- / -

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.

The Particulate Matter Source Apportionment Technology (PSAT) is used together with PMCAMx, a regional chemical transport model, to estimate how local emissions and pollutant transport affect primary and secondary particulate matter concentration levels in European megacities such as Paris, London and Po Valley. The case of Paris megacity was investigated in detail. During the summer and the winter period examined, only 13% of the PM2.5 is due to local Paris emissions, with 36% due to mid range (within 500 km from the center of the Paris) sources and 51% resulting from long range transport (more than 500 km from the center of the Paris). The local emissions contribution to elemental carbon (EC) is significant, with almost 60% of the EC originating from local sources during both summer and winter. Approximately 50% of the fresh primary organic aerosol (POA) originated from local sources and another 45% from areas 100-500 km from the receptor region during summer. Regional sources dominated the secondary PM components. More than 70% of the sulfate originated from SO2 emitted more than 500 km away from the center of the Paris. Also more than 45% of secondary organic aerosol (SOA) was due to the oxidation of VOC precursors that were emitted 100-500 km from the center of the Paris. Long range sources are more important during winter because the photochemical activity is lower. PSAT results for contributions of local and regional sources were also compared with observation-based estimates from field campaigns that took place during the MEGAPOLI project. PSAT predictions are in general consistent with these estimates OA and sulfate but PSAT predicts lower transported EC for both seasons. / Ο καταμεριστικός αλγόριθμος ατμοσφαιρικών σωματιδίων (PSAT, Particulate Matter Source Apportionment Technology) χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με το τρισδιάστατο μοντέλο χημικής μεταφοράς PMCAMx με σκοπό να εκτιμήσει κατά πόσο οι τοπικές εκπομπές και η μεταφορά της ρύπανσης επηρεάζουν τα πρωτογενή και τα δευτερογενή επίπεδα σωματιδιακών συγκεντρώσεων σε Ευρωπαϊκές μεγαλουπόλεις όπως το Παρίσι, το Λονδίνο και η κοιλάδα του ποταμού Πάδου στη βόρεια Ιταλία (Po Valley). Η περίπτωση του Παρισιού μελετήθηκε λεπτομερώς. Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού και του χειμώνα που εξετάστηκε, μόνο το 13% των PΜ2.5 σωματιδίων προέρχονται από τοπικές πηγές, 36% προέρχεται από ενδιάμεσες πηγές (μεταξύ 500 km από το κέντρο του Παρισιού) και 51% από απομακρυσμένες περιοχές (σε αποστάσεις μεγαλύτερες των 500 km από το κέντρο του Παρισιού). Η συνεισφορά των τοπικών πηγών στο στοιχειακό άνθρακα είναι σημαντική, 60% περίπου του στοιχειακού άνθρακα προέρχεται από τοπικές πηγές κατά τη διάρκεια τόσο του καλοκαιριού όσο και του χειμώνα. Σχεδόν 50% των φρέσκων πρωτογενών οργανικών σωματιδίων (POA) προέρχονται από τοπικές πηγές και 45% από περιοχές 100-500 km από των αποδέκτη κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Οι συνεισφορά από απομακρυσμένες περιοχές κυριαρχεί στα δευτερογενή σωματίδια. Περισσότερο από 70% των θεϊκών σωματιδίων προέρχεται από διοξείδιο του θείου το οποίο εκπέμπεται από αποστάσεις μεγαλύτερες των 500 km από το κέντρο του Παρισιού. Επίσης περισσότερο από το 45% των δευτερογενών οργανικών σωματιδίων οφείλεται στην οξείδωση των πτητικών οργανικών ενώσεων (VOCs) που εκπέμπονται από 100 έως 500 km μακριά από το κέντρο του Παρισιού. Οι απομακρυσμένες περιοχές είναι πιο σημαντικές κατά τη διάρκεια του χειμώνα λόγω της ελάχιστης φωτοχημείας. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τον αλγόριθμο PSAT για τις συνεισφορές των τοπικών όσο και των απομακρυσμένων περιοχών επίσης συγκρίνονται με μετρήσεις πεδίου από πειραματικές διατάξεις στο πλαίσιο του διεθνούς προγράμματος MEGAPOLI. Ο αλγόριθμος PSAT προβλέπει γενικά ικανοποιητικά τις συνεισφορές σε σχέση με αυτές που υπολογίστηκαν από τις μετρήσεις πεδίου.

Στα πλαίσια της εργασίας θα ασχοληθούμε με την μεθοδολογία υπολογισμού των ρυθμών εκπομπής αέριων ρύπων στα αστικά κέντρα της Ελλάδας. Οι πήγες της ατμοσφαιρικής ρύπανσης διακρίνονται σε σημειακές, επιφανειακές, ανθρωπογενείς και φυσικές. Στο πρώτο στάδιο θα γίνει καταγραφή και κατηγοριοποίηση των διαφόρων πηγών για τις Ελληνικές συνθήκες με βάση την διεθνή βιβλιογραφία. Οι μέθοδοι προσδιορισμού των ρυθμών εκπομπής θα διερευνηθούν. Συνήθως οι υπολογισμοί απαιτούν δυο ειδών παραμέτρους: την ένταση μιας δραστηριότητας (π.χ πόσα χιλιόμετρα διανύονται σε μια περιοχή από τα αυτοκίνητα μιας ορισμένης κατηγορίας σε μια περιοχή), και τον ρυθμό εκπομπής ανά μονάδα της δραστηριότητας (π.χ εκπομπές οξειδίων του αζώτου ανά χιλιόμετρο). Ανάλογα με την πηγή οι μέθοδοι μπορεί να είναι πιο πολύπλοκοι ή να απαιτούν την γνώση μεταβλητών που δεν είναι εύκολο να βρεθούν. Οι διαφορετικές προσεγγίσεις θα συγκριθούν τόσο με βάση την ακρίβεια τους όσο και με την δυνατότητα εφαρμογής τους στην Ελλάδα. Το τελικό αποτέλεσμα της εργασίας θα είναι μια αναλυτική μεθοδολογία υπολογισμού των εκπομπών ρύπων σε μια Ελληνική πόλη και συγκεκριμένα στην πόλη της Πάτρας, όπου θα μελετηθεί η εκπομπή αέριων ρύπων από τα επιβατικά πλοία τα οποία χρησιμοποιούν το λιμάνι της Πάτρας. Η παρούσα εργασία θα στοχεύσει στον προσδιορισμό της συγκέντρωσης αέριων ρύπων (σωματιδίων PM) στο αστικό κέντρο της Πάτρας, λαμβάνοντας ως πηγή ρύπων τα επιβατικά πλοία που παραμένουν στο Λιμάνι της Πάτρας. Η συγκέντρωση των αέριων ρύπων τέλος, θα υπολογισθεί με χρήση της Gaussian Plume Formula [JS Seinfeld and SN Pandis: “Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change”, 2nd edition, John Willey & Sons, INC]. / -

- / -