Co-variability of carbon monoxide (CO), methane (CH4) and nitrogen dioxide (NO2) over the Balkan Peninsula based, on S5P/ TROPOMI observations
Creators: name: Μπασδέκης, Χρήστος Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Συνδιακύµανση
Βαλκανικής χερσόνησος
Δορυφορικές παρατηρήσεις
Co-variability
Balkan peninsula
Satellite observations

description: In this thesis, the co-variability between carbon monoxide (CO), methane (CH4), and nitrogen dioxide (NO2) is studied, over emission points in the Balkan Peninsula, using S5P/TROPOMI observations, with the aim of determining whether these gases originate from common sources. The selected areas include cities, power plants, landfills, and agricultural regions such as rice paddies and areas where livestock is raised. For the period from May 2018 to May 2023 for CO and CH4, and until June 2023 for NO2, time series for these gases were created and then decomposed and analyzed for trend, seasonality, and residual, which is representing the part of the observation associated with unusual emissions. Consequently, only the residuals were retained, and correlation coefficients (R) between CO - CH4, CO - NO2, and CH4 - NO2 were calculated. From these coefficients, the co-variability of these pairs was determined across all regions, both for the cold period (September to February) and the hot period (March to August). The location with the highest co-variability between CO and CH4 is the city of Bucharest, Romania (R = 0.65) during the cold period, and the landfill in Galat, i, Romania (R = 0.61) during the hot period, where generally the co-variability of these two gases is lower compared to the cold period. The co-variability between CO and NO2 is mostly zero or even negative in all regions for both periods, with some exceptions. However, during the cold period, the highest co-variability is observed in the Albanian livestock (R = 0.50), while during the hot period, it is observed at the power plant in Agios Dimitrios, Greece (R = 0.38). Finally, during the cold period, the highest co-variability between CH4 and NO2 occurs at the power plant in Bobov Dol, Bulgaria (R = 0.43), while during the hot period, it is at the power plant in Gacko, Bosnia and Herzegovina (R = 0.50). These gases also exhibit zero or negative co-variability in cities and power plants, but show relatively high in agricultural regions. In these pairs of gases, the best covariance is observed between the gases CO and CH4, mainly because they have a long life span in the atmosphere and generate a correlated background, which seem to come from common sources or sources that behave in a similar way for the majority of regions, which does not seem to be the case for either CO-NO2 or CH4-NO2, with only a few exceptions.
description: Στη συγκεκριμένη εργασία, μελετάται η συνδιακύµανση που εμφανίζουν το μονοξείδιο του άνθρακα (CO), το μεθάνιο (CH4) και το διοξείδιο του αζώτου (NO2) πάνω από σημεία εκπομπών, στη Βαλκανική χερσόνησο, µε παρατηρήσεις του S5P/TROPOMI, µε σκοπό να διαπιστωθεί εάν τα αέρια αυτά προέρχονται από κοινές πηγές. Οι περιοχές όπου επιλέχθηκαν είναι οι πόλεις, οι σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (ΣΠΗΕ), οι χωματερές και αγροτικές περιοχές όπως ορυζώνες και περιοχές όπου ζουν ζώα εκτροφής. Για το χρονικό διάστημα, που ξεκινά από τον Μάιο του 2018 και φθάνει μέχρι τον Μάιο του 2023 για το CO και το CH4 και μέχρι τον Ιούνη του 2023 για το NO2, δημιουργήθηκαν οι χρονοσειρές των αερίων, οι οποίες αποσυντέθηκαν και αναλύθηκαν σε τάση, εποχικότητα και υπόλοιπο (θόρυβο), δηλαδή το κομμάτι της μέτρησης που αποτελεί τις µη συνηθισμένες εκπομπές. Στη συνέχεια, διατηρήθηκαν µόνο οι συνιστώσες που εκφράζουν το θόρυβο και υπολογίστηκαν οι συντελεστές συσχέτισης (R) μεταξύ CO - CH4, CO - NO2 και CH4 - NO2. Από αυτούς τους συντελεστές, προέκυψε η συνδιακύµανση για τα ζεύγη αυτά σε όλες τις περιοχές, τόσο για τη ψυχρή περίοδο (Σεπτέμβριο ως Φεβρουάριο) όσο και για τη θερμή περίοδο (Μάρτιο ως Αύγουστο). Το σημείο όπου υπάρχει η μεγαλύτερη συνδιακύµανση μεταξύ CO-CH4 είναι η πόλη του Βουκουρεστίου, Ρουμάνια (R = 0.65) για τη ψυχρή περίοδο και η χωματερή στο Γκαλάτι, Ρουμανία (R = 0.61) για τη θερμή περίοδο, στην οποία γενικότερα η συνδιακύµανση των δύο αυτών αερίων είναι χαμηλότερη συγκριτικά µε τη ψυχρή περίοδο. Η συνδιακύµανση CO-NO2 στις περισσότερες περιοχές εμφανίζεται μηδενική ή ακόμη και αρνητική και για τις δύο περιόδους πλην εξαιρέσεων, ενώ τη ψυχρή περίοδο η υψηλότερη συνδιακύµανση εμφανίζεται στο περιοχή εκτροφής ζώων της Αλβανίας (R = 0.50) ενώ τη θερμή περίοδο στο ΣΠΗΕ στον ΄Άγιο Δημήτριο, Ελλάδα (R = 0.38). Τέλος, για τη ψυχρή περίοδο η υψηλότερη συνδιακύµανση μεταξύ CH4 και NO2 εμφανίζεται στο ΣΠΗΕ στο Μπόµποβ Ντολ, Βουλγαρία (R = 0.43) ενώ τη θερμή περίοδο στο ΣΠΗΕ στο Γκάτσκο, Βοσνία-Ερζεγοβίνη (R = 0.50), ενώ και αυτά τα αέρια εμφανίζουν μηδενική ή και αρνητική συνδιακύµανση σέ πόλεις και ΣΠΗΕ αλλά στις αγροτικές περιοχές εμφανίζουν σχετική υψηλή. Σε αυτά τα ζεύγη αερίων, η καλύτερη συνδιακύµανση παρατηρείται μεταξύ των αερίων CO και CH4, κυρίως γιατί έχουν μεγάλο χρόνο παραμονής στην ατμόσφαιρα και δημιουργούν ένα μεγάλο υπόβαθρο που συσχετίζεται, τα οποία φαίνεται να προέρχονται από κοινές πηγές ή πηγές που συμπεριφέρονται µε παρόμοιο τρόπο, για τη πλειονότητα των περιοχών, κάτι το οποίο δεν φαίνεται να ισχύει ούτε για τα CO-NO2 ούτε για τα CH4-NO2, πέρα από ελάχιστες εξαιρέσεις.