title: Επίδραση καύσεων γεωργικών υπολειμμάτων στη συγκέντρωση των αιωρούμενων σωματιδίων σε αγροτική περιοχή του νομού Χανίων
title: The impact of agricultural residue burning on the concentration of particilate matters in a rural area of the Chania region
Creators: name: Χαλδαιου Μαρια-Γεωργια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν να μελετηθεί πόσο επηρεάστηκε η ατμόσφαιρα μιας καθορισμένης περιοχής από τις καύσεις γεωργικών υπολειμμάτων. Οι μετρήσεις έλαβαν χώρα στην ημιαστική περιοχή της Κρήτης την Επισκοπή Αγυιάς Χανίων. Η επιλογή της περιοχής έγινε λόγω ιδανικής τοποθεσίας, σημείο πολύ κοντά σε σπίτια και σε εκτάσεις καλλιεργήσιμης γης. Στην Επισκοπή τοποθετήθηκε το όργανο DustTrakII καταμέτρησης των συγκεντρώσεων των σωματιδίων PM10 σε χρονική περίοδο κατά την οποία επιτρεπόντουσαν οι καύσεις γεωργικών υπολειμμάτων.
Οι μετρήσεις διήρκησαν συνολικά 36 ημέρες και χωρίστηκαν σε τέσσερις δειγματοληψίες, οι οποίες ήταν οι εξής: 24.3.2022-29.3.2022, 2.4.2022-9.4.2022, 10.4.2022-20.4.2022 και 24.4.2022-4.5.2022. Το όργανο βρισκόταν τοποθετημένο σε ύψος περίπου τεσσάρων μέτρων από το έδαφος. Από την ανάλυση των δεδομένων βρέθηκε ότι για την 1η  περίοδο δειγματοληψίας η μέγιστη τιμή των PM10 ήταν 48.5 μg/m3 και η μικρότερη 12.5 μg/m3, για την δεύτερη δειγματοληψία μέγιστη και ελάχιστη τιμή των PM10 ήταν 61.6 και 7.7 μg/m3 αντίστοιχα, στην τρίτη δειγματοληψία μέγιστη τιμή ήταν τα 44.2 μg/m3 ενώ ελάχιστη τα 7.7 μg/m3, τέλος για την τέταρτη δειγματοληψία μετρήθηκε ως μεγαλύτερη τιμή αιωρούμενων σωματιδίων τα 22.4 μg/m3 και μικρότερη τα 7.3 μg/m3.
Παράλληλα, οι μετρήσεις από την Επισκοπή συγκρίθηκαν με μετρήσεις PM10 από το σταθμό του Ακρωτηρίου που βρίσκεται εντός του Πολυτεχνείου Κρήτης. Η μάζα των PM10 μετρήθηκε με έναν αναλυτή βήτα ακτινοβολίας (SHARP 5030i). Η πρώτη δειγματοληψία είχε μέγιστη και ελάχιστη τιμή 86.7 μg/m3 και 15.2 μg/m3 αντίστοιχα, η δεύτερη είχε 533.6 μg/m3, 5.7 μg/m3 αντίστοιχα, η τρίτη είχε 129.9 μg/m3, 1.6 μg/m3 αντίστοιχα και τέλος η τέταρτη 87.9 μg/m3και 4.2 μg/m3. Αξίζει να σημειωθεί ότι κατά την διάρκεια των μετρήσεων υπήρξε κύμα Αφρικανικής σκόνης και γι’ αυτό το λόγο οι τιμές των αιωρούμενων σωματιδίων σε ορισμένες περιπτώσεις ήταν αρκετά υψηλές, όπως κατά την διάρκεια της 2ης δειγματοληψίας και στις δύο περιοχές μελέτης όπου μετρήθηκαν 61.5 μg/m3 στην Επισκοπή και 533.6 μg/m3 στο Ακρωτήρι ως μέγιστες τιμές. Άλλες πιθανές πηγές που ενδέχεται να επηρέασαν τα αποτελέσματα των μετρήσεων ήταν τα σωματίδια λόγω εκπομπών οχημάτων από την κίνηση στους δρόμους της περιοχής, το πιθανό άναμμα τζακιών κ.α.. .Τα αιωρούμενα σωματίδια σε κάθε περιοχή ξεχωριστά ήταν σε ορισμένες μετρήσεις σε υψηλά επίπεδα. Ωστόσο για την βασική περιοχή μελέτης που ήταν η Επισκοπή δεν συναντήθηκαν υψηλές τιμές PM10 συχνά, οπότε θεωρήθηκε ότι δεν είχαμε συστηματική επιβάρυνση του περιβάλλοντος. Για την ευκολότερη ανάλυση των δεδομένων θεωρήθηκε επίσης ότι ένα φαινόμενο καύσης γεωργικών υπολειμμάτων μπορούσε να διαρκέσει έως και 2,5 ώρες από το πρωί έως το απόγευμα, αποκλείοντας τις βραδινές ώρες στις οποίες δεν ευδοκιμούν οι αγροτικές εργασίες. Έτσι συνολικά στην Επισκοπή υπήρξαν 16 καύσεις οι περισσότερες από αυτές την τρίτη περίοδο δειγματοληψίας από τις 6:30 έως 9:00 π.μ. Οι καύσεις ταυτοποιήθηκαν καθώς κατά μέσο όρο μιας ώρας έγιναν απότομες αυξήσεις των τιμών των PM10 με μεγαλύτερη την αύξηση των PM10 που άγγιξε το ποσοστό του 277%. Επιπλέον, τις βραδινές ώρες παρατηρήθηκε άνοδος των συγκεντρώσεων που δεν οφειλόταν σε καύσεις γεωργικών υπολειμμάτων αλλά στην επίδραση που έχει η μείωση του οριακού στρώματος της ατμόσφαιρας με παράλληλη εξασθένηση των ανέμων. Η σύγκριση των δύο περιοχών έδειξε ότι οι τιμές των PM10 χαρακτηρίστηκαν από διαφορετική μεταβλητότητα λόγω διαφορετικής τοποθεσίας. Παραδείγματος χάρη στην 2η δειγματοληψία κυμάνθηκαν από 5.7 μg/m3 έως 533.7 μg/m3,ενώ για την αντίστοιχη δειγματοληψία στην Επισκοπή οι τιμές κυμάνθηκαν από 7.7 μg/m3 έως 61.6 μg/m3. Τέλος από την σύγκριση των μετεωρολογικών δεδομένων με τη μάζα των αιωρούμενων σωματιδίων φάνηκε ότι οι μετρήσεις κατά περίπτωση εμφανίζουν συσχέτιση με τα δεδομένα των μετρήσεων.
Συμπερασματικά τα αποτελέσματα έδειξαν μία τοπική επιβάρυνση στη συγκέντρωση των PM10 λόγω των καύσεων των γεωργικών υπολειμμάτων. Η σημαντική αύξηση των συγκεντρώσεων κατά τη διάρκεια φαινομένων μεταφοράς Αφρικανικής σκόνης αποτέλεσε περιοδική πηγή αύξησης των συγκεντρώσεων των αιωρούμενων σωματιδίων.

description: The aim of this thesis was to investigate the impact from burning of agricultural residue on PM10 concentrations in a rural area outside the city of Chania. Measurements took place at Episkopi, Agyia (Chania, Crete). The choice of this location was due to its ideal location, being very close to areas with intense agricultural activity. A Dust Trak II instrument was used for measuring PM10 concentration during a period when agricultural residue burning was allowed.
 The measurements lasted for a total duration of 36 days and were divided into four sampling periods, which are the following: 24.3.2022-29.3.2022, 2.4.2022-9.4.2022, 10.4.2022-20.4.2022 και 24.4.2022-4.5.2022. The instrument was placed at a location approximately four meters above the ground. Data analysis has shown that during the first sampling period, the maximum value of PM10 was 48.5 μg/m3 and the minimum was 12.5 μg/m3. For the second sampling period, the maximum and minimum PM10 values were 61.6 and 7.7 μg/m3, respectively. In the third sampling period, the maximum value was 44.2 μg/m3, while the minimum was 7.7 μg/m3. Finally, for the fourth sampling period, the highest measured value of PM10 particles was 22.4 μg/m3, and the lowest was 7.3 μg/m3.
In parallel, the measurements from Episkopi were compared to PM10 measurements from Akrotiri station which is located inside the campus of the Technical University of Crete. Mass concentrations of PM10 in the Akrotiri station was measured with a Beta attenuation monitor (SHARP 5030i instrument). In the first sampling period, the maximum and minimum values were 86.7 μg/m3 and 15.2 μg/m3, respectively. The second sampling period had values of 533.6 μg/m3 and 5.7 μg/m3, the third had values of 129.9 μg/m3 and 1.6 μg/m3, and the fourth had values of 87.9 μg/m3 and 4.2 μg/m3, respectively. It is worth noting that during the measurement period, Saharan dust events took place, which caused a significant increase in the measured particle concentrations, during the second sampling period at both areas, maximum values of 61.5 μg/m3 were recorded in Episkopi and 533.6 μg/m3 in Akrotiri. Other possible sources that may have influenced the measured concentrations was traffic from nearby streets and the possible use of fireplaces for heating purposes. It was observed that suspended particles in each area individually, were at high levels. However, for the main study area, which was Episkopi, high PM10 values were not frequently observed therefore no significant burden of the environment was revealed. For easier data analysis, it was also considered that a phenomenon of burning agricultural residue could last up to 2.5 hours. Thus, a total of 16 burnings were recorded in Episkopi, most of them occurring in the third sampling period from 6:30 to 9:00 pm. Combustion activities were identified as there were sharp increases in PM10 values on an average of one hour with the largest increase in PM10 reaching a value of 123.5%. In addition, during evening hours there was a rise in concentrations that was not due to burning agricultural residues but due to the boundary layer reduction together with the impact from wind weakening. The comparison between the two study areas indicated that PM10concentrationsvaried independently. For example, in the 2nd sampling they ranged from 5.7 μg/m3 to 533.7 μg/m3, while as far as the corresponding sampling in Episkopi is concerned the values ranged from 7.7 μg/m3 to 61.6 μg/m3. Finally, from the comparison of the meteorological data with PM10, it was found that the measurements on a case-by-case basis show correlation with the meteorological data.
In conclusion, the results show a localized increase in PM10 concertation due to burning of agricultural residues. The significant aerosol increases appeared to be more intense during the development of the African dust phenomenon, which was, however, a periodic source of particle increase.