Μελέτη αστικής αέριας ρύπανσης με γεωστατιστικές μεθόδους

Abstract

The strong spatial variation of air pollutants concentrations and the frequent irregular structures of their sampling schemes may introduce numerous difficulties in air quality mapping and in subsequent evaluation of the impact of air pollution on human health. This dissertation provides a complete and structured framework, in which it selects, improves and applies a number of statistical techniques (e.g. exploratory analysis, structural analysis and geostatistics) aiming at three main objectives. (A) Interpretation of the spatial variability of ozone (Ο3), nitrogen dioxide (ΝΟ2) and the inhalable particles (ΡΜ10) using the information that is provided by the air quality monitoring stations in Athens and Milan. We identify and discuss thoroughly common pitfalls in the relevant literature. (B) Design of reliable maps depicting air quality concentrations, which account for the inherent uncertainties in the reported data or the estimates. These maps are next used to classify areas as polluted or non-polluted with respect to certain air quality thresholds. Additionally, we develop and implement a methodology to streamline an existing monitoring network without significant loss of information. (C) Finally, we use several conclusions of this dissertation to guide a discussion of a series of issues of the European Directive on Air Quality, e.g. a station’s representative area, minimum number of monitoring stations, and the delineation of polluted zones. Overall, this study shows that a subsequent review of the European Directive on Air Quality should not only be based on the results of the most recent scientific research on the effects of the pollutants on human heath and ecosystems, but should consider as well results derived from the analysis of the spatial behaviour of air pollutants.

Η έντονη χωρική διακύμανση των συγκεντρώσεων αερίων ρύπων και η ανομοιογενής δομή των σημείων δειγματοληψίας τους σε αστικές περιοχές εισάγουν ιδιαίτερες δυσκολίες τόσο στη χαρτογράφηση των συγκεντρώσεων όσο και στην αποτίμηση των επιπτώσεων της αέριας ρύπανσης στον άνθρωπο και τα οικοσυστήματα. Αποσκοπώντας στο να καλύψει μεθοδολογικά κενά και να εμβαθύνει στην ανάλυση, κατανόηση και ερμηνεία της συμπεριφοράς των αερίων ρύπων, η παρούσα διατριβή επιλέγει, βελτιώνει και εφαρμόζει, κατά πρωτότυπο, ενίοτε, τρόπο, πλήθος στατιστικών τεχνικών, όπως η διερευνητική ανάλυση, η δομική ανάλυση και η γεωστατιστική. Στόχοι της έρευνας: (Α) Η ερμηνεία της χωρικής μεταβλητότητας των συγκεντρώσεων NO2, PM10, O3 με βάση τα τοπικά δίκτυα καταγραφής τους στην Αθήνα και το Μιλάνο. Αναλύοντας παραδείγματα από τη διεθνή βιβλιογραφία σχολιάζονται οι λόγοι για τους οποίους μπορεί κανείς να οδηγηθεί στη διατύπωση εσφαλμένων συμπερασμάτων. (Β) Η αξιόπιστη χαρτογράφηση συγκεντρώσεων ή υπερβάσεων ορίων συγκέντρωσης υπό συνθήκες αβεβαιότητας των μετρήσεων. Επιπλέον, προτείνονται δύο εφαρμογές των σχετικών χαρτών: οριοθέτηση ζωνών ρύπανσης όπου υπερβαίνονται κρίσιμα όρια ποιότητας αέρα, και εκσυγχρονισμός δικτύων καταγραφής υπόβαθρου ρύπανσης. (Γ) Η αξιοποίηση των πορισμάτων της παρούσας έρευνας για τη βελτίωση μιας σειράς ανοιχτών θεμάτων της Ευρωπαϊκής Οδηγίας Ποιότητας Αέρα σχετικά με: την αντιπροσωπευτική περιοχή ενός σταθμού, την εφαρμογή οριακών τιμών ρύπων, τον ελάχιστο αριθμό σημείων δειγματοληψίας και την οριοθέτηση ζωνών ρύπανσης.