Μελέτη της επίδρασης των παραγόντων που ευνοούν τη δημιουργία και συσσώρευση όζοντος στην περιοχή της Αττικής με τη μέθοδο της αριθμητικής προσομοίωσης
Authors: Μποσιώλη Ελισσάβετ 
Published: January 2014

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η συστηματική διερεύνηση με τη μέθοδο της αριθμητικής προσομοίωσης των παραγόντων που ευνοούν το σχηματισμό και τη συσσώρευση όζοντος στην ευρύτερη περιοχή της Αθήνας καθώς επίσης και η υπόδειξη ελλείψεων και αβεβαιοτήτων που σχετίζονται τόσο με τα υφιστάμενα φωτοχημικά αριθμητικά μοντέλα όσο και με τα δεδομένα εισόδου τους για την περιοχή της Αθήνας. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκε ένα πλήθος αριθμητικών πειραμάτων και ελέγχων ευαισθησίας με δύο φωτοχημικά μοντέλα, ένα Eulerian και ένα μονοδιάστατο. Στα πλαίσια της διατριβής πραγματοποιήθηκε: α) βελτίωση των δεδομένων εισόδου εκπομπών (επικαιροποίηση των ανθρωπογενών εκπομπών, εκτίμηση της χωροχρονικής κατανομής των βιογενών εκπομπών) αξιοποιώντας νέες τεχνικές όπως οι δορυφορικές εικόνες; β) ανάπτυξη δύο κατανομών επιμέρους οργανικών ενώσεων για την περιγραφή της σύστασης του οργανικού μίγματος στο αστικό περιβάλλον και στο αστικό πλούμιο της Αθήνας; γ) ακριβέστερος προσδιορισμός των οριακών συνθηκών στα πλευρικά όρια της περιοχής προσομοίωσης βάσει μεθοδολογίας που αναπτύχθηκε για τη σύζευξη ενός παγκόσμιας κλίμακας μοντέλου και του μοντέλου περιοχικής κλίμακας; δ) έλεγχος ευαισθησίας των πεδίων συγκεντρώσεων όζοντος σε διάφορες μετεωρολογικές παραμέτρους και στον τρόπο εφαρμογής του μετεωρολογικού μοντέλου; ε) ενσωμάτωση της επίδρασης των αστικών περιοχών της πόλης μέσω της διόρθωσης των πεδίων ανέμου του μετεωρολογικού μοντέλου ΜΜ5; στ) εφαρμογή τριών χημικών μηχανισμών: CB-IV, αρχική έκδοση του αναλυτικού μηχανισμού SAPRC-99, τροποποιημένη έκδοση του μηχανισμού SAPRC-99 για την οποία εκτιμήθηκαν εκ νέου όλες οι μηχανικές και κινητικές παράμετροι ούτως ώστε να αντανακλούν τη σύσταση του οργανικού μίγματος των αστικών και περιαστικών περιοχών της Αθήνας (εφαρμογή μονοδιάστατου χημικού μοντέλου). Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της μεθοδολογίας που ακολουθήθηκε στηρίχτηκε στη σύγκριση με διαθέσιμα πειραματικά στοιχεία και στον υπολογισμό στατιστικών παραμέτρων που προτείνονται από την Υπηρεσία περιβάλλοντος της Αμερικής. Τα σημαντικότερα συμπεράσματα που προέκυψαν είναι: Το όζον υποβάθρου και η ακριβής προσομοίωσης της κυκλοφορίας των συστημάτων θαλάσσιας αύρας αποτελούν εξαιρετικά σημαντικούς παράγοντες στη διαμόρφωση των μέσων και μέγιστων ωριαίων συγκεντρώσεων όζοντος ιδιαίτερα στους περιαστικούς σταθμούς του λεκανοπεδίου. Η επικαιροποίηση της χωρικής κατανομής των ανθρωπογενών εκπομπών επέδρασε στη διαμόρφωση των επιπέδων όζοντος άμεσα (μείωση 2-5ppb) και έμμεσα ενισχύοντας κατά 2-3ppb τη δραστικότητα των βιογενών εκπομπών σε περιοχές όπου υπάρχει παράλληλα και ανθρωπογενής δραστηριότητα. Η συνεισφορά των βιογενών εκπομπών στη διαμόρφωση των μέγιστων ωριαίων συγκεντρώσεων όζοντος κυμαίνεται από 10 έως και 40%. Η αναθεώρηση των κατανομών των οργανικών ενώσεων επέφερε αύξηση της συνολικής μάζας των οργανικών εκπομπών κατά 55% στο αστικό και σχεδόν κατά 100% στο περιαστικό περιβάλλον. Η εφαρμογή των αναθεωρημένων κατανομών, οδήγησε σε αύξηση της παραγωγής όζοντος 1-5% στους αστικούς σταθμούς και 5-15% στους περιαστικούς σταθμούς. Η τροποποιημένη έκδοση του μηχανισμού SAPRC-99 παρουσιάζει μεγαλύτερη δραστικότητα σε σχέση με την CB-IV και υπολογίζει έως και 45% υψηλότερες συγκεντρώσεις όζοντος. Η ενσωμάτωση στο φωτοχημικό μοντέλο της επίδρασης των αστικών περιοχών, μέσω της διόρθωσης των πεδίων ταχύτητας του ανέμου, έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση των συγκεντρώσεων όζοντος στο κέντρο της πόλης έως και 50% και ενίσχυση της δραστικότητας στην περιφέρεια έως και 40%.