Simulating the atmospheric primary and secondary biomass burning organic aerosols
Authors: Θεοδωρίτση Γεωργία 
Published: September 2021

Το τρισδιάστατο μοντέλο ατμοσφαιρικής χημικής μεταφοράς PMCAMx επεκτάθηκε για να εξετάσει τις επιπτώσεις της μεταφοράς και της φωτοχημικής γήρανσης των αέριων και σωματιδιακών εκπομπών καύσης βιομάζας. Το νέο μοντέλο ονομάζεται PMCAMx-SR και προσομοιώνει ξεχωριστά από τους υπόλοιπους ρύπους τις οργανικές ενώσεις οι οποίες εκπέμπονται από την καύση βιομάζας καθώς και τα προϊόντα οξείδωσής τους. Το μοντέλο χρησιμοποιεί τα τελευταία δεδομένα από εργαστηριακά πειράματα για την περιγραφή των εκπομπών και των αντίστοιχων φυσικοχημικών διεργασιών. Το PMCAMx-SR εφαρμόσθηκε τόσο στην Ευρώπη όσο και στις ΗΠΑ κατά την διάρκεια χαρακτηριστικών καλοκαιρινών και χειμερινών περιόδων. Στην περίπτωση της Ευρώπης οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι η συνεισφορά των εκπομπών από καύση βιομάζας κατά τη διάρκεια της χειμερινής περιόδου είναι μια από τις πιο σημαντικές πηγές ατμοσφαιρικής ρύπανσης λόγω της εκτεταμένης οικιακής καύσης ξύλων. Στη περίπτωση της Αμερικής οι προσομοιώσεις έδειξαν την σημασία των διεργασιών παραγωγής δευτερογενών σωματιδίων από τα οργανικά αέρια που εκπέμπονται από τις φωτιές. Οι χημικές αυτές διεργασίες διπλασιάζουν τις συγκεντρώσεις των αντίστοιχων σωματιδίων από φωτιές τους καλοκαιρινούς μήνες και αυξάνουν την περιοχή επίδρασης μια φωτιάς σε πάνω από χίλια χιλιόμετρα. Στην επόμενη φάση της εργασίας ο κύριος στόχος ήταν η μελέτη των ελεγχόμενων πυρκαγιών οι οποίες ανάβονται σκόπιμα από τα τοπικά δασαρχεία υπό συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες, προκειμένου να μειωθεί η συσσώρευση καυσίμων και να μειωθεί η πιθανότητα μεγάλων πυρκαγιών. Οι δραστηριότητες ελεγχόμενων πυρκαγιών ήταν περιορισμένες κατά τους καλοκαιρινούς μήνες, αλλά τοπικά έντονες την άνοιξη και το καλοκαίρι συνεισφέροντας 20-40% των εκπομπών από καύση βιομάζας στις ΗΠΑ λόγω των επικρατούντων καιρικών συνθηκών. Τοπικά οι ελεγχόμενες πυρκαγιές οδηγούν σε συγκεντρώσεις σωματιδίων που ξεπερνούν τα όρια για τα σωματίδια για μια ή περισσότερες ημέρες αλλά η μέση τους συνεισφορά στην μέση ρύπανση των ΗΠΑ είναι μικρή. Τα επίπεδα του δευτερογενούς οργανικού αεροζόλ από ελεγχόμενες πυρκαγιές 500-700 km μακριά από την πηγή καύσης αγγίζουν περίπου τα 2 μg m-3 υπογραμμίζοντας την έκταση της επίδρασης γενικά των πυρκαγιών. Σε σύγκριση με τις ανεξέλεγκτες φωτιές τα προβλήματα ατμοσφαιρικής ρύπανσης από τις ελεγχόμενες πυρκαγιές είναι πολύ μικρότερα. Στο τελικό στάδιο, διερευνήθηκε η σημασία των οργανικών εκπομπών ενδιάμεσης πτητικότητας από τις φωτιές για την παραγωγή δευτερογενών σωματιδίων. Εφαρμόστηκε στο PMCAMx-SR ένα εναλλακτικό σχήμα προσομοίωσης των εκπομπών από καύση βιομάζας που βασίσθηκε σε πρόσφατα εργαστηριακά πειράματα. Το μοντέλο εφαρμόσθηκε στην Αμερική για διάφορες περιόδους και τα αποτελέσματά του συγκρίθηκαν με αυτά του βασικού μοντέλου. Η ανάλυση ανέδειξε την ιδιαίτερα σημαντική επίδραση της κατανομής πτητικότητας και των χημικών αντιδράσεων των οργανικών αερίων ενδιάμεσης πτητικότητας που μπορούν να αυξήσουν 5-10 φορές τις συγκεντρώσεις των αντίστοιχων οργανικών σωματιδίων. Το νέο σχήμα οδήγησε σε μικρή βελτίωση των προβλέψεων την άνοιξη αλλά σε υπερεκτίμηση των συγκεντρώσεων το καλοκαίρι και σε περιόδους με έντονη φωτοχημεία. Πρόσθετη μελέτη των αντιδράσεων παραγωγής δευτερογενών οργανικών σωματιδίων από εκπομπές φωτιών σε διαφορετικές περιόδους θα βοηθούσε στο μέλλον.