Study of the contribution of anthropogenic and natural emissions to atmospheric pollution levels
Authors: Λιώρα Ναταλία 
Published: August 2021

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη της συνεισφοράς των φυσικών και ανθρωπογενών πηγών εκπομπής στα επιπεδα σωματιδιακής ρύπανσης στην Ευρώπη. Οι φυσικές εκπομπές διαδραματίζουν ένα σημαντικό ρόλο στις διεργασίες της ατμόσφαιρας επιδρώντας στο κλίμα, την ποιότητα της ατμόσφαιρας και την ανθρώπινη υγεία. Γι’ αυτό το λόγο, οι φυσικές εκπομπές θα πρέπει να συμπεριλαμβάνονται στα χημικά μοντέλα ετσι ώστε να συμβάλλουν στη βελτίωση των προσομοιώσεων της ποιότητας της ατμόσφαιρας. Οι φυσικές εκπομπές υπολογίζονται με τη χρήση του μοντέλου Natural Emissions Model (ΝΕΜΟ). Το ΝΕΜΟ χρησιμοποιείται για την ποσοτικοποίηση των σωματιδιακών εκπομπών που προέρχονται από τη σκόνη από το έδαφος, το αλάτι της θάλασσας και τα βιολογικά αιωρούμενα σωματίδια (PBAPs) καθώς και των βιογενών εκπομπών από τη βλάστηση. Για την εφαρμογή του ΝΕΜΟ χρησιμοποιούνται μετεωρολογικά δεδομένα από το μοντέλο Weather Research and Forecasting (WRF). Τα δύο μοντέλα εφαρμόστηκαν σε δύο πλέγματα διαφορετικής χωρικής ανάλυσης που καλύπτουν την Ευρώπη και τα Βαλκάνια, αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα των φυσικών εκπομπών αναλύονται χρονικά και χωρικά σε συνδυασμό με την εξάρτηση αυτών από τη μετεωρολογία. Οι φυσικές εκπομπές χαρακτηρίζονται γενικά από μεγάλες γεωγραφικές και εποχιακές μεταβολές. Οι εκπομπές από τη σκόνη του εδάφους είναι μέγιστες τους θερινούς μήνες στη Νότια Ευρώπη ενώ οι εκπομπές από το αλάτι της θάλασσες εμφανίζουν μέγιστο στον Ατλαντικό Ωκεανό κατά τη διάρκεια της ψυχρής περιόδου. Στη Μεσόγειο θάλασσα, οι μέγιστες εκπομπές από το θαλάσσιο αλάτι παρουσιάζονται κυρίως στο Αιγαίο Πέλαγος κατά τη θερινή περίοδο. Τα βιολογικά αιωρούμενα σωματίδια παρουσιάζουν μέγιστο το καλοκαίρι ενώ σε χωρικό επίπεδο, οι ελάχιστες εκπομπές παρατηρούνται στη Σκανδιναβία ενώ στην υπόλοιπη Ευρώπη δεν παρουσιάζεται ιδιαίτερη χωρική διακύμανση. Οι ανθρωπογενείς σωματιδιακές εκπομπές βασίζονται σε μία Ευρωπαϊκή βάση δεδομένων και υπολογίζονται με τη χρήση του μοντέλου ανθρωπογενών εκπομπών Model for the Spatial and Temporal Distribution of Emissions (MOSESS). Στη διατριβή παρουσιάζεται η συνεισφορά των φυσικών και ανθρωπογενών εκπομπών στις συνολικές σωματιδιακές εκπομπές στην Ευρώπη. Τα αποτελέσματα των φυσικών (σκόνη, αλάτι, βλάστηση (βιογενείς εκπομπές)) και ανθρωπογενών εκπομπών ενσωματώνονται σε σύστημα μοντέλων που απαρτίζεται από το μετεωρολογικό μοντέλο WRF και το φωτοχημικό μοντέλο Air Quality Model with Extensions (CAMx) για να μελετηθεί η συνεισφορά των φυσικών εκπομπών στην ποιότητα της ατμόσφαιρας. Το σύστημα μοντέλων εφαρμόζεται για διαφορετικά σενάρια εκπομπών έτσι ώστε να μελετηθεί ξεχωριστά η συνεισφορά της εκάστοτε φυσικής πηγής εκπομπών αλλά και η συνολική συνεισφορά από όλες τις φυσικές πηγές. Τα αποτελέσματα του μοντέλου δείχνουν ότι η σκόνη από το έδαφος αυξάνει τα μέσα μηνιαία επίπεδα συγκεντρώσεων των ΡΜ10 κατά 7μg/m3 στην περιοχή της Ανατολικής Μεσογείου το καλοκαίρι ενώ το αλάτι της θάλασσας έχει μια πολύ σημαντική επίδραση στα επίπεδα σωματιδιακής ρύπανσης αυξάνοντας τις συγκεντρώσεις των ΡΜ10 κατά περίπου 10μg/m3 στο Αιγαίο Πέλαγος το καλοκαίρι και στον Ατλαντικό Ωκεανό το φθινόπωρο. Οι βιογενείς εκπομπές συμβάλλουν στην αύξηση των δευτερογενών οργανικών σωματιδίων με αποτέλεσμα την αύξηση των επιπέδων σωματιδιακής ρύπανσης κυρίως το καλοκαίρι σε περιοχές με μεγάλη συνεισφορά των βιογενών εκπομπών (π.χ. Βόρεια Ευρώπη) ενώ συμβάλλουν στη μείωση των θειϊκών και νιτρικών σωματιδίων σε περιοχές της Κεντρικής Ευρώπης ή της Ανατολικής Μεσογείου λόγω της συμβολής τους στη μείωση των επιπέδων υδροξυλίου στην ατμόσφαιρα.Για την αξιολόγηση του συστήματος μοντέλων χρησιμοποιούνται μετρήσεις αιωρούμενων σωματιδίων που συλλέχθηκαν από διάφορους σταθμούς μέτρησης της Ευρώπης. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ικανοποιητική επίδοση του μοντέλου και καλή προσομοίωση των φυσικών εκπομπών.