Ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου συστήματος προσομοίωσης του ατμοσφαιρικού κύκλου του υδραργύρου
Authors: Βουδούρη Αντιγόνη 
Published: January 2014

Το πρόβλημα της ρύπανσης από τον υδράργυρο αποτελεί αντικείμενο έρευνας από τα μέσα του 20ου αιώνα όταν οι επιπτώσεις του υδράργυρου στην ανθρώπινη υγεία άρχισαν να γίνονται αισθητές. Σήμερα είναι γνωστό ότι ο υδράργυρος εκπέμπεται στην ατμόσφαιρα από φυσικές (μανδύας της γης, ηφαίστεια) και ανθρωπογενείς πηγές (καύση ορυκτών καυσίμων, πύρωση μεταλλευμάτων, παραγωγή χλωραλκαλίων) ενώ σημαντικές ποσότητες του ρύπου που έχουν προηγούμενα εναποτεθεί στην επιφάνεια, εκπέμπονται πάλι στην ατμόσφαιρα με τη διαδικασία της επανεκπομπής. Σε αντίθεση με τους συμβατικούς ρύπους αποδεικνύεται ότι τα διάφορα είδη του υδράργυρου μεταφέρονται σε μικρές, ενδιάμεσες και μεγάλες αποστάσεις από την πηγή. Στα πλαίσια της διατριβής αυτής αναπτύχθηκε ένα ολοκληρωμένο σύστημα προσομοίωσης του κύκλου του υδραργύρου (RAMS-Hg) με την αξιοποίηση του ατμοσφαιρικού μοντέλου RAMS (Regional Atmospheric Modeling System ). Το RAMS-Hg παρέχει τη δυνατότητα προσδιορισμού των ατμοσφαιρικών συγκεντρώσεων των κυριότερων ειδών υδραργύρου που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα, του στοιχείου του (Hg0), του δισθενούς (Hg2) και των σωματιδίων (HgP) αλλά και των εναποτιθέμενων ποσοτήτων του. Αυτό επιτυγχάνεται με τη βελτίωση της παραμετροποίησης των διεργασιών του υδραργύρου στην ατμόσφαιρα, με την ανάπτυξη αλγορίθμων για την περιγραφή διαδικασιών που δεν περιλαμβάνονται στα υφιστάμενα μοντέλα προσομοίωσης του κύκλου του ρύπου στην ατμόσφαιρα και κυρίως με την ενσωμάτωση αυτών των αλγορίθμων στο ατμοσφαιρικό μοντέλο. Οι αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν εστιάζονται στην παραμετροποίηση των ανταλλαγών του ρύπου ανάμεσα στην ατμόσφαιρα και την επιφάνεια, ενώ βασικές διεργασίες, όπως η διάχυση, η οριζόντια και κατακόρυφη μεταφορά που υπήρχαν στο ατμοσφαιρικό μοντέλο για αδρανή στοιχεία τροποποιήθηκαν ανάλογα. Ταυτόχρονα ελέγχθηκε η δυνατότητα απόκρισης των προτεινόμενων αλγορίθμων στις μεταβολές των παραγόντων που επιδρούν στη διαδικασία αλληλεπίδρασης του ρύπου με την επιφάνεια. Ειδικότερα εξετάστηκε η απόκριση τους σε μεταβολές μεγεθών όπως η ταχύτητα ξηρής εναπόθεσης, η θερμοκρασία του εδάφους, η ταχύτητα τριβής και η ταχύτητα του ανέμου. Έμφαση δόθηκε στην παραμετροποίηση της διαδικασίας υγρής εναπόθεσης καθώς αυτή ενσωματώθηκε στο υπάρχον σχήμα μικροφυσικής νεφών του ατμοσφαιρικού μοντέλου. Η προτεινόμενη μέθοδος συμβάλλει έτσι στην εξασθένιση των αβεβαιοτήτων που σχετίζονται με τα μετεωρολογικά δεδομένα εισόδου καθώς τόσο η μετεωρολογία όσο και οι μεταβολές που υφίσταται ο υδράργυρος στην ατμόσφαιρα προσδιορίζονται παράλληλα. Τα πλεονεκτήματα της προτεινόμενης προσέγγισης εξετάστηκαν σε σχέση με το CMAQ-Hg που χρησιμοποιήθηκε από τους Bullock and Brehme (2002) για τον προσδιορισμό της υγρής εναπόθεσης υδραργύρου στην περιοχή των ΗΠΑ. Το RAMS-Hg εφαρμόστηκε επίσης για την ευρύτερη περιοχή της Ευρώπης και της Μεσογείου για τέσσερις πειραματικές περιόδους αντίστοιχες των εποχών του έτους. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων για την Ευρώπη συγκρίθηκαν με αντίστοιχες μετρήσεις των συγκεντρώσεων του ρύπου. Από την ανάλυση των αποτελεσμάτων διαπιστώθηκε ότι το μοντέλο παρέχει τη δυνατότητα για αξιόπιστη αναπαράσταση των συγκεντρώσεων του ρύπου στην ατμόσφαιρα και της εναποτιθέμενης ποσότητας του στην επιφάνεια του πλανήτη