Μελέτη της ατμοσφαιρικής φωτοχημικής ρύπανσης στη νοτιοανατολική Ευρώπη

Abstract

The subject of the PhD thesis is the study of the photochemical air pollution over Southeastern Europe. Emphasis was given to the estimation of surface ozone concentrations during a summer period when enhanced photochemical ozone production is favoured. Emission fields of nitrogen oxides, non-methane volatile organic compounds and carbon monoxide released from different anthropogenic emission source sectors, such as the transport sector, the industrial sector and the central heating sector, were estimated. Calculations of biogenic isoprene and monoterpenes emissions from vegetation types (forests, shrub species and agricultural crops) covering the study area were also performed. Both anthropogenic and biogenic emission fields had high spatial and temporal resolution. The percentage contribution of each source sector to the annual total anthropogenic pollutant emissions across the study domain was also estimated. A modeling system consisted of the meteorological mesoscale model MM5 and the regional photochemical model Urban Airshed Model (UAM-V) was implemented in order to simulate ground-level ozone levels over a part of Southeastern Europe during a summer period of the year 2000. The spatial distribution of simulated ozone concentrations over the study area was presented showing where ozone levels displayed peaks. The statistical measures applied and the comparison between simulated ozone levels and ground-based ozone observations indicated the satisfactory performance of the modeling system in reproducing regional ozone levels across the modeling domain. Finally, different emission scenarios were examined and the impact of anthropogenic and biogenic pollutant emissions on surface ozone concentrations over the study area was studied.

Σκοπός αυτής της διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη της ατμοσφαιρικής φωτοχημικής ρύπανσης στη Νοτιοανατολική Ευρώπη. Η μελέτη εστιάστηκε κυρίως στην εκτίμηση των επιπέδων συγκέντρωσης του όζοντος επιφανείας κατά τη διάρκεια της θερινής περιόδου, οπότε ευνοείται ο φωτοχημικός σχηματισμός του και η εμφάνιση υψηλών συγκεντρώσεών του. Στα πλαίσια της εργασίας έγινε για την περιοχή μελέτης εκτίμηση των υψηλής χωρικής και χρονικής ανάλυσης πεδίων των ανθρωπογενών εκπομπών οξειδίων του αζώτου, πτητικών οργανικών ενώσεων εκτός μεθανίου και μονοξειδίου του άνθρακα, που εκλύονται από διαφορετικές κατηγορίες πηγών, όπως η βιομηχανία, η κεντρική θέρμανση, οι οδικές και άλλες μεταφορές, και των βιογενών εκπομπών ισοπρενίου και μονοτερπενίων, που εκπέμπονται από τα διαφορετικά είδη βλάστησης (δάση, θάμνοι, καλλιέργειες), ώστε τα πεδία αυτά να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την καλύτερη εφαρμογή των φωτοχημικών μοντέλων περιφερειακής κλίμακας. Παράλληλα, εκτιμήθηκε η συνεισφορά κάθε κατηγορίας πηγών εκπομπών στις ολικές ετήσιες ανθρωπογενείς εκπομπές ρύπων στην περιοχή μελέτης. Στη συνέχεια της διατριβής, υπολογίστηκαν τα επίπεδα συγκέντρωσης του όζοντος επιφανείας σε τμήμα της Νοτιοανατολικής Ευρώπης κατά τη διάρκεια θερινής περιόδου του έτους 2000 με εφαρμογή συστήματος μοντέλων που αποτελούνταν από το μετεωρολογικό μοντέλο μέσης κλίμακας MM5 και το φωτοχημικό μοντέλο περιφερειακής κλίμακας Urban Airshed Model (UAM-V). Από τη χωρική κατανομή των συγκεντρώσεων του όζοντος αναδείχθηκαν οι περιοχές στις οποίες οι συγκεντρώσεις του όζοντος εμφανίζουν τις μεγαλύτερες τιμές τους. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων του μοντέλου με μετρήσεις συγκεντρώσεων όζοντος και ο υπολογισμός των κατάλληλων στατιστικών παραμέτρων έδειξε την ικανοποιητική επίδοση του φωτοχημικού μοντέλου στην αναπαραγωγή των περιφερειακής κλίμακας επιπέδων συγκέντρωσης του όζοντος στην περιοχή εφαρμογής του μοντέλου. Τέλος, εξετάστηκαν διαφορετικά σενάρια εκπομπών και μελετήθηκε η επίδραση με των ανθρωπογενών και βιογενών εκπομπών αερίων ρύπων στα επίπεδα συγκέντρωσης του όζοντος επιφανείας στην περιοχή μελέτης.