Study of background air pollution using experimental data and mathematical models
Authors: Ρίζος Κωνσταντίνος 
Published: August 2023

Η γνώση των επιπέδων ρύπανσης υποβάθρου είναι πολύ σημαντική καθώς επιτρέπει την αξιολόγηση των τοπικών συνεισφορών και βοηθά επίσης στο σχεδιασμό πολιτικών βελτίωσης της ποιότητας του αέρα μιας περιοχής. Κύριος στόχος της παρούσας διατριβής είναι ο χαρακτηρισμός της ατμοσφαιρικής ρύπανσης υποβάθρου σε επιλεγμένες περιοχές της λεκάνης της Ανατολικής Μεσογείου, μιας περιοχής που καταπονείται συστηματικά από πολλαπλά επεισόδια ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Το πρώτο βήμα για τον ακριβή ποσοτικό προσδιορισμό της ρύπανσης υποβάθρου ήταν η χρήση δεδομένων ποιότητας του αέρα από δύο σταθμούς παρακολούθησης με μικρή έκθεση σε τοπικές πηγές εκπομπών. Ο πρώτος δειγματοληπτικός σταθμός που βρίσκεται στην περιοχή του Φινοκαλιά (35° 24'N, 25° 60'E) στη βορειοανατολική ακτή της Κρήτης, στην Ελλάδα, θεωρείται αντιπροσωπευτικός σταθμός μελέτης του θαλάσσιου υποβάθρου της ανατολικής Μεσογείου. Λόγω της μοναδικής του τοποθεσίας, ο σταθμός επηρεάζεται ελαφρώς από τοπικές πηγές εκπομπών αλλά κυρίως από μεταφερόμενη ρύπανση από μακριά. Επιπλέον, όταν επικρατούν άνεμοι νοτίων διευθύνσεων, τα επεισόδια μεταφοράς σκόνης από τη Σαχάρα αυξάνουν σημαντικά τα επίπεδα σωματιδιακής ρύπανσης της περιοχής. Από την άλλη πλευρά, ο δεύτερος δειγματοληπτικός σταθμός που βρίσκεται στο χωριό Κάτω Κώμη του Δήμου Κοζάνης, στο βορειοδυτικό τμήμα της χώρας μας, είναι ένας γεωργικός σταθμός που επηρεάζεται κυρίως από τις έντονες μεταλλευτικές και βιομηχανικές δραστηριότητες που πραγματοποιούνται στη λεκάνη της Δυτικής Μακεδονίας. Στο πρώτο μέρος της διατριβής, εξετάστηκαν ατμοσφαιρικά μοτίβα μεταφοράς μεγάλης κλίμακας που μπορεί να λειτουργήσουν ως πιθανοί ατμοσφαιρικοί οδοί ρύπανσης στην περιοχή της Ανατολικής Μεσογείου κατά τη θερινή περίοδο αναλύοντας μετρήσεις όζοντος (Ο3) από το σταθμό του Φινοκαλιά και για την περίοδο Ιούνιο-Ιούλιο-Αύγουστο από το 2011 μέχρι το 2018. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής προσδιορίστηκαν οι επικρατέστερες εποχικές οδοί ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας στην περιοχή της Ανατολικής Μεσογείου και συσχεττίστηκαν με ζητήματα ποιότητας του αέρα σε σχέση με τα αιωρούμενα σωματίδια (PM10). Το τρίτο μέρος της διατριβής πραγματεύεται τον ακριβή ποσοτικό προσδιορισμό της ρύπανσης υποβάθρου στη λεκάνη της Ανατολικής Μεσογείου αναλύοντας μετρήσεις όζοντος (Ο3) και αιωρούμενων σωματιδίων (PM10) από τον σταθμό Φινοκαλιά και για την περίοδο 2011-2018. Για την εκτίμηση του υποβάθρου, εισήχθη μια νέα μεθοδολογία βασισμένη στον αλγόριθμο στατιστικής ομαδοποίησης Hidden Markov Models (HMMs) με στόχο τον καθορισμό των καταστάσεων ρύπανσης των ατμοσφαιρικών ρύπων υπό εξέταση. Από τις προκύπτουσες καταστάσεις ρύπανσης, το κύριο ενδιαφέρον στράφηκε στην κατάσταση ρύπανσης υποβάθρου που χαρακτηρίζει τα χαμηλότερα και λιγότερο μεταβλητά επίπεδα ατμοσφαιρικής ρύπανσης στα οποία ένας πληθυσμός εκτίθεται σε χρόνια βάση. Η προτεινόμενη μεθοδολογία για τον ακριβή προσδιορισμό της ρύπανσης υποβάθρου εφαρμόστηκε και στη βιομηχανική περιοχή της Δυτικής Μακεδονίας, μια περιοχή σύνθετης μορφολογίας που συνδυάζει αστικές και βιομηχανικές πηγές εκπομπών. Η συγκέντρωση των επιπέδων υποβάθρου των αιωρούμενων σωματιδίων (PM10) υπολογίστηκε με ανάλυση μετρήσεων από τον σταθμό της Κάτω Κώμης για την περίοδο 2010-2021 στην οποία σημειώθηκαν σημαντικές αλλαγές στην ποιότητα του αέρα της περιοχής λόγω της σημαντικής μείωσης της παραγωγής του λιγνίτη ακολουθώντας τις μειωμένες ενεργειακές απαιτήσεις των τελευταίων ετών. Η προτεινόμενη μεθοδολογία παρέχει μία εύκολη και γρήγορη εκτίμηση των επιπέδων υποβάθρου ατμοσφαιρικών ρύπων και όπως αποδείχτηκε μπορεί να εφαρμοστεί ανεξάρτητα του τύπου του υπό μελέτη σταθμού μέτρησης.