το τρίτο πλέγµα χρησιµοποιώντας αρχικές και οριακές συνθήκες από το πλέγµα της Ελλάδας (πλέγµα 2). Σε όλες τις προσοµοιώσεις που πραγµατοποιούνται, χρησιµοποιείται ένα µοντέλο πέντε (5) επιπέδων για την παραµετροποίηση των φυσικών διεργασιών κοντά και µέσα στο έδαφος, ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 31

ενώ η παραµετροποίηση του ατµοσφαιρικού οριακού στρώµατος έγινε µε χρήση του µοντέλου MRF (Hong and Pan, 1996). Εικόνα 21. Περιοχές εφαρµογής του µοντέλου CAMx. Οι οριακές συνθήκες που χρησιµοποιούνται κατά την εφαρµογή του µοντέλου CAMx αντιπροσωπεύουν συνθήκες καθαρής ατµόσφαιρας. Η περίοδος τριών ηµερών θεωρείται ως χρόνος αρχικοποίησης του µοντέλου. Οι ρυθµοί φωτόλυσης υπολογίζονται µε εφαρµογή του µοντέλου διάδοσης της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατµόσφαιρα TUV (Madronich, 1993) ενώ ο χηµικός µηχανισµός που χρησιµοποιείται για την περιγραφή των χηµικών αντιδράσεων που λαµβάνουν χώρα στην ατµόσφαιρα είναι ο Carbon Bond Mechanism (CB-IV). Σηµαντικά δεδοµένα εισόδου του φωτοχηµικού µοντέλου αποτελούν οι ανθρωπογενείς και βιογενείς εκποµπές ο υπολογισµός των οποίων περιγράφεται παρακάτω. Βιογενείς NMVOCs εκποµπές Οι βιογενείς πτητικές οργανικές ενώσεις εκτός µεθανίου (BΝΜVOCs) διαδραµατίζουν σηµαντικό ρόλο στη χηµεία της ατµόσφαιρας καθώς αποτελούν κινητήριο µοχλό του φωτοχηµικού κύκλου (Atkinson, 2000) και επιδρούν στο σχηµατισµό αιωρούµενων σωµατιδίων (Fuentes et al., 2001). Οι εκποµπές των ενώσεων αυτών θα πρέπει συνεπώς να λαµβάνονται υπόψη στις προσοµοιώσεις µε φωτοχηµικά µοντέλα διασποράς. Οι βιογενείς εκποµπές µπορούν γενικά να κατηγοριοποιηθούν σε εκποµπές: α) ισοπρενίου (C 5 H 8 ), β) µονοτερπενίων (C 10 H x ) και γ) λοιπών πτητικών οργανικών ενώσεων (C x H y O z ). Σε ωριαία βάση, η εκποµπή των ενώσεων αυτών µπορεί να υπολογιστεί από την παρακάτω σχέση (Guenther et al., 1993): 2 E( µgrc / m h ) = ε D γ (1) ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 32

όπου ε (µgr-c/ gr h) είναι ο συντελεστής εκποµπής για κάθε χηµική ένωση, D (gr/ m 2 ) η πυκνότητα βιοµάζας του φυλλώµατος και γ ένας αδιάστατος διορθωτικός συντελεστής, ο οποίος χρησιµοποιείται για την περιγραφή των βραχυπρόθεσµων επιδράσεων της θερµοκρασίας και της ακτινοβολίας στις εκποµπές. Σύµφωνα µε τους Guenther et al., 1993, ο διορθωτικός αυτός συντελεστής για το ισοπρένιο, µπορεί να υπολογιστεί από το γινόµενο δύο παραµέτρων, µίας εξαρτώµενης από τη θερµοκρασία (C T ) και µίας εξαρτώµενης από την ακτινοβολία (C L ). Σε ό,τι αφορά τις εκποµπές των µονοτερπενίων και των λοιπών πτητικών οργανικών ενώσεων, ο παράγοντας γ υπολογίζεται µε βάση µία εµπειρική σχέση ως συνάρτηση της θερµοκρασίας. Εξαίρεση στον παραπάνω κανόνα, αποτελούν ορισµένα είδη βλάστησης για τα οποία έχει αποδειχθεί ότι η εκποµπή των µονοτερπενίων µπορεί να περιγραφεί ικανοποιητικά υιοθετώντας τον αλγόριθµο της εκποµπής ισοπρενίου. Στα πλαίσια του παρόντος ερευνητικού έργου οι εκποµπές των BΝΜVOCs υπολογίσθηκαν από την εφαρµογή ενός µοντέλου βιογενών εκποµπών το οποίο έχει ενσωµατωθεί στο υπολογιστικό σύστηµα των µοντέλων ΜΜ5-CAMx (Εικόνα 19). Το µοντέλο υπολογίζει τις εκποµπές των BΝΜVOCs χρησιµοποιώντας: εδοµένα χρήσης γης (δάση, χαµηλή βλάστηση, καλλιέργειες) που προέρχονται από τη βάση δορυφορικών δεδοµένων GLCC (Global Land Cover Characteristics) της Αµερικανικής Γεωλογικής Υπηρεσίας (http://edcsns17.cr.usgs.gov/glcc/) και έχουν χωρική ανάλυση 1 km, Τιµές πυκνότητας φυλλώδους βιοµάζας και συντελεστών εκποµπής ανά κατηγορία χρήσεων γης της GLCC βάσης δεδοµένων (Symeonidis et al., 2008), Μετεωρολογικά δεδοµένα (θερµοκρασία και φωτοσυνθετικά ενεργός ακτινοβολία) από το αριθµητικό µετεωρολογικό µοντέλο ΜΜ5. Οι βιογενείς εκποµπές υπολογίζονται σε ωριαία βάση και έχουν την χωρική ανάλυση των περιοχών εφαρµογής του φωτοχηµικού µοντέλου CAMx. Στην Εικόνα 22 παρουσιάζονται ενδεικτικά χάρτες των ωριαίων εκποµπών των BΝΜVOCs για την περιοχή της Αθήνας από την εφαρµογή του µοντέλου των βιογενών εκποµπών. ΓΕΝΙΚΗ ΓΡΑΜΜΑΤΕΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ 33