A new experimental methodology was developed to measure the non-volatile particle number concentration, using a thermodenuder (TD). The TD was coupled with a high resolution time-of-flight aerosol mass spectrometer, measuring the chemical composition and mass size distribution of the submicrometer aerosol and a scanning mobility particle sizer (SMPS) that provided the number size distribution of the aerosol in the range from 10 to 500 nm. The method was evaluated with a set of smog chamber experiments and achieved almost complete evaporation (98 %) of secondary organic aerosol (SOA) as well as freshly nucleated particles, using the TD temperature of 400 C. This experimental approach was applied in a winter field campaign in Athens and provided a direct measurement of non-volatile particles from major pollution sources. During periods in which the contribution of biomass burning sources was dominant, more than 80% of the particles survived the intense heating, suggesting that nearly all biomass burning particles had a non-volatile core. These particles consisted mostly from black carbon (BC), while organic aerosol (OA) were responsible for another 40 %. Organics that survived through the TD were mostly biomass burning OA (BBOA) and oxygenated OA (OOA) that had not evaporated, contributing 90% of the organic mass concentration, while the other 10% was hydrocarbon-like OA (HOA) and cooking OA (COA). For periods that traffic contribution was dominant, mostly during the rush hour, 50-60% of the particles had a non-volatile core, while the rest evaporated at 400 0C. The remaining particles consisted mostly from BC, with an 80% contribution, while organics were responsible for another 15-20 %. Organics were mostly HOA and OOA, with a contribution of >95% to the organic mass concentration, while <5% was from BBOA and COA. / Μια νέα πειραματική μεθοδολογία αναπτύχθηκε για τη μέτρηση της συγκέντρωσης αριθμού μη πτητικών σωματιδίων, χρησιμοποιώντας εναν θερμοαπογυμνωτή. Ο θερμοαπογυμνωτής ήταν συζευγμένος με ένα υψηλής-ανάλυσης χρόνου-πτήσης φασματόμετρο μάζας (HR-ToF-AMS), το οποίο μετρούσε τη χημική σύσταση και τη κατανομή μεγέθους μάζας των υπο-μικρομέτρου αεροζόλ και ένα σαρωτή κινητικότητας μεγέθους σωματιδίων (SMPS) που παρείχε τη κατανομή μεγέθους αριθμού των αεροζόλ στο εύρος απο 10 έως 500 nm. Η μέθοδος αξιολογήθηκε με μια σειρά πειραμάτων σε θάλαμο προσομοίωσης ατμόσφαιρας και πέτυχε σχεδόν πλήρη εξάτμιση (98 %) των δευτερογενών οργανικών αεροζόλ (SOA), καθώς και φρέσκων σωματιδίων προερχόμενων απο πυρηνογένεση, χρησιμοποιώντας το θερμοαπογυμνωτή στη θερμοκρασία των 400 °C. Αυτή η πειραματική προσέγγιση εφαρμόστηκε σε μια χειμερινή καμπάνια πεδίου στην Αθήνα και παρείχε μια άμεση μέτρηση των μη πτητικών σωματιδίων απο τις κύριες πηγές ρύπανσης. Κατά τη διάρκεια περιόδων όπου η συνεισφορά των πηγών καύσης βιομάζας ήταν κυρίαρχη, περισσότερο απο 80 % των σωματιδίων επέζησαν απο την έντονη θέρμανση, γεγονός που υποδηλώνει ότι σχεδόν όλα τα σωματίδια καύσης βιομάζας είχαν μη πτητικό πυρήνα. Αυτά τα σωματίδια αποτελούνταν ως επί το πλείστον από μαύρο άνθρακα (BC), ενώ τα οργανικά αεροζόλ (ΟΑ) ήταν υπεύθυνα για το υπόλοιπο 40 %. Τα οργανικά που επιβίωσαν έπειτα απο τη διέλευση τους απο το θερμοαπογυμνωτή ήταν κυρίως απο καύση βιομάζας (ΒΒΟΑ) και οξυγωνομένα ΟΑ (ΟΟΑ), συμβάλλοντας στο 90 % της συγκέντρωσης οργανικής μάζας, ενώ το υπόλοιπο 10 % ήταν οργανικοί υδρογονάνθρακες (ΗΟΑ) και οργανικά αεροζόλ προερχόμενα από μαγείρεμα (COA). Για τις περιόδους όπου η συμβολή της κυκλοφορίας ήταν κυρίαρχη, κυρίως κατά τη διάρκεια ωρών αιχμής, 50 έως 60 % των σωματιδίων είχαν μη πτητικό πυρήνα, ενώ τα υπόλοιπα εξατμίστηκαν στους 400 °C. Τα υπολοίποντα σωματίδια αποτελούνταν κυρίως από BC, με 80 % συνεισφορά, ενώ τα οργανικά ήταν υπεύθυνα για το 15 με 20 % της συγκέντρωσης μάζας. Τα οργανικά αποτελούνταν από ΗΟΑ και OOA, με μια συμβολή > 95 % στη συγκέντρωση οργανικής μάζας, ενώ < 5 % ήταν από BBOA και COA.

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. / --

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η καταβύθιση του αντιφλεγμονώδους φαρμάκου ναπροξένης, παρουσία του πολυμερούς PVP. Βρέθηκε ότι η παρουσία του PVP, επηρεάζει το μέγεθος και το σχήμα των κρυστάλλων της ναπροξένης. Μελετήθηκαν οι συνθήκες καταβύθισης όπως η θερμοκρασία, το pH του διαλύματος καθώς και ο συνδυασμός αυτών των δυο. Βρέθηκε ότι σε ορισμένες περιοχές pH και θερμοκρασίας επηρεάζεται το μέγεθος και το σχήμα των κρυστάλλων. Λήφθησαν φωτογραφίες από το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) για κάθε πείραμα που πραγματοποιήθηκε και έγινε στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων. / In the present work was studied the precipitation of naproxen in the presence of the polymer PVP. It was found that the presence of PVP, influents the size and the form of naproxen’s crystals. Were studied the conditions of precipitation such as the temperature, pH of the solution as well as the combination of both. It was found that in some areas of pH and temperature influence significantly the size and the form of crystals. It was taken images from scanning electron microscopy (SEM) for each experiment was carried out and it was made statistical analysis of the results.

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.

Στην παρούσα εργασία μελετάται η περιοχή της Πάτρας ως προς τη διασπορά των σωματιδίων καθώς και η επίδρασή τους στην ανθρώπινη υγεία. Στο πρώτο μέρος δίνονται κάποια στοιχεία όσον αφορά την ατμόσφαιρα (γενικά), την ατμοσφαιρική ρύπανση, τα ατμοσφαιρικά σωματίδια (διαχωρισμός, μέθοδοι προσδιορισμού), η νομοθεσία που αφορά την ατμοσφαιρική ρύπανση καθώς και τα πρότυπα ποιότητας αέρα για τα αιωρούμενα σωματίδια. Επίσης αναλύονται και οι επιπτώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων στον άνθρωπο. Στο δεύτερο μέρος γίνεται η γεωγραφική και η γεωλογική τοποθέτηση της περιοχής μελέτης (Πάτρα). Στο τρίτο μέρος παρουσιάζεται η διασπορά των σωματιδίων στην περιοχή μελέτης και στο τέταρτο μέρος παρατίθενται συμπεράσματα και λύσεις. / In this paper we study the area of Patras on the dispersion of particles and their effect on human health. In the first part are some data on the atmosphere (generally), atmospheric pollution, atmospheric particles (separation, assay methods), the legislation on air pollution and air quality standards for particulate matter. And also, analyzed the effects of particulate matter in humans. In second place is the geographical and geological study of the area, (Patras). The third part shows the dispersion of the particles in the study area and the fourth part reflects conclusions and solutions.

Α three-dimensional chemical transport model (PMCAMx) is used to simulate particulate matter (PM) mass and composition in the eastern United States during the four seasons of the year (July 2001, October 2001, January 2002, and April 2002). The model predictions are evaluated against daily average PM2.5 (particulate mass less than 2.5 micrometers) measurements taken throughout the eastern United States by the Interagency Monitoring of Protected Visual Environments (IMPROVE) and the Speciation Trends Network (STN) monitoring networks and the U.S. Environmental Protection Agency EPA Supersites program. During the spring and summer the model reproduces the measured daily average PM2.5 concentrations with an error of less than 50%, two thirds of the time. The PM2.5 error is less than 30% for 43% of the measurements during these seasons. For the fall and winter the PM2.5 predictions are within 50% of the measurements for 51% of the data points and within 30% for 34% of the time. The ability of the model to reproduce the aerosol nitrate concentrations in the spring and summer is limited by difficulties in simulating the heterogeneous nighttime formation rate of nitric acid. An important limitation of thισ model is the lack of treatment of crustal species (Ca, K, Mg, etc.). The incorporation of the thermodynamics of the crustal elements of calcium, potassium and magnesium to the preexisting suite of components of PMCAMx is the second objective of this research. The improved PMCAMx is applied to the Mexico City Metropolitan Area (MCMA). The aerosol thermodynamic model ISORROPIA-II is used to explicitly simulate the effect of Ca, Mg, and K from dust on semi-volatile partitioning and water uptake. The hybrid approach is applied to simulate the inorganic components, assuming that the smallest particles are in thermodynamic equilibrium, while describing the mass transfer to and from the larger ones. The final objective of this research is to provide useful information about the response of the PM concentration levels to changes in emissions. PMCAMx is used to investigate changes in PM2.5 concentrations in response to changes in SO2 and NH3 emissions during July 2001 and January 2002 in the Eastern United States. / Ένα τρισδιάστατο μοντέλο χημικής μεταφοράς (PMCAMx) χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της σύνθεσης και της μάζας των ανόργανων σωματιδίων της ατμόσφαιρας στις ανατολικές Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής κατά τη διάρκεια των τεσσάρων εποχών του χρόνου (Ιούλιος 2001, Οκτώβρης 2001, Ιανουάριος 2002 και Απρίλιος 2002). Οι προβλέψεις του μοντέλου αξιολογήθηκαν έναντι μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν από τα δίκτυα παρακολούθησης IMPROVE και STN στις ανατολικές ΗΠΑ. Την άνοιξη και το καλοκαίρι το μοντέλο αναπαράγει τα δύο τρίτα των μετρήσεων των μικρών σωματιδίων (διαμέτρου μικρότερης των 2.5 μm, PM2.5) με σφάλμα μικρότερο του 50%. Το σφάλμα που προκύπτει για τα PM2.5 είναι μικρότερο του 30% για το 43% των μετρήσεων κατά τη διάρκεια των ίδιων εποχών. Για το φθινόπωρο και το χειμώνα οι προβλέψεις του μοντέλου για τα PM2.5 είναι μέσα στα όρια σφάλματος του 50% από τις μετρήσεις για το 51% των δεδομένων και μέσα στα όρια σφάλματος του 30% για το 34% των περιπτώσεων. Η απόδοση του μοντέλου, όσον αφορά τα νιτρικά ιόντα, βελτιώθηκε σημαντικά μετά τις τροποποιήσεις που εφαρμόστηκαν στην περιγραφή της αέριας χημείας κατά τη διάρκεια της νύχτας. Μια σημαντική έλλειψη σε αυτό το μοντέλο είναι η περιγραφή του χημικού ρόλου των σωματιδίων της σκόνης στην ατμόσφαιρα. Το θερμοδυναμικό μοντέλο ISORROPIA αναβαθμίστηκε έτσι ώστε να μπορεί να προσομοιώνει λεπτομερώς την χημεία των αλάτων ασβεστίου, μαγνησίου και καλίου, και ενσωματώθηκε σε αυτό το τρισδιάστατο χημικό μοντέλο. Επίσης, το PMCAMx εμπεριέχει διεργασίες για την ανάπτυξη των ανόργανων σωματιδίων και τη χημεία στην υγρή φάση. Επιπλέον, εφαρμόστηκε μία υβριδική προσέγγιση για τη μοντελοποίηση της δυναμικής των αιωρούμενων σωματιδίων έτσι ώστε να προσομοιωθούν με ακρίβεια τα ανόργανα συστατικά στα μεγάλα σωματίδια (διαμέτρου 2.5-10 μm). Σε αυτή τη περίπτωση το PMCAMx εφαρμόστηκε στην ευρύτερη περιοχή της πόλης του Μεξικού καλύπτοντας μία έκταση 156x156x6 km. Τέλος το PMCAMx έχει χρησιμοποιηθεί για να μελετηθούν διεξοδικά οι αλλαγές στη συγκέντρωση των PM2.5 που προκύπτουν από αλλαγές των εκπομπών SO2 και NH3 κατά τη διάρκεια των μηνών Ιούλιος 2001 και Ιανουάριος 2002 στις ανατολικές Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής.

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.

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.