Estimation of urban air pollution from vehicular emissions with the use of CFD modelling - secondary organic aerosol formation study
Authors: Ιωαννίδης Γιάννης 
Published: December 2024

Η κυκλοφοριακή δραστηριότητα αποτελεί έναν από τους πιο σημαντικούς παράγοντες που επηρεάζουν τη ρύπανση της ατμόσφαιρας στις αστικές περιοχές. Η ταχεία αστικοποίηση των πόλεων δημιουργεί ανησυχίες για την υγεία ενός μεγάλου αριθμού του πληθυσμού, εκθέτοντάς τους σε αυξημένα επίπεδα ρύπανσης. Ρυπογόνες ουσίες όπως τα οξείδια του αζώτου (NOx), τα αιωρούμενα σωματίδια (PM) και το μονοξείδιο του άνθρακα (CO), που εκπέμπονται κυρίως από τα οχήματα, αποτελούν σοβαρούς κινδύνους για τη δημόσια υγεία. Τα οχήματα επίσης απελευθερώνουν Πτητικές Οργανικές Ενώσεις (VOCs), οι οποίες μπορούν να υποστούν χημικούς μετασχηματισμούς στην ατμόσφαιρα, σχηματίζοντας Δευτερογενή Οργανικά Αερολύματα (SOA) που συμβάλλουν σημαντικά στις συγκεντρώσεις λεπτών σωματιδίων. Για την αντιμετώπιση αυτών των ρύπων, εθνικές αρχές και διεθνείς φορείς, όπως η Ευρωπαϊκή Επιτροπή (EC), εφαρμόζουν ρυθμιστικά μέτρα. Ο αποτελεσματικός έλεγχος των επιπέδων ρύπανσης στις αστικές περιοχές απαιτεί προηγμένες τεχνικές παρακολούθησης και μοντελοποίησης για την καλύτερη κατανόηση της συμπεριφοράς των ρύπων και τη βελτίωση της ποιότητας του αέρα. Η διδακτορική αυτή διατριβή εστιάζει σε μια λεπτομερή αξιολόγηση της τοπικής επίδρασης των εκπομπών από την κυκλοφορία σε μικροκλίμακα, χρησιμοποιώντας μοντελοποίηση Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής (CFD). Αυτή η προηγμένη τεχνική μοντελοποίησης της ποιότητας του αέρα αποτυπώνει αποτελεσματικά τις πολυπλοκότητες των προτύπων ανέμων και την επιρροή των γύρω κτιρίων, προσφέροντας μια ρεαλιστική αναπαράσταση της αστικής ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Το μοντέλο CFD που αναπτύχθηκε σε αυτή τη μελέτη μπορεί να δημιουργήσει χάρτες ρύπανσης υψηλής ανάλυσης 3D μέσω της προσομοίωσης της μεταφοράς και μετατροπής ρύπων σε αστικά περιβάλλοντα. Λαμβάνει υπόψη τον χημικό μετασχηματισμό των ρύπων που εκπέμπονται από την κυκλοφορία, οδηγώντας στον σχηματισμό δευτερογενών ρύπων, όπως τα Δευτερογενή Οργανικά Αερολύματα (SOA). Οι παραγόμενοι χάρτες ρύπανσης μπορούν επίσης να υποστηρίξουν τη βαθμονόμηση δικτύων αισθητήρων χαμηλού κόστους που αναπτύσσονται στις πόλεις. Η διατριβή οργανώνεται σε τρία κεφάλαια, το καθένα εκ των οποίων συμβάλλει σε μια βαθύτερη κατανόηση της αστικής ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Η έρευνα αυτή επικεντρώνεται στο Άουγκσμπουργκ της Γερμανίας και αναπτύσσει ένα σύστημα που μοντελοποιεί την ποιότητα του αέρα σε ένα εξαιρετικά λεπτομερές επίπεδο οδού. Προσομοιώνει την απελευθέρωση εκπομπών από την κυκλοφορία και χρησιμοποιεί μια προσέγγιση υψηλής χωρικής και χρονικής ανάλυσης για τη μοντελοποίηση της διασποράς των ρύπων που σχετίζονται με την κυκλοφορία και του σχηματισμού δευτερογενών οργανικών αερολυμάτων (SOAs) στο αστικό περιβάλλον. Συμπερασματικά, αυτή η διατριβή παρέχει καινοτόμες τεχνικές μοντελοποίησης που αποτυπώνουν την πολυπλοκότητα των εκπομπών από την κυκλοφορία και τις επιπτώσεις τους στην ποιότητα του αέρα. Η έρευνα αυτή παρουσιάζει ένα ολοκληρωμένο σύστημα μοντελοποίησης που προσομοιώνει τη διασπορά των ρύπων και τον σχηματισμό δευτερογενών οργανικών αερολυμάτων (SOA) σε μικροκλίμακα στο Άουγκσμπουργκ της Γερμανίας, χρησιμοποιώντας δεδομένα εκπομπών από την κυκλοφορία και λεπτομερή γεωμετρία κτιρίων, επιτυγχάνοντας αναπαράσταση της ποιότητας του αέρα με υψηλή ανάλυση στον χώρο και τον χρόνο. Συνολικά, η μελέτη αυτή όχι μόνο προάγει την κατανόησή μας για τη δυναμική της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στις αστικές περιοχές, αλλά παρουσιάζει επίσης πρακτικές λύσεις για την αντιμετώπιση των επιπτώσεών της, τονίζοντας την αναγκαιότητα συνέχισης της έρευνας και βελτιωμένων στρατηγικών για την προστασία της δημόσιας υγείας σε περιοχές με υψηλή πληθυσμιακή πυκνότητα.