ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ Λεωφ. Αθηνών - Πεδίον Αρεως, 383 34 ΒΟΛΟΣ Τηλ.24210 74097, 74053 FAX 74096, Email: stam@uth.gr ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ: ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ & ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ Διευθυντής: Καθηγητής Α.Μ. Σταματέλλος Έλεγχος της επίδρασης των παραγόντων: «ώρα της ημέρας», «μήνας», «θερμοκρασία αέρα», «διεύθυνση και ταχύτητα ανέμου» και «σχετική υγρασία» στις εκπομπές PM10. ΤΕΧΝΙΚΗ ΕΚΘΕΣΗ Αρ. Εργασίας LTTE#05/2006 Επιμέλεια: Ολυμπία Ζώγου, Διπλ. Μηχανολόγος Μηχανικός ΒΟΛΟΣ, IΟΥΛΙΟΣ 2006
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 3 2 ΩΡΙΑΙΕΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΣ ΡΜ10... 5 3 EΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΤΟΥ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑ ΩΡΑ ΤΗΣ ΗΜΕΡΑΣ, ΜΗΝΑΣ, ΥΓΡΑΣΙΑΣ, ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ, ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΚAI ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΤΟΥ ΑΝΕΜΟΥ.... 7 3.1 Ελεγχος της επίδρασης του παράγοντα ώρα της ημέρας (ΑNOVA 1 Parameter)... 8 3.2 Ε λεγχος της επίδρασης του παράγοντα μήνα (ΑNOVA 1 Parameter)... 10 3.3 Ε λεγχος της επίδρασης του παράγοντα θερμοκρασία περιβαλλοντος (ΑNOVA 1 Parameter)12 3.4 Ε λεγχος της επίδρασης του παράγοντα σχετική υγρασία (ΑNOVA 1Parameter)... 14 3.5 Ε λεγχος της επίδρασης του παράγοντα διεύθυνση του ανέμου (ΑNOVA 1Parameter)... 16 3.6 Ε λεγχος της επίδρασης του παράγοντα ταχύτητα του ανέμου (ΑNOVA 1 Parameter)... 18 4 ΣΥΝΟΛΙΚH ΠΑΡΟΥΣIΑΣΗ ΤΩΝ ΠΑΡΑΓOΝΤΩΝ... 20 5 EΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΠΟΛΛΩΝ ΠΑΡΑΓΟΝΤΩΝ ΣΤΗΝ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΡΜ10... 21 6 ΣΥΜΠΕΡAΣΜΑΤΑ... 24 7 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦIΑ... 25 Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 2
1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ατμοσφαιρική ρύπανση βλάπτει το περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία. Η ανάγκη για καθαρότερο αέρα έχει αναγνωρισθεί εδώ και αρκετές δεκαετίες, με ανάληψη δράσεων σε επίπεδο μεμονωμένων κρατών καθώς και της ΕΕ, όπως και με ενεργό συμμετοχή σε διεθνείς συμβάσεις. Οι δράσεις της ΕΕ έχουν επικεντρωθεί στον καθορισμό προτύπων για τον έλεγχο της ποιότητας του περιβάλλοντος αέρα, στην αντιμετώπιση των προβλημάτων της όξινης βροχής, του στρατοσφαιρικού όζοντος, φαινόμενου του θερμοκηπίου κ.λ.π. Παρότι έχουν εκδοθεί αρκετές ευρωπαϊκές οδηγίες ήδη από το 1996, η ατμοσφαιρική ρύπανση εξακολουθεί να παραμένει σε ανησυχητικά υψηλά επίπεδα με σοβαρές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία. Με αυτά τα δεδομένα, γίνονται προσπάθειες με σκοπό την επίτευξη «επιπέδων ποιότητας του αέρα που δεν θα έχουν ουσιαστικές αρνητικές επιπτώσεις και κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον». Ειδικότερα έκθεση σε σωματιδιακούς ρύπους μπορεί να οδηγήσει σε επιπτώσεις που κυμαίνονται από ελαφρές προσβολές του αναπνευστικού συστήματος έως πρόωρο θάνατο. Τα σωματίδια είναι δυνατόν να εκπέμπονται άμεσα στον αέρα (τα λεγόμενα «πρωτογενή σωματίδια») ή να σχηματίζονται στην ατμόσφαιρα ως «δευτερογενή σωματίδια» από αέρια όπως το διοξείδιο του θείου (SO2), τα οξείδια του αζώτου και η αμμωνία (NH3). Όσον αφορά τις επιπτώσεις στην υγεία, σήμερα στην ΕΕ παρατηρείται μείωση του στατιστικώς προσδοκώμενου χρόνου ζωής κατά περισσότερο από 8 μήνες, εξαιτίας των ΡΜ2,5 στην ατμόσφαιρα, το οποίο ισοδυναμεί με απώλεια 2,5 εκατομμυρίων ετών ζωής ετησίως ή 272.000 πρόωρους θανάτους. Τα παιδιά, οι ηλικιωμένοι, όπως και τα άτομα που υποφέρουν από άσθμα και καρδιοαγγειακές παθήσεις, είναι ιδιαίτερα ευάλωτα. Από οικονομική σκοπιά, η βλάβη της ανθρώπινης υγείας και μόνον υπολογίζεται σε 189 609 δισεκατ. ευρώ ετησίως το 2020. Ενόψει αυτού του κόστους, δεν υπάρχει άλλη επιλογή από τη λήψη μέτρων [1]. Στην επιλεγείσα στρατηγική της ΕΕ καθορίζονται υγειονομικοί και περιβαλλοντικοί στόχοι και στόχοι μείωσης των εκπομπών για τους κυριότερους ρύπους [2]. Οι στόχοι αυτοί θα επιτευχθούν σταδιακά. Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 3
Οι εκπομπές SO 2 θα χρειασθεί να ελαττωθούν κατά 82%, οι εκπομπές NOx κατά 60%, οι εκπομπές ΠΟΕ (Πτητικών Οργανικών Ενώσεων) κατά 51%, αμμωνίας κατά 27% και πρωτογενών ΑΣ 2,5 κατά 59%, σε σχέση με τις εκπομπές του 2000. Με τις μειώσεις αυτές, υπολογίζεται ότι θα σωθούν 1,71 εκατομ. έτη ζωής από την έκθεση σε σωματίδια και θα περιορισθεί η οξεία θνησιμότητα από την έκθεση στο όζον κατά 2.200 περιπτώσεις, σε σχέση με την κατάσταση του 2000. Θα περιορισθούν επίσης σημαντικά οι περιβαλλοντικές ζημίες στα δάση, τις λίμνες και τους ποταμούς, καθώς και στη βιοποικιλότητα, εξαιτίας της όξινης βροχής, και θα προστατευθούν καλύτερα τα οικοσυστήματα της Ευρώπης από τις ατμοσφαιρικές εισροές θρεπτικού αζώτου. Για τους παραπάνω λόγους τα κράτη μέλη παρακολουθούν την ποιότητα του αέρα σε περίπου 3.000 τοποθεσίες και κατά κανόνα διαβιβάζουν αυτές τις πληροφορίες στο κοινό και σε μία ειδική για το περιβάλλον Επιτροπή[3]. Η Επιτροπή, σε συνεργασία με τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Περιβάλλοντος, προτείνει στροφή προς ένα σύστημα ηλεκτρονικής υποβολής εκθέσεων, βασιζόμενο σε σύστημα ανταλλαγής πληροφοριών, με χρήση του πλαισίου INSPIRE για αναφορά χωρικών δεδομένων. Με την προσέγγιση αυτή, θα περιορισθεί η γραφειοκρατία, θα μειωθεί η υποβολή εκθέσεων συμμόρφωσης, θα εξομαλυνθεί η ροή πληροφοριών και θα βελτιωθεί η πρόσβαση του κοινού στις πληροφορίες. Στο νομό Μαγνησίας και ιδιαίτερα στο πολεοδομικό συγκρότημα του Βόλου υπάρχουν δύο αξιόπιστοι σταθμοί μέτρησης σωματιδίων ΡΜ10. Ο ένας εποπτεύεται από την Νομαρχία και ο άλλος από το Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας (ΤΜΜΒ). Ο πρώτος βρίσκεται στο κέντρο του Βόλου και ο δεύτερός στο Πεδίον του Άρεως. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας θα επεξεργαστούμε στοιχεία από 1/11/2004 έως 27/3/2006 που έχουν καταγραφεί από το σταθμό της Νομαρχίας στο κέντρο του Βόλου (1 ο Δημοτικό Σχολείο) και παραχωρήθηκαν ευγενώς στο Πανεπιστήμιο στα πλαίσια της συνεργασίας μεταξύ των φορέων (Νομαρχία Μαγνησίας, Δήμος Βόλου, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας) για το Παρατηρητήριο Περιβάλλοντος. Οι συγκεντρώσεις ΡΜ10 δίνονται ανά μία ώρα. Στόχος της εργασίας είναι να γίνει προσπάθεια να εντοπιστούν στατιστικά σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν τις μετρημένες συγκεντρώσεις ΡΜ10 στην ατμόσφαιρα του Βόλου με χρήση βασικών τεχνικών στατιστικής ανάλυσης [4]. Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 4
2 ΩΡΙΑΙΕΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΣ ΡΜ10 Για την καταγραφή των σωματιδίων χρησιμοποιήθηκε η συσκευή FH 622 R της εταιρείας ESM. Η αρχή λειτουργίας φαίνεται στο σχήμα 1 και ικανοποιεί το ΕΝ 12341 σύμφωνα με τις απαιτήσεις της ΕΕ. [2] Ατμοσφαιρικός αέρας με παροχή 2,3m 3 /h εισέρχεται στο ηλεκτρονικό μηχάνημα. Στα δύο φίλτρα Version1 και Version2 συγκρατούνται τα σωματίδια, ενώ στο σημείο 1 γίνεται έλεγχος διαρροών και στο σημείο 2 ελέγχεται η παροχή έτσι ώστε να παραμένει σταθερή. Σχήμα 1 Αρχή λειτουργίας του FH 622 R της ESM Στα σχήματα 2 και 3 φαίνονται οι καταγραφές που πραγματοποιήθηκαν από το σταθμό της Νομαρχίας το χρονικό διάστημα 1/11/2004 27/3/2006. Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 5
Ωριαίες καταγραφές PM10 400 350 300 PM10 250 mg/m3 200 150 100 50 0 0 336 672 1008 1344 1680 2016 2352 2688 3024 3360 3696 4032 4368 4704 Χρονική περίοδος 1/11/2004-22/5/2005 Σχήμα 2 Ωριαίες καταγραφές ΡΜ10 την χρονική περίοδο 1/11/2004 22/6/2005 400 Ωριαίες καταγραφές PM10 350 300 PM10 250 mg/m3 200 150 100 50 0 4782 5118 5454 5790 6126 6462 6798 7134 7470 7806 8142 8478 8814 9150 9486 Χρονική περίοδος 22/5/2005-27/3/2006 Σχήμα 3 Ωριαίες καταγραφές ΡΜ10 την χρονική περίοδο 22/6/2005 27/3/2006 Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 6
3 EΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΤΟΥ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑ ΩΡΑ ΤΗΣ ΗΜΕΡΑΣ, ΜΗΝΑΣ, ΥΓΡΑΣΙΑΣ, ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ, ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΚAI ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΤΟΥ ΑΝΕΜΟΥ. Εξαιτίας του μεγάλου αριθμού δεδομένων στην παρούσα εργασία θα εξετασθεί πώς επιδρά ο κάθε παράγοντας ανεξάρτητα στην παρουσία του ΡΜ10 (οι τιμές των άλλων παραγόντων είναι τυχαίες)[5]. Τα αρχικά δεδομένα επεξεργάστηκαν σε πρώτη φάση για να διαπιστωθεί κατά πόσο οι καταγεγραμμένες τιμές είναι μέσα σε λογικά όρια, δηλαδή δεν οφείλονται σε βλάβη του οργάνου μέτρησης. Τιμές που ξέφευγαν από τα παραπάνω όρια (π.χ. όταν το όργανο μέτρησης έχει βλάβη ή έχει διακοπεί η τροφοδοσία, οπότε δίνει τιμές της τάξης των 10000 mg/m 3 ) διαγράφηκαν και δεν χρησιμοποιήθηκαν στην στατιστική ανάλυση των δεδομένων [6]. Η επεξεργασία των δεδομένων έγινε με τη τεχνική της ανάλυσης της μεταβλητότητας (Analysis of Variance ANOVA) και χρησιμοποιήθηκε το στατιστικό πακέτο SPSS 13 [7, 8]. Για τις τετμημένες της κατανομής F χρησιμοποιήθηκαν οι πίνακες από το βιβλίο «Taguchi Techniques for Quality Engineering» του Phillip J. Ross. Για την επεξεργασία του παράγοντα «σχετική υγρασία» χωρίσαμε το συνολικό εύρος 0 100% της υγρασίας σε περιοχές των 10 εκατοστιαίων μονάδων. Αντίστοιχα για τον παράγοντα «θερμοκρασία» σε περιοχές των 5 βαθμών και για τον παράγοντα «ταχύτητα ανέμου» σε περιοχές ανά 1 m/s. Όσον αφορά τον παράγοντα «διεύθυνση του ανέμου», χωρίσαμε τον κύκλο σε 12 (δωδεκατημόρια) ίσα τόξα κατά την φορά κίνησης του ωρολογιού, αριθμημένα από 1 12. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα κυριότερα ευρήματα της μελέτης, όσον αφορά στην επίδραση των διαφόρων παραγόντων στις τιμές των σωματιδιακών εκπομπών. Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 7
3.1 EΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΤΟΥ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑ ΩΡΑ ΤΗΣ ΗΜΕΡΑΣ (ΑNOVA 1 PARAMETER) 100 90 80 95% CI PM10C 70 60 50 40 30 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 hhmm Σχήμα 4 παράγοντα ώρα της ημέρας. Διάγραμμα διασποράς του standard error της μέσης τιμής ως προς τα επίπεδα του Από το παραπάνω σχήμα φαίνεται ότι η μέση τιμή εξαρτάται από την ώρα της ημέρας και ότι η μεταβλητότητα των κλάσεων δείχνει να είναι της ίδιας τάξεως η οποία πιστοποιείται και από τον παρακάτω πίνακα, απαραίτητη προϋπόθεση για την ισχύ της μεθόδου ANOVA. Test of Homogeneity of Variances Levene Statistic df1 df2 Sig. 19.384 23 9725.000 Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 8
ANOVA Ώρα της ημέρας Άθροισμα τετραγώνων Βαθμοί ελευθερίας Μέσο τετράγωνο F F 0.99, 23, Παράγοντας(SS F ) 1955275.565 23 85011.981 30.217 2.32 Σφάλμα (SS E ) 27359698.686 9725 2813.337 Σύνολο (SS T ) 29314974.250 9748 Για F=30.217>2,32(99% confidence)[4] έχουμε σημαντική επίδραση του παράγοντα ώρα της ημέρας στην συγκέντρωση του ΡΜ10. Μεταξύ των ωρών 19:00 έως 22:00 (Σχήμα 4) εμφανίζεται αυξημένη μέση τιμή που στην προκειμένη φάση δεν μπορεί να προσδιοριστεί αν προέρχεται από εξωγενείς παράγοντες (κίνηση αυτοκινήτων, τοπική πηγή) ή από τις ιδιαίτερες κλιματολογικές συνθήκες της περιοχής καθώς και τις γεωγραφικές συνθήκες του χώρου εγκατάστασης του σταθμού μέτρησης. Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 9
3.2 ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΤΟΥ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑ ΜΗΝΑ (ΑNOVA 1 PARAMETER) 80 70 Mean +- 2 SE PM10C 60 50 40 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 Month Σχήμα 5 παράγοντα Μήνας. Διάγραμμα διασποράς του standard error της μέσης τιμής ως προς τα επίπεδα του Από το παραπάνω σχήμα φαίνεται ότι η μέση τιμή εξαρτάται από τον μήνα, από την άλλη η μεταβλητότητα των κλάσεων δείχνει να είναι της ίδιας τάξεως η οποία πιστοποιείται και από τον παρακάτω πίνακα, απαραίτητη προϋπόθεση για την ισχύ της μεθόδου ANOVA. Test of Homogeneity of Variances Levene Statistic df1 df2 Sig. 18.948 10 9738.000 Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 10
ANOVA Μήνας Άθροισμα τετραγώνων Βαθμοί ελευθερίας Μέσο τετράγωνο F F 0.99,10, Παράγοντας(SS F ) 1363479.488 10 136347.949 47.502 2.32 Σφάλμα (SS E ) 27951494.763 9738 2870.353 Σύνολο (SS T ) 29314974.250 9748 Η μεγάλη τιμή F=47.502>2,32 (99% confidence) [4] δείχνει και την ιδιαίτερα σημαντική επίδραση του παράγοντα μήνα στα σωματίδια. Οι αυξημένες συγκεντρώσεις σωματιδίων (σχήμα 5) κατά τους μήνες Ιανουάριο, Φεβρουάριο, Νοέμβριο και Δεκέμβριο, πιθανώτατα οφείλονται στην λειτουργία των λεβήτων κεντρικής θέρμανσης με καύσιμο πετρέλαιο (και ιδιαίτερα σε όσους έχουν χάσει τη ρύθμιση του καυστήρα τους λόγω έλλειψης συντήρησης). Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 11
3.3 EΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΤΟΥ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ (ΑNOVA 1 PARAMETER) 100 80 95% CI PM10C 60 40 20-5.00.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 Tair_1 Σχήμα 6 Διάγραμμα διασποράς του standard error της μέσης τιμής ως προς τα επίπεδα του παράγοντα Θερμοκρασία περιβάλλοντος. Test of Homogeneity of Variances Levene Statistic df1 df2 Sig. 12.486 7 9741.000 Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 12
ANOVA Θερμοκρασία του αέρα Άθροισμα τετραγώνων Βαθμοί ελευθερίας Μέσο τετράγωνο F F 0.99,7, Παράγοντας(SS F ) 808471.008 7 115495.858 39.466 2.64 Σφάλμα (SS E ) 28506503.242 9741 2926.445 Σύνολο (SS T ) 29314974.250 9748 Η μεγάλη τιμή F=39,466>2,64 (99% confidence) [4]δείχνει και την ιδιαίτερα σημαντική επίδραση του παράγοντα Θερμοκρασία αέρα στα σωματίδια. Η ερμηνεία της επίδρασης αυτής είναι πιό σύνθετη. Επι πλέον, θα πρέπει να σημειωθεί ότι η αύξηση δεν είναι μονότονη. Η επίδραση αυτή σχετίζεται πιθανώτατα και με την αύξηση της απόλυτης υγρασίας που συνοδεύει την αύξηση της θερμοκρασίας (βλ. Παρακάτω). Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 13
3.4 ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΤΟΥ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑ ΣΧΕΤΙΚΗ ΥΓΡΑΣΙΑ (ΑNOVA 1PARAMETER) 80 70 Mean +- 2 SE PM10C 60 50 40 30 20 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 RH_1 Σχήμα 7 Διάγραμμα διασποράς του standard error της μέσης τιμής ως προς τα επίπεδα του παράγοντα σχετικη υγρασία. Test of Homogeneity of Variances Levene Statistic df1 df2 Sig. 35.828 7 9741.000 Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 14
ANOVA Σχετική υγρασία Άθροισμα τετραγώνων Βαθμοί ελευθερίας Μέσο τετράγωνο F F 0.99, 7, Παράγοντας(SS F ) 1425459.128 7 203637.018 71.125 2.64 Σφάλμα (SS E ) 27889515.123 9741 2863.106 Σύνολο (SS T ) 29314974.250 9748 Η μεγάλη τιμή F=71,125>2,64 (99% confidence) [4] δείχνει και την ιδιαίτερα σημαντική επίδραση του παράγοντα σχετική υγρασία στα σωματίδια. Σε πρώτη φάση αυτό μπορεί να εξηγηθεί από τη συσσωμάτωση των σωματιδίων με τα μόρια του νερού. Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 15
3.5 EΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΤΟΥ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΤΟΥ ΑΝΕΜΟΥ (ΑNOVA 1PARAMETER) 80 70 95% CI PM10C 60 50 40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 WindDirection Σχήμα 8 Διάγραμμα διασποράς του standard error της μέσης τιμής ως προς τα επίπεδα του παράγοντα διεύθυνση του ανέμου. Test of Homogeneity of Variances Levene Statistic df1 df2 Sig. 7.101 11 9737.000 Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 16
ANOVA Διεύθυνση ανέμου Άθροισμα τετραγώνων Βαθμοί ελευθερίας Μέσο τετράγωνο F F 0.99, 11, Παράγοντας(SS F ) 150284.268 11 13662.206 4.561 2.3 Σφάλμα (SS E ) 29164689.983 9737 2995.244 Σύνολο (SS T ) 29314974.250 9748 Η τιμή F=4.561>2.32 (99% confidence) [4] δείχνει ασθενή οριακή επίδραση του παράγοντα διεύθυνση ανέμου στα σωματίδια. Όμως η ιδιαίτερα αυξημένη μέση τιμή στην κατεύθυνση 8 (195 ο 225 ο ) που φαίνεται και στο σχήμα 7 χρειάζεται παραπέρα έρευνα. Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 17
3.6 EΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΤΟΥ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΤΟΥ ΑΝΕΜΟΥ (ΑNOVA 1 PARAMETER) 80 Mean +- 2 SE PM10C 60 40 20.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 WindSpeed_1 Σχήμα 9 Διάγραμμα διασποράς του standard error της μέσης τιμής ως προς τα επίπεδα του παράγοντα ταχύτητα του ανέμου. Test of Homogeneity of Variances Levene Statistic df1 df2 Sig. 30.311 7 9741.000 Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 18
ANOVA Ταχύτητα του ανέμου Άθροισμα τετραγώνων Βαθμοί ελευθερίας Μέσο τετράγωνο F F 0.99, 7, Παράγοντας(SS F ) 1518632.079 7 216947.440 76.027 2.64 Σφάλμα (SS E ) 27796342.172 9741 2853.541 Σύνολο (SS T ) 29314974.250 9748 Η τιμή F=76,027>2,64 (99% confidence) [4] δείχνει ιδιαίτερα μεγάλη επίδραση του παράγοντα διεύθυνση ανέμου στα σωματίδια. Η ταχύτητα του ανέμου είναι ο σημαντικότερος παράγοντας επίδρασης στην συγκέντρωση των σωματιδίων ΡΜ10, η μέση τιμή της είναι ιδιαίτερα αυξημένη στην άπνοια και γενικά σε χαμηλές ταχύτητες. Ιδιαίτερα στην άπνοια έχουμε συχνά φαινόμενα θερμοκρασιακής αναστροφής στην περιοχή, σε ύψος της τάξης των 300 m πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, το οποίο επιδεινώνει το φαινόμενο της ρύπανσης. Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 19
4 ΣΥΝΟΛΙΚH ΠΑΡΟΥΣIΑΣΗ ΤΩΝ ΠΑΡΑΓOΝΤΩΝ Παράγοντας F Ταχύτητα του ανέμου 76.027 Σχετική υγρασία 71.125 Μήνας 47.502 Θερμοκρασία του αέρα 39.466 Ώρα της ημέρας 30.217 Διεύθυνση ανέμου 4.561 Πίνακας 1 Τιμές F κατά σειρά σημαντικότητας για κάθε παράγοντα επίδρασης των σωματιδίων ΡΜ10 Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 20
5 EΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΠΟΛΛΩΝ ΠΑΡΑΓΟΝΤΩΝ ΣΤΗΝ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΡΜ10 Στους παρακάτω πίνακες παρουσιάζονται οι ταυτόχρονες επιδράσεις δύο παραγόντων στα σωματίδια ΡΜ10. Από τους πίνακες αυτούς φαίνεται ότι μόνο ο συνδυασμός Ταχύτητα ανέμου * Θερμοκρασία του αέρα (F=2.76) και Θερμοκρασία του αέρα * Υγρασία (F=2.56) επιδρούν στην παρουσία των σωματιδίων διότι F.099, 10, =2.32 Ταχύτητητα ανέμου υγρασία Άθροισμα Βαθμοί Μέσο Πηγή μεταβλητότητας F τετραγώνων ελευθερίας τετράγωνο Ταχύτητητα ανέμου 756817.08 5 151363.42 48.46 υγρασία 127548.30 6 21258.05 6.81 Ταχύτητητα ανέμου * υγρασία 114417.08 25 4576.68 1.47 Σφάλμα 2782944.98 891 3123.40 Σύνολο 3781727.43 927 Ταχύτητητα ανέμου Μήνας Άθροισμα Βαθμοί Μέσο Πηγή μεταβλητότητας F τετραγώνων ελευθερίας τετράγωνο Ταχύτητητα ανέμου 756817.08 5 151363.42 47.16 Μήνας 81430.94 3 27143.65 8.46 Ταχύτητητα ανέμου * Μήνας 41921.15 15 2794.74 0.87 Σφάλμα 2901558.26 904 3209.69 Σύνολο 3781727.43 927 Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 21
Ταχύτητα ανέμου Διεύθυνση Πηγή μεταβλητότητας Άθροισμα Βαθμοί Μέσο τετραγώνων ελευθερίας τετράγωνο F Διεύθυνση 65859.95 7 9408.56 2.90 Ταχύτητα ανέμου 746790.38 5 149358.08 46.09 Διεύθυνση * Ταχύτητα ανέμου 75500.21 22 3431.83 1.06 Σφάλμα 2893576.89 893 3240.29 Σύνολο 3781727.43 927 Ώρα υγρασία Πηγή μεταβλητότητας Άθροισμα Βαθμοί Μέσο τετραγώνων ελευθερίας τετράγωνο F υγρασία 249229.90 6 41538.32 10.75 Ώρα 13965.92 3 4655.31 1.21 υγρασία * Ώρα 41613.86 18 2311.88 0.60 Σφάλμα 3476917.75 900 3863.24 Σύνολο 3781727.43 927 Ταχύτητητα ανέμου Θερμοκρασία αέρα Άθροισμα Βαθμοί Μέσο Πηγή μεταβλητότητας F τετραγώνων ελευθερίας τετράγωνο Ταχύτητητα ανέμου 756817.08 5 151363.42 49.31 Θερμοκρασία αέρα 112852.00 5 22570.40 7.35 Ταχύτητητα ανέμου * Θερμοκρασία αέρα 152345.86 18 8463.66 2.76>2.32 Σφάλμα 2759712.49 899 3069.76 Σύνολο 3781727.43 927 Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 22
Υγρασία θερμοκρασία αέρα Άθροισμα Βαθμοί Μέσο Πηγή μεταβλητότητας F τετραγώνων ελευθερίας τετράγωνο Υγρασία 249229.90 6 41538.32 11.45 θερμοκρασία αέρα 84681.17 5 16936.23 4.67 Υγρασία * θερμοκρασία αέρα 203962.98 22 9271.04 2.56>2.32 Σφάλμα 3243853.38 894 3628.47 Σύνολο 3781727.43 927 Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 23
6 ΣΥΜΠΕΡAΣΜΑΤΑ Από την παραπάνω στατιστική επεξεργασία των καταγραφών των σωματιδίων ΡΜ10 για την περίοδο 1/11/2004 27/3/2006 φαίνεται ότι διάφοροι παράγοντες επηρεάζουν την παρουσία των σωματιδίων ΡΜ10. Για την έκδοση ασφαλών όμως συμπερασμάτων απαιτούνται καταγραφές τουλάχιστον δύο συνεχόμενων ετών, ενώ θα χρειαζόταν ταυτοποίηση και καταγραφές τουλάχιστον και από έναν δεύτερο σταθμό μέτρησης για συγκριτική μελέτη, ενώ το ιδανικό θα ήταν να συσχετίζονται καταγραφές από 3 σταθμούς. Την περίοδο αυτή συλλέγονται παράλληλα δεδομένα και από τον σταθμό του ΠΘ τον οποίο λειτουργούμε σε συστηματική πλέον βάση στο κτίριο ΠΡΟΚΑΤ των Μηχανολόγων, από όπου και δημοσιεύουμε τακτικά σε μηνιαία δελτία τις μετρήσεις, ενώ δημοσιεύονται στην ιστοσελίδα του Τμήματος οι στιγμιαίες καταγραφές στη διάρκεια της ημέρας για ενημέρωση των δημοτών του Πολεοδομικού Συγκροτήματος Βόλου Ν. Ιωνίας. Όταν συλλέξουμε αρκετές καταγραφές ώστε να επεξεργαστούμε δεδομένα από τους δύο προαναφερθέντες σταθμούς μέτρησης θα μπορέσουμε να πιστοποιήσουμε με αυξημένη αξιοπιστία την πραγματική επίδραση των υπό μελέτη παραγόντων στις συγκεντρώσεις των σωματιδίων ΡΜ10, και επομένως να κατανοήσουμε καλύτερα τον τρόπο διασποράς των σωματιδίων στην ατμόσφαιρα. Μελλοντικά, εφόσον δημοσιοποιούνται παράλληλα τα στοιχεία από δύο τουλάχιστο σταθμούς, θα μπορούμε σε περιπτώσεις με αυξημένη ρύπανση να προβλέπουμε την κατεύθυνση που θα κινηθεί το νέφος των σωματιδίων, όπως και να εντοπίζουμε την περιοχή που ξεκινά το πρόβλημα της αυξημένη παρουσίας ΡΜ10. Εδώ θα πρέπει να τονιστεί ότι προϋπόθεση για όλες τις καταγραφές είναι η ταυτόχρονη καταγραφή μετεωρολογικών δεδομένων (τουλάχιστον θερμοκρασία αέρα, υγρασία της ατμόσφαιρας και διεύθυνση ταχύτητα του ανέμου). Επίσης μπορεί κάποιος να παρακολουθεί έχοντας online την συγκέντρωση των ΡΜ10 και τα στατιστικά στοιχεία της επίδρασης των διαφόρων παραγόντων, τι υπερβάσεις έχουμε με βάση την μέση τιμή της συγκέντρωσης για την περιοχή του παράγοντα που μας ενδιαφέρει (π.χ. στις 8 το πρωί η μέση αναμενόμενη τιμή συγκέντρωσης είναι της τάξεως των 60 mg/m 3. Καταγραφή μεγαλύτερη πάνω από κάποιο όριο (που θα πρέπει να προσδιοριστεί) είναι πιθανή ένδειξη ότι κάτι συμβαίνει που θα πρέπει οι κατάλληλες υπηρεσίες να ενημερωθούν. Ένα άλλο σημαντικό πεδίο μελλοντικής εφαρμογής, είναι η συσχέτιση μεταξύ των μετρήσεων PM10 δύο ή περισσότερων σταθμών με στόχο τη διάγνωση πιθανής βλάβης σε έναν από τους δύο σταθμούς (είναι γνωστό ακόμη και από δημοσιεύματα στον ημερήσιο τύπο ότι παρατηρούνται συχνές βλάβες σε Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 24
όργανα μέτρησης των σταθμών, που είναι καλό να γίνονται έγκαιρα αντιληπτές πολύ πριν δηλαδή γίνει οφθαλμοφανής η βλάβη). Αυτό που επίσης που πρέπει να διερευνηθεί διεξοδικά πριν την εφαρμογή της μεθόδου ΑΝΟVA είναι οι περιοχές (κλάσεις) στις οποίες θα χωρίσουμε με βέλτιστο τρόπο τον παράγοντα υγρασία, θερμοκρασία, ταχύτητα και την διεύθυνση του ανέμου. Αλλάζοντας των αριθμό των κλάσεων καθώς και τα όρια κατάτμησής τους, τα αποτελέσματα αλλάζουν σε κάποιους παράγοντες σημαντικά (όπως φάνηκε από σχετικές δοκιμές). Στην παρούσα εργασία ο χωρισμός έγινε εμπειρικά και όχι με στατιστικά κριτήρια. Εδώ πρέπει να τονιστεί ότι επειδή οι μετρήσεις γίνονται στον ίδιο σταθμό ανά μία ώρα, αναμένεται να υπάρχει μεταξύ τους συσχέτιση. Για να απαλλαγούμε από την επίδραση της συσχέτισης μπορούμε να εφαρμόσουμε πιό προηγμένες τεχνικές για την εξέταση του παράγοντα ώρα, όπως η repeated ANOVA, με τον παράγοντα ώρα να βγαίνει εκτός κατ αρχάς (επεξεργασία δεδομένων για ίδια ώρα της ημέρας) ώστε να προκύψει με repeated ANOVA άν είναι σημαντικός, (παράγοντες ημέρα και μήνας ανεξάρτητοι) [9]. Εναλλακτικά, το πρόβλημα μπορεί να λυθεί με πολλαπλή παλινδρόμηση με βωβές (dummy) μεταβλητές για τις ποιοτικές μεταβλητές (π.χ. διεύθυνση ανέμου), αλλά αυτό απαιτεί πιό εξειδικευμένες γνώσεις Στατιστικής και ενδεχόμενα πιό εξελιγμένα υπολογιστικά εργαλεία. Τέλος, οι συσχετίσεις μπορούν να συμπεριλάβουν και τις καταγραφές άλλων συσχετιζόμενων ρύπων όπως είναι το όζον, το διοξείδιο του Θείου κτλ. 7 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦIΑ 1. COM(2005) 446 τελικό, Β., 21.9.2005, ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΤΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗΣ ΣΤΟ ΣΥΜΒΟΥΛΙΟ ΚΑΙ ΣΤΟ ΕΥΡΩΠΑΪΚΟ ΚΟΙΝΟΒΟΥΛΙΟ,Θεματική στρατηγική για την ατμοσφαιρική ρύπανση. 21.9.2005: Βρυξέλλες. 2. COUNCIL DIRECTIVE 1999/30/EC of 22 April 1999 relating to limit values for sulphur dioxide, nitrogen dioxide and oxides of nitrogen, particulate matter and lead in ambient air. 3. Οδηγία 96/62/ΕΚ του Συμβουλίου υης 27ης Σεπτεμβρίου 1996 για την εκτίμηση της ποιότητας του αέρα του περιβάλλοντος. 4. Ross, P.J., Taguchi Techniques for Quality Engineering. 1988: McGraw Hill Book Company. 5. Montgomery, D.C., Design and Analysis of Experiments. John Wiley & Sons. 1997. 6. Montgomery, D.C., Introduction to Statistical Quality Control. John Wiley & Sons. 1997. Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 25
7. Melanie C. Page, Sanford L. Braver, and David P. MacKinnon, Levine's Guide to SPSS for Analysis of Variance. 2 ed. 2003, London: LAWRENCE ERLBAUM ASSOCIATES, PUBLISHERS. 8. Sabine Landau and Brian S. Everitt, A Handbook of Statistical Analyses using SPSS. CHAPMAN & HALL/CRC, 2004. 9. Δημητριάδης Σωτήριος, Καθηγητής, ΤΕΙ Σερρών, προσωπική επικοινωνία, 2006. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΠΙΝΑΚΑΣ F Values Ζώγου Ολυμπία Διπλ. Μηχανολόγος Μηχ. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Θερμικών Μηχανών 26