A field campaign was conducted in Greece during the summer of 2012 (June 8 – July 26) to investigate ambient particulate matter (PM) levels, chemical composition and contribution of regional and local sources. Simultaneous collection of PM1, PM2.5 and PM10 samples took place in seven different sampling sites in Greece. The sampling sites included: i) one urban and one suburban station in Patras, ii) one suburban in Thessaloniki, iii) one suburban and one background station in Athens, iv) one rural background station at the Navarino Environmental Observatory (NEO) in southwest Peloponnese and v) one remote background site at Finokalia in the northeast part of Crete. These different sites were chosen in order to estimate the contributions of the local emissions sources and long range transport. A suite of continuous/online instruments was deployed in selected sites including an Aerodyne High Resolution Time of Flight Aerosol Mass Spectrometer (HR-ToF AMS), an Aerosol Chemical Speciation Monitor (ACSM), a Proton-Transfer Reaction Mass Spectrometer (PTR-MS), a PM2.5/PM10 Tapered Element Oscillating Microbalance (TEOM), filter samplers (PM1, PM2.5 and PM10), nephelometers, aethalometers and gas-phase monitors. The campaign PM2.5 average ranged from 14 to 20 μg m-3 for the different sites. The fine PM mass concentration and chemical measurements were quite similar in all sites suggesting significant contributions of transported regional pollution and smaller contributions of local sources. Sulfate and organics were major PM2.5 components in all sites. Also nitrate, dust and sea-salt for the coastal areas were also important components of the PM10 fraction. The sulfate levels were similar in all sites, while the concentration of the organics and dust were more variable. Most of the organic aerosol was highly oxygenated. Back trajectory analysis, based on FLEXPART, identified five source regions (Greece, Athens, Turkey, Balkans, marine) each of which influenced the PM1 aerosol composition. / --

Η μελέτη της παρουσίας των αιωρούμενων σωματιδίων στην ατμόσφαιρα είναι μεγάλης σημασίας, καθώς η εκτίμηση των επιπτώσεών τους στον άνθρωπο και στο περιβάλλον είναι ένα εξαιρετικά πολύπλοκο ζήτημα για την παγκόσμια επιστημονική κοινότητα. Η μελέτη των αιωρούμενων σωματιδίων αποτέλεσε ερευνητικό αντικείμενο μόλις τις τελευταίες πέντε δεκαετίες και με βάση μελέτες που έγιναν, διαπιστώθηκε η επίπτωσή τους στην υγεία του ανθρώπου και την κλιματική αλλαγή. Επίσης, αποδεικνύεται ο ρόλος τους στις διεργασίες σχηματισμού των νεφών και της ομίχλης και στη διαμόρφωση του ενεργειακού ισοζυγίου του πλανήτη. Ωστόσο, τα αιωρούμενα σωματίδια δεν μπορούν να μελετηθούν εύκολα εξαιτίας του μικρού μεγέθους και της σύνθετης χημικής τους σύνθεσης. Σκοπός αυτής της διπλωματικής - ερευνητικής εργασίας είναι η εκτίμηση της ατμοσφαιρικής κατάστασης στο κέντρο της Πάτρας. Η εκτίμηση αυτή θα προκύψει από τη μέτρηση των συγκεντρώσεων των αιωρούμενων σωματιδίων, στο κέντρο της πόλης. Οι μετρήσεις έγιναν σε κεντρικές αρτηρίες της πόλης, ενώ συλλέχθηκαν και στοιχεία μετεωρολογικών παραμέτρων, ώστε να μελετηθεί η επίδρασή τους στις συγκεντρώσεις των αιωρουμένων σωματιδίων. Το καινοτόμο στοιχείο της διπλωματικής αυτής εργασίας είναι το γεγονός ότι έγιναν καταγραφές και για τις συγκεντρώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων PM 1, για τα οποία δεν έχει θεσμοθετηθεί όριο επικινδυνότητας. Παρόλα αυτά, οι επιστήμονες θεωρούν ότι λόγω της μικρής διαμέτρου τους είναι πιθανό να εισχωρούν έως και το κυκλοφορικό σύστημα των ανθρώπων, με αποτέλεσμα οι επιπτώσεις τους στην υγεία του ανθρώπου να θέλει περαιτέρω διερεύνηση. Επιπρόσθετα, σε αυτήν την εργασία έγιναν μετρήσεις για την συγκέντρωση του μονοξειδίου του άνθρακα (CO) στις ίδιες τοποθεσίες και την ίδια χρονική στιγμή που έγιναν οι μετρήσεις για τα αιωρούμενα σωματίδια. Αυτό μας δίνει τη δυνατότητα να γίνει συσχετισμός των στοιχείων αυτών που καταγράφηκαν και να βγάλουμε συμπεράσματα για την ποιότητα της ατμόσφαιρας. Τέλος δε, θα γίνει σύγκριση της κατάστασης που επικρατεί στη Πάτρα με τη κατάσταση που επικρατεί σε άλλες πόλεις της Ελλάδας, καθώς και με τα όρια εκπομπής αιωρούμενων σωματιδίων, όπως αναφέρονται στη σχετική κατευθυντήρια οδηγία της Ευρωπαϊκής Ένωσης περί εκπομπής ρύπων. / The study of the presence of particulate matter in the atmosphere is of essential importance, as the estimation of particulate matter 's consequences on human and the environment is an exceptionally complex matter for the world scientific community. The study of particulate matter has been object of investigation just for the latest five decades and according several studies it has been notified the implications on human health and climate changes. It also has been proved their role in formation processes of clouds and fog and the formation of energy balance of the planet. However, particulate matters cannot be easily studied because of their very small size and their complex chemical composition. The main purpose of this diploma thesis is the evaluation of the atmospheric situation in the city of Patras. This evaluation will be resulted out of the measurement of the concentration of particulate matter at city center. The measurements have been taken from central drive arteries of the city, while have been collected also features of meteorological parameters, in order to study their effect on the concentrations of particulate matter. The innovation of this diploma thesis is the fact that there have been recorded also the concentrations of particulate matter PM1, for which there has not yet been any establishment of danger limits. Nevertheless, scientists consider that because of their very small diameter it is possible to penetrate into the human circulatory system, resulting consequences in human health, for which is needed further investigation. In addition in this diploma thesis have been reordered measurements of the concentration of carbon monoxide (CO) at the same locations and simultaneously with the particulate matter. This enables us to correlate these elements and make conclusions about the quality of the atmosphere. Finally, there will be a comparison of the situation of the air quality between Patras and other Greek cities, as well as the limits of particulate matter emission, as they refer in the relevant guidance instructions of European Community about pollutant emissions. In addition in this diploma thesis have been reordered measurements of the concentration of carbon monoxide (CO) at the same locations and simultaneously with the particulate matter. This enables us to correlate these elements and make conclusions about the quality of the atmosphere. Finally, there will be a comparison of the situation of the air quality between Patras and other Greek cities, as well as the limits of particulate matter emission, as they refer in the relevant guidance instructions of European Community about pollutant emissions.

Η ανάπτυξη των μεγαλουπόλεων συνεπάγεται τεράστιες εκπομπές αιωρούμενων σωματιδίων και άλλων ρυπαντών ουσιών στην ατμόσφαιρα, το οποίο οδηγεί σε πολύ μεγάλη υποβάθμιση της ποιότητας του ατμοσφαιρικού τους αέρα. Η καταγραφή και μελέτη όλων αυτών των αέριων ρυπαντών βελτιώνει σημαντικά τη γνώση μας, προκειμένου να καταλάβουμε αλλά και να διαχειριστούμε σωστά τέτοιου είδους σοβαρά περιβαλλοντικά προβλήματα. Στην παρούσα εργασία επεξεργαζόμαστε στατιστικά τα δεδομένα από 16 σταθμούς καταγραφής ατμοσφαιρικών ρύπων στην περιοχή της Αθήνας. Πιο συγκεκριμένα διαθέτουμε τις συγκεντρώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων PM10 , του μονοξειδίου και διοξειδίου του αζώτου , του όζοντος , του μονοξειδίου του άνθρακα και του διοξειδίου του θείου για το έτος 2006, αλλά και τα μετεωρολογικά δεδομένα για το συγκεκριμένο έτος. Αναπαριστούμε γραφικά τις μέσες ημερήσιες αλλά και μηνιαίες τιμές για καθένα από τους παραπάνω ρύπους, για όλους τους σταθμούς στους οποίους μετρώνται οι συγκεντρώσεις τους και εξάγουμε συμπεράσματα για τις ώρες της ημέρας, αλλά και για το ποιούς μήνες, έχω τις μέγιστες τιμές για τον κάθε ρύπο. Ακόμα εξάγουμε συμπεράσματα σχετικά με τη συχνότητα εμφάνισης υπερβάσεων των θεσμοθετημένων ορίων , καθενός εκ των πιο πάνω ρυπαντών. Εφαρμόζουμε την μέθοδο της ανάλυσης γραμμικής παλινδρόμησης, με την οποία διαπιστώνουμε με ποιούς από τους υπόλοιπους ατμοσφαιρικούς ρύπους και με ποιες μετεωρολογικές παραμέτρους συσχετίζονται γραμμικά τα αιωρούμενα σωματίδια ενώ παρατηρούμε κάποια ετερογένεια ανάμεσα στους σταθμούς μέτρησής τους. Τέλος μέσω της διαδικασίας της ετεροσυσχέτισης των χρονοσειρών των ατμοσφαιρικών ρύπων των αιωρούμενων σωματιδίων, του μονοξειδίου του άνθρακα και του διοξειδίου του αζώτου μεταξύ των σταθμών καταγραφής τους, εξάγουμε συμπεράσματα σχετικά με τη συμπεριφορά των αντίστοιχων χρονοσειρών, δηλαδή το μέγεθος της σχέσης ανάμεσα στις δύο σειρές και τη χρονική απόσταση ανάμεσα στη θέση της μέγιστης ισοδυναμίας τους. / The development of big cities resulted in large emissions of suspended particulate matter (PM) and other pollutants in the atmosphere, which link to air quality deterioration. Monitoring and studying air pollutants improves our knowledge in order to understand and manage such significant environmental problems. In the present work, we perform statistics in the data of the 16 monitoring stations in Athens area. More specifically our data consists of the concentrations of PM10, NO, NO2, O3, SO2 and CO, as well as the meteorological data of the year 2006. We graphically represent mean daily and monthly values of each air pollutant and make appropriate conclusions. Moreover we deal with the exceedances of these air pollutants concentrations. We perform linear regression analysis in order to find out, which of the rest pollutants and meteorological data, PM10 have the best linear line fit with. We find enough differences between the monitoring stations. Finally through the cross correlation procedures of the time series of PM10, CO and NO2 between the monitoring stations, we make conclusions regarding the behavior of the time series as concerning the type of the relationship between them and the time distance between their maximum equivalence.

Σύμφωνα με την πρόσφατη έκθεση της Διακυβερνητικής Επιτροπής για την Κλιματική Αλλαγή (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC), η επίδραση των αιωρούμενων σωματιδίων στο ενεργειακό ισοζύγιο της ατμόσφαιρας κρίνεται ως ιδιαίτερα σημαντική. Αυτό οφείλεται στα φαινόμενα σκέδασης και απορρόφησης που προκαλούν στην ηλιακή ακτινοβολία κατά τη διάδοσή της στην ατμόσφαιρα και στην επίδρασή τους στις ιδιότητες των νεφών. Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε μια προσπάθεια ανάλυσης των δεδομένων που έχουμε στη διάθεσή μας από το διεθνές δίκτυο επίγειων σταθμών AERONET που λειτουργεί υπό την αιγίδα της NASA και από το δορυφορικό όργανο MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectoradiometer) που βρίσκεται στους δορυφόρους πολικής τροχιάς Terra και Aqua με σκοπό την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τη χωρική και εποχική διακύμανση των οπτικών ιδιοτήτων των αιωρούμενων σωματιδίων και σχετικά με την αντιπροσωπευτικότητα των επιγείων σταθμών σε σύγκριση με το MODIS των δορυφόρων Terra και Aqua. Η μελέτη έγινε για τρεις αστικές περιοχές της Ελλάδας, την Αθήνα, το Ηράκλειο και τη Θεσσαλονίκη, όπου υπάρχουν επίγειοι σταθμοί και δορυφορικά δεδομένα από τη γύρω περιοχή με χωρική ανάλυση 10x10 km2. Η δομή της εργασίας έχει ως εξής: Στο πρώτο κεφάλαιο, δίνεται ο ορισμός των αιωρούμενων σωματιδίων, αναλύεται η χημική τους σύσταση, οι μορφές στις οποίες απαντώνται στην ατμόσφαιρα, οι πηγές προέλευσής τους, η κατανομή τους σε διάφορες κατηγορίες με διαφορετικά κριτήρια όπως επίσης και οι μηχανισμοί απομάκρυνσής τους από την ατμόσφαιρα. Στο δεύτερο κεφάλαιο, αναλύονται οι φυσικές ιδιότητες των αιωρούμενων σωματιδίων και οι μηχανισμοί επίδρασής τους στην ακτινοβολία. Ιδιαίτερη σημασία δίνεται στον εκθέτη Angstrom και στο οπτικό βάθος των αιρούμενων σωματιδίων καθώς είναι το αντικείμενο της μελέτης μας. Στη συνέχεια, στο τρίτο κεφάλαιο, γίνεται μια αναφορά στις επιδράσεις των αιωρούμενων σωματιδίων όσον αφορά στο κλίμα και στο ενεργειακό ισοζύγιο καθώς επίσης στην υγεία και στην ορατότητα. Στο τέταρτο κεφάλαιο, γίνεται αρχικά μια αναφορά στο διεθνές δίκτυο επιγείων σταθμών AERONET και στο φασματο-ραδιόμετρο MODIS από όπου έχουμε τις μετρήσεις μας. Έπειτα, περιγράφεται το πρώτο στάδιο της επεξεργασίας των μετρήσεών μας, το οποίο περιλαμβάνει τη σχηματική σύγκριση των μετρήσεων που έχουμε από τους επιγείους σταθμούς και τους δορυφόρους. Περνώντας στο πέμπτο κεφάλαιο της εργασίας, αναλύεται η μέθοδος με την οποία γίνεται η χωρική ομαδοποίηση των μετρήσεων από τους δορυφόρους και στη συνέχεια ακολουθεί το δεύτερο στάδιο της επεξεργασίας των μετρήσεων κατά το οποίο αναπαρίστανται τα σχήματα ομαδοποίησης των δορυφορικών μετρήσεων με διάφορα κριτήρια. Τέλος, στο έκτο κεφάλαιο, σχολιάζονται τα τελικά αποτελέσματα και εξάγονται τα αντίστοιχα συμπεράσματα για την εποχική και χωρική διακύμανση των αιωρούμενων σωματιδίων, αλλά και την αντιπροσωπευτικότητα των επιγείων σταθμών σε σχέση με τους δορυφόρους. / According to a recent report by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), the effect of suspended particles in the energy balance of the atmosphere is considered as very important. This is due to scattering and absorption phenomena caused by solar radiation during propagation in the atmosphere and their effect on the properties of clouds. This thesis was an attempt to analyze the available data by the international network of ground aerosol stations AERONET and the satellite instrument MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectoradiometer) on-board the Terra and Aqua satellites and investigate the spatial and temporal variation of the optical properties of aerosols and the representativeness of the earth stations compared to the MODIS satellites Terra and Aqua. The study was conducted in three urban areas of Greece, Athens, Heraklion and Thessaloniki, where there are data from ground-based stations and satellite estimations from the surrounding area with a spatial resolution of 10x10 km2. The structure of this thesis is as follows: The first chapter begins with a definition of aerosols, the analysis of their chemical composition, the forms with which aerosols occur in the atmosphere, the sources of their origin, their distribution in categories with different criteria as well as the mechanisms for their removal from the atmosphere. The second chapter analyzes the physical properties of aerosols and mechanisms of their influence on radiation. Particular attention is given to the Angstrom exponent and the optical depth of aerosols, parameters that lie within the object of our study. In the third chapter, there is a description of the aerosol effects on climate and the energy balance as well as health and visibility. In the fourth chapter, there is firstly a description of the international AERONET network of ground stations and the MODIS spectral radiometer. Then, we describe the first stage of our measurement analysis, which includes the schematic comparison of measurements derived from ground stations and satellites. In the fifth chapter, we analyze the method for the spatial clustering of measurements from satellites and the clustering shapes of satellite measurements using different criteria. Finally, in the sixth chapter, we discuss the results and conclusions corresponding to the seasonal and spatial variability of aerosols, and the representativeness of the ground measurements in comparison with the satellite estimations.

Οι επιπτώσεις των αιωρουμένων σωματιδίων στην υγεία τεκμηριώνονται σε σειρά μελετών (π.χ. Griffiths, 2011). Κατά τα τελευταία χρόνια επίσης έχουν μελετηθεί οι πηγές των αιωρουμένων σωματιδίων οι οποίες διαφέρουν ανάλογα με τον τόπο, την εποχή καθώς και τις ανθρώπινες δραστηριότητες (π.χ. Koçak et al, 2011; Schleicher et al, 2011; Song and Gao, 2011). Οι άνθρωποι εκτίθενται στα αιωρούμενα σωματίδια όχι μόνο κατά την παραμονή τους σε εξωτερικούς χώρους αλλά και σε εσωτερικούς. Η έκθεση αυτή είναι και η σημαντικότερη, δεδομένου ότι η πλειοψηφία των ανθρώπων βρίσκεται το μεγαλύτερο διάστημα της ημέρας σε εσωτερικούς χώρους. Η ποιότητα εσωτερικού αέρα ως προς τα αιωρούμενα σωματίδια έχει μελετηθεί σε κατοικίες (π.χ. Massey et al, 2012), γυμναστήρια (π.χ. Braniš et al, 2011), μέσα μαζικής μεταφοράς (π.χ. Kim et al, 2011) κ.λ.π. Στην εργασία θα γίνει ανασκόπιση και κριτική ανάλυση της πρόσφατης διεθνούς επιστημονικής βιβλιογραφίας που αφορά στη μελέτη των αιωρουμένων σωματιδίων στο εσωτερικό κτιρίων διαφόρων τύπων χρήσης. Η εργασία θα εστιάσει στη βιβλιογραφική ανασκόπηση των πηγών των αιωρουμένων σωματιδίων σε εσωτερικούς χώρους καθώς και των παραγόντων που επηρεάζουν τις συγκεντρώσεις τους. Θα διερευνηθεί η σχέση μεταξύ συγκεντρώσεων αιωρουμένων σωματιδίων στους χώρους και ταυτοχρόνως στο εξωτερικό περιβάλλον ως συνάρτηση των επικρατουσών κλιματολογικών συνθηκών. Θα δοθεί έμφαση στην ανάλυση των διαφόρων ερευνητικών αποτελεσμάτων και θα επιχειρηθεί η μεταξύ τους σύνδεση. Θα δοθεί ιδιαιτέρως έμφαση στη διερεύνηση και συγκριτική αξιολόγηση των μεθόδων που χρησιμοποιήθηκαν για την εξαγωγή των αποτελεσμάτων και στη σύγκριση και αντιπαραβολή των αποτελεσμάτων αυτών. Θα επιχειρηθεί επίσης και κριτική θεώρηση των στόχων της μεθοδολογίας, των αποτελεσμάτων και των συμπερασμάτων όσον αφορά στις επιπτώσεις σε διάφορους επιστημονικούς τομείς. / The impact of particulate matters (PM) on health is documented in a series of studies (e.g. Griffiths, 2011). Also the sources of PM have been studied recently. These differ, depenting on the location, the season and the type of human activities. (e.g. Kocak et al, 2011; Schleicher et al,2011; Song and Gao, 2011). Humans are exposed to PM not only outdoors but also in indoor spaces. This indoor exposure has a more important impact, since the majority of the population spend most of their time indoors. The indoor air quality (IAQ) with respect to PM has been studied in residential buildings (e.g. Massey et al, 2012), sports halls (e.g. Branis et al, 2011), public transportation means (e.g. Kim et al, 2011), etc. This work reviews and analyses the recent international scientific literature related to PM in indoor spaces of various uses. It focuses on the review of indoor PM sources and on the parameters affenting their concentrations. The relation between indoor and outdoor PM concentrations as a funtion of the weather conditions will also be studied. Emphasis willbe given on the analysis and synthesis of the variouw research results. Acomparative evaluation of the methods used will be performed. Also the aims of the methodology and the conclusions regarding their impact on various scientific fields will be critically analysed.

Atmospheric aerosol is an important component of our atmosphere influencing human health, regional and global atmospheric chemistry and climate. The organic component of submicron aerosol contributes around 50% of its mass and is a complex mixture of tens of thousands of compounds. Real-time aerosol mass spectrometry was the major measurement tool used in this work. The Aerodyne High Resolution Time of Flight Aerosol Mass Spectrometer (HR-ToF-AMS) can quantitatively measure the chemical composition and size distribution of non-refractory submicron aerosol (NR-PM1). The mass spectra provided by the instrument every few minutes contain information about aerosol sources and processes. This thesis uses the HR-ToF-AMS measurements in two areas of Greece to quantify the contributions of organic aerosol sources to the corresponding organic aerosol levels. Local and regional air pollution sources were monitored and characterized in two sites during intensive campaigns. The first campaign took place during the fall of 2011 (September 24 to October 23) in Finokalia, Crete, a remote-background coastal site without any major human activity. The aim of the study was to quantify the extent of oxidation of the organic aerosol (OA) during autumn, a season neither too hot nor cold, with reduced solar radiation in comparison to summer. The second one took place during the winter of 2012 (February 26 to March 5), in the third major city of Greece, Patras. The measurements were conducted in the campus of the Technological Educational Institute of Patras (TEI), in order to quantify the severity of the wintertime air pollution problem in the area and its sources. The contributions of traffic and residential wood burning were the foci of that study. The Finokalia site is isolated and far away from anthropogenic sources of pollution, making it ideal for the study of organic aerosol coming from different directions, usually exposed to high levels of atmospheric oxidants. The fine PM measured during the Finokalia Atmospheric Measurement Experiment (FAME-11) by the AMS and a Multi Angle Absorption Photometer (MAAP) was mostly ammonium sulfate and bisulfate (60%), organic compounds (34%), and BC (5%). The aerosol sampled originated mainly from Turkey during the first days of the study, but also from Athens and Northern Greece during the last days of the campaign. By performing Positive Matrix Factorization (PMF) analysis on the AMS organic spectra for the whole dataset the organic aerosol (OA) composition could be explained by two components: a low volatility factor (LV-OOA) and a semi-volatile one (SV-OOA). Hydrocarbon-like organic aerosol (HOA) was not present, consistent with the lack of strong local sources. The second field campaign took place in the suburbs of the city of Patras, 4 km away from the city center during the winter of 2012. During this 10-day campaign, organics were responsible for 70% during the day and 80% during the evening of the total PM1. The OA mean concentration during that period was approximately 20 μg m-3 and reaching hourly maximum values as high as 85 μg m-3. Sulfate ions and black carbon followed with 10% and 7% of the PM1. PMF analysis of the organic mass spectra of PM1 explained the OA observations with four sources: cooking (COA), traffic (HOA), biomass burning (BBOA), and oxygenated aerosol (OOA), related to secondary formation and long range transport. On average, BBOA represented 58% of the total OM, followed by OOA with 18%, COA and HOA, with the last two contributing of the same percentage (12%). / --

Η χωρική και χρονική κατανομή των αιωρούμενων σωματιδίων επηρεάζεται σημαντικά από τις τοπικές πηγές ρύπανσης αλλά και από την ατμοσφαιρική κυκλοφορία. Στην εργασία επιχειρήθηκε η μελέτη των επιπέδων του οπτικού βάθους των αιωρούμενων σωματιδίων στην Ελλάδα, με έμφαση στη συνεισφορά των τοπικών πηγών ρύπανσης. Συγκεκριμένα, στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε: 1. ανάλυση δορυφορικών δεδομένων και παρουσίαση των επιπέδων και των πιθανών τάσεων του οπτικού βάθους των αιωρούμενων σωματιδίων σε διάφορες περιοχές της Ελλάδας 2. σύγκριση των επιπέδων του οπτικού βάθους μεταξύ επιβαρημένων περιοχών, όπως μεγάλα αστικά κέντρα και περιοχές όπου λειτουργούν μεγάλες βιομηχανικές μονάδες, σε σχέση με περιοχές όπου η επίδραση των τοπικών πηγών ρύπανση είναι πολύ μικρή 3. εκτίμηση της συνεισφοράς των τοπικών πηγών ρύπανσης στα προαναφερόμενα αποτελέσματα 4. σύγκριση των δορυφορικών δεδομένων με επίγεια Η μελέτη των παραπάνω αντικειμένων έγινε χρησιμοποιώντας εκτιμήσεις των οπτικών ιδιοτήτων των αιωρούμενων σωματιδίων από το όργανο MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectoradiometer) που βρίσκεται στους δορυφόρους Terra και Aqua. Τα δεδομένα καλύπτουν τη χρονική περίοδο 9 ετών (από Φεβρουάριο 2000 έως Σεπτέμβριο 2009) για το διαστημικό σκάφος Terra και 7 ετών (από Ιούλιο 2002 έως Σεπτέμβριο 2009) για το Aqua. Οι χρονικές στιγμές διέλευσης των δορυφόρων Terra και Aqua πάνω από την Ελλάδα είναι 9.35±0.50 UTC και 11.34±0.53 UTC αντίστοιχα. Η μέση τιμή του οπτικού βάθους (AOD550), για όλη την Ελλάδα είναι 0.20±0.07 και 0.19±0.06, από τους δορυφόρους Terra και Aqua αντίστοιχα. Ο συντελεστής γραμμικής συσχέτισης των δεδομένων AOD550 μεταξύ των δορυφορικών μετρήσεων MODIS/Terra και MODIS/Aqua είναι ίσος με 0.81. Στην χρονοσειρά των οπτικών βαθών παρατηρήθηκε μία εποχική διακύμανση με τις μέγιστες τιμές να εμφανίζονται κατά τους πρώτους ανοιξιάτικους μήνες και το καλοκαίρι. Η εποχικότητα αυτή αποδόθηκε στο αυξημένο σωματιδιακό φορτίο που παρατηρείται στην ελεύθερη τροπόσφαιρα τις συγκεκριμένες χρονικές περιόδους λόγω μεταφοράς ερημικής σκόνης από την Σαχάρα, αλλά και λόγω μεταφοράς αιωρούμενων από καύση βιομάζας που παρατηρούνται συχνά κατά τον Αύγουστο, όπως και στους επικρατούντες Βορειανατολικούς ανέμους κατά τους καλοκαιρινούς μήνες που μεταφέρουν σωματιδιακή ρύπανση από ρυπασμένες περιοχές όπως τα Ανατολικά Βαλκάνια. Γενικά, οι μεγαλύτερες τιμές AOD550 εμφανίζονται στις αστικές περιοχές όπου υπάρχουν έντονες ανθρωπογενείς δραστηριότητες, όπως οι περιοχές της Αττικής και της Θεσσαλονίκης. Παρατηρείται ότι το 50-55% περίπου του εκτιμώμενου οπτικού βάθους οφείλεται σε ανθρωπογενείς πηγές ρύπανσης, ενώ το υπόλοιπο αναμένεται να οφείλεται σε φαινόμενα διασυνοριακής ρύπανσης. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχουν τα αποτελέσματα για την περιοχή της Πτολεμαΐδας και της κεντρικής Πελοποννήσου. Εκεί, τα επίπεδα των τοπικών πηγών ρύπανσης που φαίνονται από τον Aqua και συνεισφέρουν στο συνολικό οπτικό βάθος των αιωρούμενων σωματιδίων είναι πολύ μεγαλύτερα σε σχέση με αυτά του Terra κατά +37.9% και +70.6% αντίστοιχα. Τις μεσημεριανές ώρες που διέρχεται ο δορυφόρος Aqua, η ατμόσφαιρα της ευρύτερης περιοχής της Πτολεμαΐδας και της κεντρικής Πελοποννήσου έχει πιθανώς επιφορτιστεί από αιωρούμενα σωματίδια, λόγω της εντατικής λειτουργίας των εργοστασίων ηλεκτρικής ενέργειας. Για αυτό το λόγο, τα επίπεδα τοπικών πηγών ρύπανσης του Aqua είναι μεγαλύτερα από αυτά του δορυφόρου Terra, ο οποίος διέρχεται πάνω από την Ελλάδα τις πρωινές ώρες. Για την περιοχή της Θεσσαλονίκης συγκρίθηκαν δορυφορικά δεδομένα MODIS με επίγειες μετρήσεις PM10 και PM2.5. Συγκρίνοντας το AOD550 με το PM10 δεν διακρίνεται ιδιαίτερη συσχέτιση μεταξύ αυτών. Μάλιστα, τα μέγιστα του AOD550 εμφανίζονται την άνοιξη και το καλοκαίρι ενώ τα αντίστοιχα μέγιστα των PM10 το φθινόπωρο και τον χειμώνα. Ομοίως οι ελάχιστες τιμές του AOD550 υπάρχουν το φθινόπωρο και το χειμώνα ενώ των PM10 την άνοιξη και το καλοκαίρι. Το γεγονός αυτό βασίζεται στο ότι, εντός των ορίων του Δήμου Θεσσαλονίκης, η βασική πηγή ρύπανσης είναι η κυκλοφορία των αυτοκινήτων. Επειδή κατά τους καλοκαιρινούς μήνες ο κυκλοφοριακός φόρτος είναι περιορισμένος, αναμένεται να είναι μικρότερες και οι συγκεντρώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων. / The spatial and temporal distribution of particulate matter is strongly influenced by local sources and the atmospheric circulation in the wider region. In this study, the levels of the optical depth of aerosols in Greece are examined, as well as the contribution of local sources on pollution. The following essential steps were followed: 1. Data analysis and possible trends of the aerosol optical depth over various regions of Greece 2. Comparison of the aerosol optical depth values among polluted regions, such as large cities and areas with increased industrial activity, and regions where the influence of local sources of pollution is very small 3. Estimation of the contribution of local sources of pollution in the above mentioned results. 4. Comparison of satellite estimations with ground based data. The study was based on the dataset of aerosol optical properties from the MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectoradiometer) instrument, located on Terra and Aqua satellites. The dataset covers a 9-year time period (February 2000 - September 2009) on the Terra spacecraft and 7 years (July 2002 - September 2009) on Aqua. The overpass times of the satellites Terra and Aqua above Greece are 9.35 ± 0.50 UTC and 11.34 ± 0.53 UTC, respectively. The average optical depth (AOD550) over Greece is 0.20±0.07 and 0.19±0.06, from the Terra and Aqua satellites respectively. The linear correlation coefficient between the satellite estimations of AOD550 from MODIS/Terra and MODIS/Aqua is 0.81. The time series analysis of aerosol optical depth reveals a seasonal variation with maximum levels occurring during March and April and during summertime. The seasonality could be attributed to the increased particulate matter of Sahara desert dust in the free troposphere and the transport of biomass burning during August, when the prevailing North East winds carry particulate matter from air polluted sites like the East Balkans. Generally, the higher AOD550 values appear in urban areas, such as the regions of Attica and Thessaloniki. Finally, it appears that 50-55% of the estimated optical depth could be attributed to anthropogenic sources. The results for the area of Ptolemais and central Peloponnese were examined thoroughly. Over those regions, the levels of local pollution sources that appear from Aqua, are much higher than those of Terra by +37.9% and +70.6% respectively. During the midday hours, when the Aqua satellite passes over the wider area of Ptolemais and central Peloponnese, the increased particulate matter could be attributed to the intensive operation of power plants. For this reason, the levels of local air pollution sources, observed from Aqua, are higher than those of Terra satellite, which passes over the sites in the early morning. For the region of Thessaloniki, the MODIS satellite data compared with ground based measurements of PM10 and PM2.5. When comparing AOD550 with PM10, there is no distinguished direct relation between them. On the contrary, the maximum satellite values of AOD550 appear during spring and summer, while the corresponding maximum values of PM10 are measured during autumn and winter. Likewise, the minimum AOD550 values appear in autumn and winter, while the PM10 appear during spring and summer. This is probably based on the fact that, in the limit area of the city of Thessalonica, the main source of pollution is car traffic. So, during summer months, when the traffic is low, the concentrations of particulate matter are expected to be lower.

In order to reduce uncertainty of atmospheric particle emissions and to examine the mechanism of new particle formation from precursor gases, measurements were conducted in a megacity (Paris, France), an urban area (Patras, Greece) and a remote location (Finokalia, Greece). At Finokalia, the composition of particles with diameter smaller than 1 μm (PM1) depended on air mass origin. The highest concentrations, and most frequent, were observed when air masses were coming from Europe. Organic aerosol was found to be 80% water soluble and the increased organic to elemental carbon ratio correlated with ozone concentration. These findings indicate that particulate matter (PM) at Finokalia was not emitted near the site but was transported from source regions hunderd of kilometers away and thus the area can be considered as a background of Europe. At Finokalia, atmospheric nucleation was observed more frequently during winter when sunlight intensity was below average and favored by air masses that crossed land before reaching the site. This behavior was explained by ammonia involvement in the nucleation process. PM1 was mainly acidic during summer and consumed all available ammonia, contrary to winter when, due to the lower sunlight intensity, particles were neutral and ammonia was available. During both seasons nucleation would only occur if particles were neutral which resulted in higher frequency of events during winter. Air masses that crossed land before reaching the site were enriched with ammonia, thus it was more likely for nucleation to occur. Number size distributions were monitored in Paris, France at fixed and mobile ground stations along with airborne measurements. The Paris plume was identified at a distance of at least 200 km from the city center and the number concentration was found to increase even by a 3-fold when air masses crossed Paris. During summer nucleation was observed approximately half of the campaign days; when the condensational sink was lower than average contrary to winter when no event was identified due to higher sink. Increased number concentration was observed at an altitude outside of the Paris plume simultaneously with new particle formation observed on the ground and was attributed to that phenomenon. At Patras, the legislated by E.U. daily PM10 standards were found to be violated. Exceedances were more frequent (58 of a total of 75) during the colder months (October to March) of the year. The warmer months (April to September) 80% of the PM2.5 was transported from other areas. Contrary during the colder months the contribution of transported PM reduced to 70% during autumn and 50% during winter, when the highest concentrations were observed on average. Local traffic contributed approximately 15% during winter and the remaining 35% was primarily due to domestic heating. PM2.5 and PM1 concentrations were found to exceed 100 μg m-3 on several occasions during nighttime due to domestic heating, either diesel or biomass combustion. Potassium, a tracer of biomass combustion, correlated well (R2=0.79) with PM2.5 during winter indicating a biomass source. Potassium concentrations were higher within the urban premises than a rural area located 36 km away from the city, indicating that at least a portion of the biomass combustion related PM2.5 were emitted locally. / Με σκοπό την μείωση της αβεβαιότητας των εκπομπών ατμοσφαιρικών σωματιδίων (ΑΣ) καθώς και διευκρίνισης του μηχανισμού σχηματισμού ΑΣ από την οξείδωση πρόδρομων αερίων, μετρήσεις πεδίου έλαβαν χώρα σε μία μεγαλούπολη (Παρίσι, Γαλλία), μία αστική περιοχή (Πάτρα, Ελλάδα) και σε μία απομακρυσμένη τοποθεσία (Φινοκαλιά, Ελλάδα). Στην Φινοκαλιά, η σύσταση των σωματιδίων με διάμετρο μικρότερη από 1 μm (ΑΣ1) εξαρτιόταν από την προέλευση των αερίων μαζών. Τις υψηλότερες συγκεντρώσεις εμφάνιζαν οι αέριες μάζες από τη Ευρώπη, που ήταν και οι πιο συχνές. Οργανικές ενώσεις των ΑΣ, εμφάνιζαν, υψηλή διαλυτότητα στο νερό (80%) και αυξημένο λόγο οργανικού προς στοιχειακό άνθρακα που συσχετιζόταν θετικά με τις συγκεντρώσεις όζοντος. Όλα τα παραπάνω υποδεικνύουν πως τα ΑΣ στην περιοχή της Φινοκαλιάς μεταφέρονταν από γειτονικές περιοχές εκατοντάδες χιλιόμετρα μακριά και συνεπώς η περιοχή μπορεί να θεωρηθεί ως σταθμός υποβάθρου για την Ευρώπη. Στην Φινοκαλιά, το φαινόμενο της ατμοσφαιρικής πυρηνογένεσης ήταν συχνότερο τους χειμερινούς μήνες, όταν η ένταση φωτός ήταν χαμηλότερη, και σε αέριες μάζες που παρέμεναν σημαντικό χρόνο πάνω από την στεριά πριν φτάσουν στον σταθμό. Αυτή η συμπεριφορά εξηγήθηκε με την συμμετοχή της αμμωνίας στην διαδικασία της πυρηνογένεσης. Τα ΑΣ1 το καλοκαίρι ήταν κατά κανόνα όξινα και κατανάλωναν όλη την διαθέσιμη αμμωνία σε αντίθεση με τον χειμώνα, όπου εξαιτίας της χαμηλότερης έντασης φωτός, τα ΑΣ1 ήταν ουδέτερα και υπήρχε διαθέσιμη. Και στις δύο περιόδους η πυρηνογένεση λάμβανε χώρα μόνο όταν τα σωματίδια ήταν ουδέτερα, το οποίο είχε ως αποτέλεσμα υψηλότερη συχνότητα του φαινομένου τους χειμερινούς μήνες. Οι αέριες μάζες όταν παρέμεναν πάνω από στεριά εμπλουτίζονταν με αμμωνία, αυξάνοντας την πιθανότητα πυρηνογένεσης. Κατανομές μεγέθους αριθμού μετρήθηκαν στο Παρίσι, Γαλλίας σε επίγειους σταθμούς, σταθερούς και κινητούς, καθώς και σε υψόμετρο. Ο θύσανος του Παρισιού ταυτοποιήθηκε σε απόσταση τουλάχιστον 200 km από την πόλη και οι συγκεντρώσεις αριθμού ΑΣ αύξαναν ακόμα και κατά 300% όταν οι αέριες μάζες προέρχονταν από το Παρίσι. Το καλοκαίρι πυρηνογένεση έλαβε χώρα τις μισές μέρες της δειγματοληψίας, όταν η διαθέσιμη επιφάνειας συμπύκνωσης ήταν χαμηλή, ενώ το χειμώνα, επειδή η διαθέσιμη επιφάνεια ήταν υψηλότερη, δεν ταυτοποιήθηκε το φαινόμενο. Αυξημένες συγκεντρώσεις αριθμού ΑΣ ταυτοποιήθηκαν εκτός του θυσάνου του Παρισιού ταυτόχρονα με πυρηνογένεση στο έδαφος και αποδόθηκαν σε αυτό το φαινόμενο. Στην Πάτρα τα θεσμοθετημένα από την Ε.Ε. ημερήσια όρια ΑΣ10 βρέθηκαν να παραβιάζονται. Οι υπερβάσεις ήταν πιο συχνές (58 από τις 75) τους ψυχρούς μήνες (Οκτώβριο - Μάρτιο). Τους θερμούς μήνες (Απρίλιο - Σεπτέμβριο) το 80% των ΑΣ2.5 μεταφέρονταν από άλλες περιοχές. Αντίθετα τους ψυχρούς μήνες η συνεισφορά από μεταφερόμενα ΑΣ μειωνόταν στο 70% το φθινόπωρο και 50% το χειμώνα, όταν και οι συγκεντρώσεις ΑΣ2.5 ήταν κατά μέσο όρο οι υψηλότερες στην περιοχή. Η τοπική κυκλοφορία συνείσφερε περίπου 15% τον χειμώνα ενώ ένα σημαντικό κομμάτι από το υπόλοιπο 35% οφειλόταν στην οικιακή θέρμανση. Συγκέντρωση ΑΣ2.5 και ΑΣ1 ίση ή μεγαλύτερη των 100 μg m-3 μετρήθηκε κατ'επανάληψη τις νυχτερινές ώρες των χειμερινών μηνών εξαιτίας της οικιακής θέρμανσης, είτε με πετρέλαιο είτε με καύση βιομάζας Η καύση βιομάζας υποδεικνύεται από την συσχέτιση (R2=0.79) των συγκεντρώσεων ΑΣ2.5 με τις συγκεντρώσεις καλίου, ένα δείκτη καύσης βιομάζας. Οι συγκεντρώσεις αυτού του δείκτη βρέθηκαν υψηλότερες μέσα στον αστικό ιστό από μία αγροτική περιοχή 36 km μακριά από την Πάτρα, αποκλείοντας την αποκλειστική μεταφορά ΑΣ2.5 καύσης βιομάζας από γειτονικές περιοχές.