Αριθμητικές προσομοιώσεις ατμοσφαιρικής χημείας και μεταφοράς με έμφαση στην οξειδωτική ικανότητα της τροπόσφαιρας και τα οργανικά αερολύματα
Authors: Δασκαλάκης Νικόλαος 
Published: August 2021

Η ικανότητα των αριθμητικών μοντέλων προσομοίωσης της σύστασης της ατμόσφαιρας να αναπαράγουν τις χημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στην ατμόσφαιρα και τα επίπεδα των ρύπων περιορίζεται από την κατανόηση των εμπλεκόμενων διεργασιών και τις αναγκαίες προσεγγίσεις για την παραμετροποίηση τους στα εν λόγω μοντέλα. Δεδομένα εισόδου του μοντέλου, όπως δεδομένα εκπομπών ρύπων και μετεωρολογία σχετίζονται με κάποιες από αυτές τις διεργασίες. Οι εκπομπές ρύπων αποτελούν σημαντικό σημείο ενδιαφέροντος για τις περιβαλλοντικές επιστήμες, τόσο λόγω της επίδρασης τους στην ποιότητα του αέρα, την υγεία και το κλίμα, όσο λόγω της αβεβαιότητας τους που μεταφέρεται στους περιβαλλοντικούς υπολογισμούς. Κατά συνέπεια, τόσο η ανάπτυξη βάσεων δεδομένων εκπομπών όσο και η επίδραση αυτών στις προσομοιώσεις της χημικής σύστασης της ατμόσφαιρας είναι στο κέντρο των περιβαλλοντικών μελετών.Η παρούσα μελέτη στοχεύει στην βελτίωση και αξιολόγηση της αξιοπιστίας ενός παγκόσμιας κλίμακας 3-διάστατου μοντέλου μεταφοράς και χημείας και την μετέπειτα χρήση του για την εκτίμηση της αποτελεσματικότητας των μέτρων που έχουν ληφθεί για τη μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στον πλανήτη μας κατά τις τελευταίες δεκαετίες. Κατ’ αρχάς εξετάζονται και αξιολογούνται οι διαφορετικές διεργασίες που αφορούν στην προσομοίωση των οργανικών αερολυμάτων στην ατμόσφαιρα, χρησιμοποιώντας αποτελέσματα προσομοίωσης από 31 διαφορετικά μοντέλα μεταφοράς και χημείας και μοντέλα γενικής κυκλοφορίας. Η σημαντικότητα των διαφορετικών παραμέτρων και διεργασιών αξιολογείται με σύγκριση των αποτελεσμάτων των μοντέλων μεταξύ τους, αλλά και με μετρήσεις. Στην συνέχεια μελετάται η επίδραση των εκπομπών από πυρκαγιές στα επίπεδα ρύπων στην τροπόσφαιρα, καθώς και στους χρόνους ζωής των ρύπων και οι διαφορές που προκύπτουν σε αυτά από τη χρήση διαφορετικών βάσεων δεδομένων εκπομπών καθώς και οι διαφορετικές θεωρήσεις της κατανομής των εκπομπών με το ύψος στην ατμόσφαιρα. Οι διαφορές στα επίπεδα των ρύπων στην ατμόσφαιρα που προκαλούνται από την επιλογή της βάσης δεδομένων εκπομπών κυμαίνονται παγκοσμίως από -30% έως 30% και μπορούν να φτάσουν τοπικά μέχρι και ένα παράγοντα 7 διαφοράς, ιδιαίτερα στα σωματίδια. Επίσης οι φωτιές παρουσιάζουν επίδραση στα επίπεδα του ισοπρενίου, ενός κατ’ εξοχήν βιογενούς ρύπου, λόγω της επίδρασης των εκπεμπόμενων ενώσεων στα οξειδωτικά της ατμόσφαιρας. Ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι η παρουσία πυρκαγιών προκαλεί μια χημική ανάδραση που επιφέρει σημαντική αύξηση στα επίπεδα των δευτερογενών αερολυμάτων που παράγονται από το ισοπρένιο.Τέλος εξετάζονται και αξιολογούνται τα μέτρα που έχουν ληφθεί για μείωση των εκπομπών ατμοσφαιρικών ρύπων ή και προδρόμων ενώσεών τους, τόσο στην αέρια όσο και τη σωματιδιακή φάση. Πραγματοποιήθηκαν 3 διαφορετικές διαχρονικές προσομοιώσεις της σύστασης της ατμόσφαιρας τη τελευταία 30-ετία, με χρήση σεναρίων εκπομπών που λαμβάνουν ή αγνοούν την επίδραση των εφαρμοσμένων κανονισμών μείωσης των εκπομπών. Από αυτές υπολογίζεται το ύψος του ατμοσφαιρικού οφέλους που έχουν επιφέρει τα μέτρα αυτά σε σύγκριση με παρελθοντικές συγκεντρώσεις αλλά και με υποθετικές εκτιμήσεις των επιπέδων τους χωρίς τα αντιρρυπαντικά μέτρα, τόσο σε παγκόσμια κλίμακα όσο και περιοχικά. Τέλος ποσοτικοποιείται και αξιολογείται η μεταβολή της εποχικής διακύμανσης αερίων και σωματιδιακών ρύπων. Υπολογίζονται μετακινήσεις στην εποχικότητα καθώς και μεταβολές του εύρους των επιπέδων από εποχή σε εποχή.