Ground level ozone is one of the six criteria primary pollutants that is monitored by the United States Environmental Protection Agency. Statistical methods are increasingly being used to model ground level ozone concentration data. This thesis is motivated by the need to perform practical data analysis, and to develop methods for modelling of ozone concentration data observed over a vast study region in the eastern United States (US). For the purposes of analysis, we use two space-time modelling strategies: the dynamic linear models (DLM) and the auto-regressive (AR) models and obtain predictions and forecasts for set aside validation data. These methods are developed under the Bayesian paradigm and MCMC sampling techniques are used to explore the posterior and predictive distributions. Particularly, for analysis, we use a subset data set from the state of New York to illustrate the methods. Both the DLM and AR modelling approaches are compared in detail using the predictive and forecast distributions induced by them. The comparisons are facilitated by a number of theoretical results. These show better properties for the AR models under some conditions, which have been shown to hold for the real life example that we considered. To address the challenge of modelling large dimensional spatio-temporal ozone concentration data, we adopt Gaussian predictive processes (GPP) technique and propose a rich hierarchical spatio-temporal AR model. The important utility of this method lies in the ability to predict the primary ozone standard at any given location for the modelled period from 1997-2006 in the eastern US. Different sensitivity analyses are performed, and, in addition, hold-out data sets are used for model validation. Specifically, this new modelling approach has been illustrated for evaluating meteorologically adjusted trends in the primary ozone standard in the eastern US over the 10 year period. This helps in understanding spatial patterns and trends in ozone levels, which in turn will help in evaluating emission reduction policies that directly affect many industries. Forecasting of ozone levels is also an important problem in air pollution monitoring. We compare different spatio-temporal models for their forecasting abilities. The GPP based models provide the best forecast for set aside validation data. In addition, in this thesis we use computer simulation model output as an explanatory variable for modelling the observed ozone data. Thus, the proposed methods can also be seen as a spatio-temporal downscaler model for incorporating output from numerical models, where the grid-level output from numerical models is used as a covariate in the point level model for observed data. This type of space and time varying covariate information enriches the regression settings like the methods used in this thesis. Currently there is no package available that can fit space-time environmental data using Bayesian hierarchical spatio-temporal models. In this thesis we, therefore, develop a software package named spTimer in R. The spTimer package with its ability to fit, predict and forecast using a number of Bayesian hierarchical space-time models can be used for modelling a wide variety of large space-time environmental data. This package is built in C language to be computationally efficient. However, this C-code is hidden from the user and the methods can be implemented by anyone familiar with the R language. This thesis can be extended in several ways for example, for multivariate data, for non-Gaussian first stage data, and for data observed in environmental monitoring of stream networks.

Μελέτη των ατμοσφαιρικών ρύπων στην πόλη της Πάτρας για το έτος 2010 με τη μέθοδο της ανάλυσης σε κύριες συνιστώσες και κάνοντας χρήση του στατιστικού πακέτου Minitab16 / Research on air pollutants in the city of Patras for the year 2010 using the method of Principal Components Analysis. The results are elaborated using the statistical program minitab16.

- / -

Les polluants atmosphériques de type oxydes d’azote (NOx), principalement constitués du NO, NO2 et leurs dérivés, représentent une énorme menace d’un point de vue environnemental et sanitaire. Leurs propriétés chimiques sont largement exploitées à l’échelle du vivant pour leur rôle dans divers processus de signalisation (systèmes nerveux et cardiovasculaire) ou l’élimination de pathogènes (système immunitaire). Néanmoins, des dérégulations dans la production cellulaire ou l’apport exogène de ces composés est à l’origine de nombreuses pathologies humaines (e.g. pulmonaires), généralement attribuées à la pollution. Toutefois, un grand nombre de microorganismes aéroportés sont continuellement exposés à ces composés délétères, intimement connectés aux espèces réactives de l’oxygène (ROS). Ainsi l’hypothèse de l’ensemble de ce travail a porté sur l’impact du NO2, NOx majoritairement retrouvés dans l’atmosphère, sur une souche aéroportée de P. fluorescens, espèce désormais associée aux voies aériennes et potentiellement pathogène. A l’issue d’une exposition à 45 ppm de NO2, la survie de P. fluorescens MFAF76a est significativement impactée suggérant un effet bactériostatique, conforté par l’impact observé sur le métabolisme énergétique. De plus, le NO2 induit un stress d’enveloppe via la perte d’un glycérophospholipide (UGP) et le remaniement de divers composants membranaires (LPS, peptidoglycane, acides gras). La pompe à efflux MexEF-OprN semblent participer à la stabilisation de la membrane et pourraient être également impliquée dans l’efflux des oxydes d’azotes, mécanismes confortés par l’étude d’un mutant MFAF76a-oprN. La porine majoritaire OprF semble également contribuer à la stabilisation de la membrane externe, néanmoins son implication reste à confirmer. De plus, une interconnexion entre ROS et NOx dans la signalisation (OxyR, IscR), et les mécanismes de détoxification, a été observée. La flavohémoprotéine Hmp semble être un élément crucial dans la détoxification des NOx chez P. fluorescens comme l’illustre un mutant MFAF76a-hmp. Les similitudes importantes entre les effets connus du NO et ceux observés lors d’une exposition au NO2 suggèrent une conversion non enzymatique du NO2, une fois pénétré dans la cellule, en NO. Désormais, une étude plus approfondie est nécessaire afin de décrypter (i) les mécanismes impliqués dans la régulation de la pompe à efflux RND MexEF-OprN et de la flavohémoprotéine Hmp, (ii) d’autres acteurs intervenant dans la réponse au stress d’enveloppe et la détoxification ainsi que (iii) le devenir de NO2 dans la cellule. / Nitrogen oxides (NOx) atmospheric pollutants, mainly constituted of NO, NO2 and derived compounds, are a big threat to the environment and health. Their chemical properties are largely exploited at the cellular scale for their role in diverse physiological processes such as signalisation (nervous and cardiovascular systems) or in pathogens eradication (immunity system).However, dysregulation in production pathways or exogenous input of these compounds lead to several pathologies (e.g. respiratory diseases), usually attributed to atmospheric pollution. However, a wide range of airborne microorganisms are constantly exposed to these deleterious compounds, intimately connected to reactive oxygen species (ROS). Thus, the hypothesis of this work deals with the impact of NO2, the main atmospheric NOx, on an airborne P. fluorescens, a strain usually neglected but yet associated with human airways, and potentially pathogenic. Following an exposure to 45 ppm of NO2, the survival of P. fluorescens MFAF76a is severely impaired, suggesting a bacteriostatic effect, as comforted by NO2 impact on energetic metabolism. Moreover, an exposure to NO2 induces an envelope stress through the loss of an Unknown Glycerophospholipid (UGP) and the reorganisation of membrane constituents (LPS, peptidoglycan, fatty acids). The efflux pump MexEF-OprN is involved in membrane stabilization and could also efflux NOx, as highlighted by a MFAF76a-oprN mutant. The major porin OprF could also contribute in external membrane stabilisation, however its implication is still under investigation. Moreover, ROS and NOx are interconnected as illustrated by their shared signalisation (OxyR, IscR) and detoxification pathways. The flavohemoprotein Hmp is a crucial element in the detoxification of NOx in P. fluorescens as illustrated in an MFAF76a-hmp mutant. The similarities between the known effects of NO and those observed in the case of an exposure to NO2, suggest a non-enzymatic conversion of NO2, following cell penetration, into NO. Henceforth, deeper studies are required to decode (i) the mechanisms involved in the regulation of the RND efflux pump MexEF-OprN and the flavohemoprotein Hmp, (ii) other relevant actor implicated in the envelope stress response and in detoxification pathways as well as (iii) the fate of NO2 within the cell.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την χρήση τεχνητών νευρωνικών δικτύων για την δημιουργία ενός αξιόπιστου μοντέλου πρόβλεψης της μέγιστης ημερήσιας συγκέντρωσης του τροποσφαιρικού όζοντος σε αστικό περιβάλλον. Η ανάλυση και η πρόβλεψη των επιπέδων της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, είναι σημαντικά θέματα της ατμοσφαιρικής και περιβαλλοντικής έρευνας, λόγω του αντίκτυπου που έχει η ατμοσφαιρική ρύπανση στην υγεία και την ποιότητα ζωής του ανθρώπου. Ένας από τους πιο σημαντικούς ρύπους είναι το τροποσφαιρικό όζον (O3), και ειδικότερα το όζον του κατώτερου οριακού στρώματος της ατμόσφαιρας (επιφανειακό ή surface ozone). Επομένως, η πρόβλεψη της μέγιστης συγκέντρωσης όζοντος στις πυκνοκατοικημένες αστικές περιοχές, είναι μεγάλης σπουδαιότητας για τον έλεγχο και τη βελτίωση της ποιότητας της ατμόσφαιρας. Μέχρι σήμερα, αν και διάφορα μοντέλα πρόβλεψης όζοντος έχουν ερευνηθεί, υπάρχει ακόμα η ανάγκη για ακριβέστερα μοντέλα, έτσι ώστε να αναπτυχθούν αποτελεσματικές στρατηγικές πρόληψης και ελέγχου σε περιπτώσεις που οι οριακές τιμές όζοντος ξεπερνιούνται πέρα από κάποιο συγκεκριμένο χρονικό διάστημα (επεισόδιο ρύπανσης). Χρησιμοποιήθηκαν χρονοσειρές συγκέντρωσης όζοντος και άλλων ρύπων που οδηγούν στην δημιουργία του, από το σταθμό της “Λυκόβρυσης” και του “Αμαρουσίου”, καθώς και μετεωρολογικά δεδομένα που σχετίζονται με την δημιουργία, καταστροφή και διασπορά ή διάχυση του όζοντος. Κατά τη βελτιστοποίηση του νευρωνικού δικτύου, δόθηκε έμφαση στην κατά το δυνατόν ακριβέστερη πρόγνωση των αυξημένων τιμών της συγκέντρωσης Ο3 (επεισόδια ρύπανσης για [Ο3] >=180 μg/m3), για τις οποίες απαιτείται η λήψη εκτάκτων μέτρων. Τα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα, όπως αποδείχθηκε, αποτελούν μια πολύ καλή εναλλακτική λύση ως προς τις παραδοσιακές στατιστικές τεχνικές, καθώς για την εκπαίδευσή τους χρησιμοποιούνται διαθέσιμα στοιχεία προηγούμενων μετρήσεων αλλά και λόγω της ικανότητάς τους να χειρίζονται δεδομένα με μη γραμμικές σχέσεις μεταξύ τους. Αρχικά δοκιμάστηκαν διαφορετικές αρχιτεκτονικές νευρωνικών δικτύων επιτρέπουν την κατηγοριοποίηση των πρότυπων δεδομένων εισόδου, όπως οι χάρτες Kohonen, τα δίκτυα επιβλεπόμενης κατηγοριοποίησης LVQ και τα στοχαστικά RBF δίκτυα με σκοπό το μοίρασμα των δεδομένων εισόδου σε κατηγορίες σύμφωνα με τα επίπεδα όζοντος. Στη συνέχεια ελέγχθηκε η δυνατότητα πρόβλεψης με την χρήση πολυστρωματικών αντιληπτήρων πρόσθιας τροφοδότησης (Multilayer Feed-Forward) και εποπτευόμενης μάθησης μέσω διόρθωσης σφάλματος με ανατροφοδότηση (Back Propagation), γνωστά ως ΜultiLayer Perceptrons ή MLPs που έδωσαν και τα καλύτερα αποτελέσματα. Η απόδοση ενός μοντέλου πρόβλεψης της συγκέντρωσης του όζοντος της χαμηλής τροπόσφαιρας μπορεί να κριθεί από το ποσοστό των επεισοδίων που θα προβλεφθούν σωστά από το μοντέλο, σε αντιδιαστολή με το ποσοστό των ψεύτικων-λανθασμένων συναγερμών (δηλ. προβλέψεις επεισοδίων ρύπανσης που δεν συνέβησαν στην πραγματικότητα). Ο δείκτης απόδοσης SI, είναι ο δείκτης υψηλότερης σπουδαιότητας καθώς αντιπροσωπεύσει την απόδοση στην πρόβλεψη των επεισοδίων αλλά και στην γενικότερη συμφωνία μεταξύ των προβλεφθέντων και παρατηρηθέντων δεδομένων. Στο σταθμό της “Λυκόβρυσης” ο δείκτης απόδοσης SI κυμάνθηκε από 0,943 έως 0,831 και ο λόγος των ψεύτικων συναγερμών FA από 0 έως 0,014 ενώ στο σταθμό του “Αμαρουσίου” ο δείκτης απόδοσης SI κυμάνθηκε από 0,777 έως 0,68 και ο λόγος των ψεύτικων συναγερμών FA από 0,211 έως 0,234. / This study deals with the use of artificial neural networks for ground-level ozone modeling in the Athens area. Forecasting next day’s maximum hourly ozone concentration is an important topic of air quality research nowadays. The continuing worldwide environmental problem suggests the need for more accurate forecasting models. Development of such models is a difficult task as the meteorological variables and the photochemical reactions involved in ozone formation are complex. Meteorological variables and concentrations of ozone and ozone precursors, from two monitoring stations “Lykovrisi” and “Marousi”, are used as inputs in order to obtain the best estimate of the next day’s maximum hourly ozone concentration. The violation of the European public information threshold (ozone episode), defined by control authorities, of 180 μg/m3 is successfully predicted in most cases. Neural networks seem to be very well situated since they allow for nonlinear relations among input variables. Several architectures of Neural Networks were tested but Multi-Layer Perceptrons (MLPs) came up with the best results. At “Lykovrisi” monitoring station the Success Index (SI) that is able to represent performance in forecasting exceedances as well as the overall goodness between predicted and measured data, varied from 0.943 to 0.831 and the fraction of False Alarms (FA) that represents predicted episodes that didn’t happen to the overall number of predicted episodes, varied from 0 to 0.014. At “Marousi” monitoring station the SI varied from 0.777 to 0.68 and the fraction of False Alarms (FA) from 0.211 to 0.234.

L'implémentation à large échelle de stratégies d’atténuation des émissions dans le secteur de l'agriculture, la forêt et autres usages des sols (AFOLU) pose des questions sur leur durabilité. Par exemple, les bio-fuels de seconde génération menacent la biodiversité et la reforestation d'espaces agricoles augmente le prix de l'alimentation. De plus, ces stratégies d’atténuation des émissions dépendent fortement des conditions socio-économiques décrivant le reste du système alimentaire (libéralisation du commerce agricole, développement économique, augmentation de la population...). Dans cette thèse, nous cherchons à préciser les impacts sur la biodiversité, l'alimentation et les émissions de gaz à effet de serre de différentes stratégies d’atténuation à large échelle dans le secteur AFOLU au regard de différentes situations socio-économiques. Pour cela, nous utilisons la modélisation prospective qui nous permet de simuler des scénarios décrivant l'évolution de l'usage des sols à l'échelle mondiale à l'horizon 2030, 2050 et 2100. Le couplage du modèle d'usage des sols Nexus Land-Use (NLU) avec le modèle de biodiversité Projecting Responses of Ecological Diversity In Changing Terrestrial Systems (PREDICTS) permet d’étudier l’impact de ces stratégies d’atténuation sur différentes composantes de la biodiversité. Le calcul de bilan d’azote permet quant à lui de préciser le lien entre l’intensification et sont impact environnemental.Dans la première partie du manuscrit de thèse, nous testons des scénarios d’augmentation de la production de légumineuse en Europe en évaluant les effets sur les émissions de gaz à effet de serre du secteur AFOLU. Nous montrons que le principal avantage environnemental des légumineuses est de fournir des protéines comme substitut aux produits d'origine animale plutôt que de permettre une réduction de la consommation d'engrais de synthèse par une fixation accrue de l'azote par les légumineuses. La majorité de la réduction d’émission a lieu dans le secteur de production animal et hors de l'Europe. Notons également l'importance des mécanismes indirects qui mène à une réduction des émissions de N2O associées à la fertilisation azotée dans le secteur végétal. La sensibilité de ces résultats à la combinaison du scénario de changement de régime alimentaire avec un scénario de reforestation nous amène à nous intéresser dans la suite aux interactions entre stratégies d’atténuation.Dans la seconde partie, nous étudions les compromis et les synergies entre conservation de la biodiversité et maintien de la sécurité alimentaire pour différents scénarios d’atténuation. La production à large échelle de bioénergie a des effets négatifs à la fois sur différents indicateurs de biodiversité (richesse spécifique et l’indicateur d'intégrité de la biodiversité) et sur la sécurité alimentaire (prix de l’alimentation et coût de production). Bien que présentant un compromis entre protection de la biodiversité et sécurité alimentaire, les combinaisons de changement de régime alimentaire et de scénario de reforestation permettent d’améliorer la biodiversité et la sécurité alimentaire dans de nombreux cas par rapport à une situation sans atténuation des émissions.Dans la troisième partie, nous comparons différentes évolutions de l'usage des sols à l'échelle mondiale en identifiant les scénarios qui permettent de ne pas dépasser les limites de la planète au regard d'indicateurs renseignant le cycle de l’azote, l'intégrité de la biosphère, les émissions de CO2 du secteur AFOLU et la conservation des forêts. Nous montrons que malgré l’incertitude régnant autour de la détermination des limites planétaires, les scénarios environnementaux qui permettent de rester de manière robuste au sein de ces limites planétaires sont constitués majoritairement de reforestation, de changement de régime alimentaire et d’augmentation de l’efficacité de l’utilisation des intrants dans la production végétale. / The large-scale implementation of emission reduction strategies in the agriculture, forestry and other land uses (AFOLU) sector raises questions about their sustainability. For example, second-generation bio-fuels threaten biodiversity and the reforestation of agricultural land increases food prices. In addition, these emission reduction strategies are highly dependent on socio-economic conditions describing the rest of the food system (agricultural trade liberalization, economic development, population growth, etc.). For example, an increase in food demand, due to population growth and economic development, can increase pressures on the food system, leading to ecosystem degradation and increased greenhouse gas emissions. In this thesis, we seek to clarify the impacts on biodiversity, food and greenhouse gas emission of large-scale mitigation strategies in the AFOLU sector under different socio-economic conditions. To do this, we used prospective modeling to simulate various global land uses in 2030, 2050 and 2100 under different scenarios. More specifically, to study the impact of different mitigation strategies on biodiversity indicators, we coupled the Nexus Land-Use (NLU) model with the Projecting Responses of Ecological Diversity In Changing Terrestrial Systems (PREDICTS) biodiversity model. A nitrogen balance is also built to specify the link between intensification and environmental impact.In the first chapter, we assessed the impact of scenarios of increased legume production in Europe on greenhouse gas emissions in the AFOLU sector. We found that the main environmental benefit of legumes is to provide proteins as a substitute for animal products rather than enabling a lower consumption of synthetic fertilizer through the increased leguminous nitrogen fixation. Most of the emission reduction takes place in the animal production sector and outside Europe. This first chapter also highlights the importance of indirect mechanisms that lead to a reduction in N2O emissions associated with nitrogen fertilization in the plant sector. The sensitivity of these results to different reforestation scenario led me to then focus on the interactions between mitigation strategies.In the second chapter, we analyzed the trade-offs and synergies between biodiversity and food security for different combinations of mitigation scenarios. Large-scale bioenergy production had negative effects on different biodiversity indicators (species richness and biodiversity intactness index) as well as on different food security indicators (food prices and production costs). Although presenting a trade-off between biodiversity protection and food security, a combination of diet change and reforestation scenarios can improve biodiversity and food security in many cases compared to a situation without mitigation.In a third chapter, we identified global land-use scenarios that ensure to stay within planetary boundaries in terms of nitrogen cycle, biosphere integrity, non-CO2 emissions from the AFOLU sector and forest conservation. We showed that despite the uncertainty surrounding the determination of global boundaries, the most robust environmental scenarios that ensure to stay within these global boundaries are mainly composed of reforestation, dietary changes and increased efficiency in the use of inputs in crop production.

La pollution atmosphérique résulte d’un mélange complexe de composés, des gaz et des particules, dont les effets sont notoirement néfastes. Les composés organiques volatils (COV) tiennent un rôle prépondérant dans la chimie atmosphérique et sont précurseurs d’ozone et d’aérosols organiques secondaires (AOS). En Île-de-France, l’exposition à la pollution est préoccupante ; or, des incertitudes significatives sont toujours associées aux sources de polluants, ainsi qu’à leur intensité et leurs variabilités à différentes échelles de temps et très peu d’investigations ont porté sur la quantification de l’exposition individuelle. Dans ce contexte, cette thèse a cherché à mieux caractériser les variabilités temporelle et spatiale de la pollution en Île-de-France.La fiabilité discutable des capteurs portables a été dépassée par l’élaboration d’un protocole de sélection et de qualification comprenant différents tests en mesures fixes, en chambre et en mobilité. Cette nouvelle méthodologie, basée notamment sur l’utilisation d’un outil combinant différents indicateurs statistiques, a été appliquée pour retenir l’AE51, le Cairclip et le Canarin, mesurant respectivement le carbone suie (BC), le dioxyde d’azote (NO2) et les particules (PM).Ces trois capteurs ont été déployés au cours de campagnes de mesures impliquant une trentaine de volontaires. L’exposition individuelle ainsi quantifiée est plus élevée à l’automne qu’au printemps et varie de manière substantielle en fonction des différents environnements fréquentés. La proximité de la circulation routière (pour le BC et le NO2) ainsi que les activités de cuisine et la fumée de tabac (pour les PM) présentent des contributions importantes à l’exposition totale (jusqu’à 34 %, 26 % et 44 % respectivement), alors même que le temps passé dans ces environnements est faible.En plus du trafic routier, le BC est traditionnellement imputé au feu de bois. Une campagne hivernale de mesures (3,5 mois) a permis d’imputer respectivement 22 % et 47 % des COV mesurés à ces deux sources. Certains composés ont été mesurés et associés au feu de bois pour la première fois en air ambiant comme le benzènediol et le méthylbutènone. Une comparaison avec l’inventaire régional des émissions a permis d’identifier des similitudes et des différences pour proposer des améliorations. / Air pollution results from a complex mixture of compounds, gases and particulate matter, whose effects have proven to be harmful. Volatile organic compounds (VOCs) play a major role in atmospheric chemistry and are precursors of ozone and secondary organic aerosols (SOAs). In Île-de-France, exposure to pollution is a concern; however, significant uncertainties are still associated with the pollutants’ sources, as well as their intensity and variability at different time scales, and very few investigations have focused on quantifying personal exposure. In this context, this research sought to better characterize the temporal and spatial variabilities of pollution in Île-de-France.The questionable reliability of portable sensors has been addressed by the design of a selection and qualification protocol including various tests in static measurements, controlled chamber and mobility. This new methodology, based in particular on the use of a tool combining different statistical indicators, was applied to choose the AE51, Cairclip and Canarin, measuring black carbon (BC), nitrogen dioxide (NO2) and particulate matter (PM) respectively.These three sensors were deployed during measurement campaigns involving about thirty volunteers. The personal exposure thus quantified is higher in fall than in spring and varies substantially according to the different environments frequented. Proximity to road traffic (for BC and NO2) as well as cooking activities and tobacco smoke (for PM) make significant contributions to total exposure (up to 34 %, 26 % and 44 % respectively), even though the time spent in these environments is short.In addition to road traffic, BC is traditionally attributed to wood burning. A winter measurement campaign (3.5 months) attributed respectively 22 % and 47 % of the measured VOCs to these two sources. Compounds including benzenediol and methylbuteone were measured and associated with wood burning for the first time in ambient air. A comparison with the regional emissions inventory identified similarities as well as differences and suggested improvements.

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.