Quantifying air pollution from ship and road traffic emissions in urban areas using computational fluid dynamics dispersion modelling
Authors: Μπόικος Χρήστος-Καλλίνικος 
Published: July 2024

Η διδακτορική διατριβή διερευνά την τοπικής κλίμακας ρύπανση των πλοίων πλέον της αντίστοιχης ρύπανσης από την οδική κυκλοφορία σε αστικές περιοχές, μοντελοποιώντας τη διασπορά των ρύπων με τεχνικές τεχνολογικής αιχμής. Για το σκοπό αυτό εφαρμόζεται μοντελοποίηση Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής (ΥΡ), καθώς αποτελεί μία ευρέως διαδομένη και αξιόπιστη μέθοδο προσομοίωσης της ροής του αέρα μέσα σε αστικά περιβάλλοντα με έντονα τυρβώδη πεδία ανέμου. Η αρχική στόχευση της διατριβής είναι η εξέταση των δυνατοτήτων της ΥΡ σχετικά με την προσομοίωση της διασποράς των ρύπων μέσα σε αστικά περιβάλλοντα. Για το σκοπό αυτό εφαρμόστηκε μοντέλο ΥΡ στην περιοχή Μονγκ Κοκ, η οποία είναι μια πυκνοκατοικημένη περιοχή του Χονγκ Κονγκ με έντονο κυκλοφοριακό φόρτο. Για την αποτελεσματική εφαρμογή του μοντέλου αξιοποιήθηκαν μετεωρολογικά δεδομένα, δεδομένα εκπομπών κυκλοφορίας με υψηλή χρονική διακριτότητα (10 λεπτά) και μετρήσεις συγκεντρώσεων υποβάθρου αλλά και σε επίπεδο δρόμου. Χάρη στην αξιοποίηση όλων αυτών των δεδομένων επιβεβαιώθηκε η αξιοπιστία του μοντέλου ΥΡ στην προσομοίωση της διασποράς των ρύπων. Συγκεκριμένα, η μέση απόκλιση του μοντέλου από τις μετρημένες συγκεντρώσεις για διάφορους ρύπους (NOx, CO και PM10) κυμάνθηκε από 0,7% έως 18,8%. Επιπλέον, το μοντέλο ΥΡ χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία χαρτών ημερήσιας κατανομής συγκέντρωσης για την υπό μελέτη περιοχή, παρέχοντας χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με την κατανομή της ρύπανσης από την οδική κυκλοφορία. Έχοντας εφαρμοσθεί και επικυρωθεί σε ό,τι αφορά τη μοντελοποίηση της διασποράς των ρύπων από την οδική κυκλοφορία, το μοντέλο ΥΡ εφαρμόσθηκε για τη μελέτη της διασποράς των πλουμίων από τα πλοία σε λιμενικές περιοχές. Το λιμάνι της Μασσαλίας χρησιμοποιήθηκε ως μελέτη περίπτωσης. Οι προβλέψεις του μοντέλου ΥΡ συγκρίθηκαν με μετρήσεις από δύο σταθμούς παρακολούθησης ποιότητας αέρα, που ήταν τοποθετημένοι εντός του λιμανιού και μετρούσαν συγκεντρώσεις CO2, CO, NOx, SO2 και PM από τα πλούμια μεμονωμένων πλοίων που αναχωρούσαν από το λιμάνι. Το μοντέλο εκτίμησε αποτελεσματικά τις συγκεντρώσεις των ρύπων στην περιοχή των σταθμών, με μία μέση απόκλιση μόλις 8,2% από τις μετρήσεις. Έχοντας επικυρώσει την αξιοπιστία του μοντέλου στη μελέτη περίπτωσης της Μασσαλίας, εξετάσθηκε η επίδραση διαφόρων παραγόντων, που σχετίζονται με τη διασπορά του πλουμίου, στην αέρια ρύπανση σε επίπεδο πεζοδρομίου. Η ταχύτητα του ανέμου, η θερμοκρασία και το ύψος του φουγάρου του πλοίου αναδείχθηκαν ως οι βασικοί παράγοντες ρύπανσης, επηρεάζοντας τις συγκεντρώσεις ρύπων έως και 78% για τη συγκεκριμένη μελέτη περίπτωσης. Αξίζει να σημειωθεί ότι το μοντέλο ΥΡ αποδείχθηκε εφαρμόσιμο σε διάφορα σενάρια ρύπανσης που περιλαμβάνουν στρατηγικές μείωσης των εκπομπών και διαφορετικές πηγές εκπομπών, όπως η οδική κυκλοφορία. Η παρούσα διατριβή αναδεικνύει τη μοντελοποίηση με ΥΡ ως αποτελεσματικό εργαλείο για τη μελέτη της αέριας ρύπανσης σε αστικά περιβάλλοντα. Με τη δυνατότητα προσομοίωσης της διασποράς των ρύπων από τις εκπομπές των πλοίων και της οδικής κυκλοφορίας σε σύνθετα αστικά περιβάλλοντα, αυτή η προσέγγιση μοντελοποίησης μπορεί προσφέρει σημαντικές δυνατότητες στους υπεύθυνους χάραξης πολιτικής και τις τοπικές αρχές των πόλεων. Ενδεικτικές εφαρμογές περιλαμβάνουν την καλύτερη ενημέρωση σχετικά με την ποιότητα αέρα στα λιμάνια, τον βελτιωμένο αστικό σχεδιασμό και την ενημέρωση στρατηγικών διαχείρισης κυκλοφορίας.