Συμβολή στη μελέτη της σωματιδιακής ρύπανσης στην Ελλάδα

Abstract

The presented emission inventories in the literature, compiled using bottom-up activity information utilizing GIS capabilities are relatively few considering the importance of emissions in chemical forecasting. In the framework of this thesis a new emission model namely MOSESS was developed. The model is build using Mapbasic 9.5 (SQL/Visual Basic) computer language and it runs through the Mapinfo 9.5 which is utilized as the computing platform. The latest methodology of the EMEP/CORINAIR is fully incorporated in the model with the aim to prepare high resolution gridded (in resolution and projection provided)/temporal (annual, weekly, diurnal)/chemical speciated (max of 30 VOC species and 6 for PM) emissions for CO, NOₓ, SOₓ, NMVOCs, NH₃, PM₁₀ and PM₂․₅ from all anthropogenic sources according to the SNAP categories. The model is structured is such a way ensuring that: 1) running the model will be an easy task taking into consideration limited knowledge of a GIS software package by the user. 2) The user will have a number of available options at his disposal even when there is little information of detailed activity data to quantify emissions. This is achieved through the DATABASES engine which reads publicly available datasets such as EMEP, EPER and others. 3) The user has more than one option (namely the SATELITE categories) to quantify emissions from a given source with each of those to reflect the quality and quantity of the available activity data. The model run was performed in order to compile five high resolution emission inventories in the Balkan region (Greece, Athens, Thessaloniki, Ptolemaida and Istanbul). The emission inventories are mostly based on real activity information and high resolution digital maps. In addition natural emissions of particles play a major role in air quality especially for areas which are close to the Saharan reservoir. This study aims to fill this gap by developing an emissions model namely the NEMO-PM (Natural Emission MOdel - PM). The NEMO-PM model is integrated into the operational MM5/CAMₓ modeling system operated and developed by the laboratory of atmospheric physics in the Aristotle University of Thessaloniki. Emissions of wind erosion dust, sea salt and primary biological particles are calculated on-line according to the user system setup. The methodology of the NATAIR project was implemented for the calculation of biological particles and wind erosion dust emissions employing the high resolution landcover database of USGS and the soil texture maps compiled specifically for this purpose. Sea salt emissions were calculated based on the original formulas of Monahan et al., 1986 and Martensson et al., 2003 according to the modifications of Mikhail Sofiev. For the purpose of this thesis an annual simulation was performed for the year 2003 in order to compile an emission field for Europe in a 30km resolution grid.

Τα πεδία εκπομπών τα οποία υπάρχουν στη διεθνή βιβλιογραφία και έχουν αναπτυχθεί βασιζόμενα σε αναλυτικά δεδομένα δραστηριότητας, χρησιμοποιώντας τεχνικές GIS είναι σχετικά λίγες αναλογιζόμενοι τη σημασία που έχουν τα πεδία εκπομπών στα φωτοχημικά μοντέλα. Σε αυτή τη διατριβή παρουσιάζεται η ανάπτυξη του μοντέλο εκπομπών MOSESS. Το μοντέλο έχει αναπτυχθεί στη γλώσσα προγραμματισμού Mapbasic 9.5 και χρησιμοποιεί την πλατφόρμα GIS MapInfo 9.5 για τη εφαρμογή του. Η τελευταία μεθοδολογία του εγχειριδίου EMEP/CORINAIR έχει ενσωματωθεί στο μοντέλο με σκοπό τη δημιουργία πεδίων εκπομπών υψηλής χωρικής ανάλυσης/χρονικής ανάλυσης (μηνιαία, εβδομαδιαία, ωριαία) και χημικό διαχωρισμό (30 κατηγορίες ενώσεων για NMVOCs και 6 για τα σωματίδια) για CO, NOₓ, SOₓ, NMVOCs, NH₃, PM₁₀ και PM₂․₅ από όλες τις ανθρωπογενείς πηγές σύμφωνα με τις κατηγορίες SNAP. Το μοντέλο είναι δομημένο με τέτοιο τρόπο ώστε να διασφαλιστεί: 1) η εφαρμογή του μοντέλου θα είναι μια εύκολη υπόθεση δεδομένου της πιθανής μικρής εμπειρίας του χρήστη σε πλατφόρμες GIS. 2) Ο χρήστης να έχει πολλές επιλογές στη διάθεση του για τη δημιουργία εκπομπών για μια πηγή ακόμα και στην περίπτωση όπου οι πληροφορίες είναι ελάχιστες για την ποσοτικοποίηση της. Αυτό εξασφαλίζεται με τη χρησιμοποίηση μιας σειράς εξωτερικών βάσεων εκπομπών οι οποίες είναι ελεύθερες στο διαδίκτυο όπως του EMEP, EPER κ.α. 3) Ο χρήστης να έχει περισσότερες από μια μεθοδολογίες (κατηγορίες SATELITE) για την ποσοτικοποίηση των εκπομπών από μια πηγή. Οι κατηγορίες SATELITE ουσιαστικά εκφράζουν την ποιότητα της χρησιμοποιούμενης μεθοδολογίας. Στα πλαίσια της διατριβής το μοντέλο εφαρμόστηκε για τη δημιουργία 5 πεδίων εκπομπών (Ελλάδα, Αττική, Θεσσαλονίκη, Πτολεμαΐδα, Κωνσταντινούπολη) βασιζόμενα κυρίως σε δεδομένα και χάρτες υψηλής ποιότητας. Επιπλέον οι εκπομπές σωματιδίων από φυσικές πηγές παίζουν σημαντικό ρόλο στην ποιότητα του αέρα ειδικά σε περιοχές οι οποίες είναι κοντά στα μεγάλα ρεζερβουάρ σκόνης της Σαχάρας. Σε αυτή τη διατριβή αναπτύσσεται το μοντέλο εκπομπών (NEMO-PM) το οποίο έχει ενσωματωθεί στο επιχειρησιακό σύστημα πρόγνωσης MM5/CAMₓ το οποίο έχει αναπτυχθεί στο εργαστήριο της ατμόσφαιρας του ΑΠΘ. Εκπομπές σκόνης, θαλάσσιων και βιολογικών σωματιδίων υπολογίζονται σύμφωνα με διεθνής μεθοδολογίες. Πιο συγκεκριμένα η μεθοδολογία του NATAIR έχει χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό των εκπομπών σκόνης και των βιολογικών σωματιδίων επιστρατεύοντας χάρτες υψηλής ανάλυσης (χρήσεις γης της USGS και χάρτες μεγέθους κόκκου εδάφους). Οι εκπομπές θαλάσσιων σωματιδίων υπολογίζονται με βάση τις αρχικές παραμετροποιήσεις του Monahan et al., 1986 και Martensson et al., 2003 σύμφωνα με τροποποιήσεις του Mikhail Sofiev από το FMI. Στα πλαίσια της διατριβής το μοντέλο εφαρμόστηκε στον Ευρωπαϊκό χώρο για τη δημιουργία ενός πεδίου εκπομπών σωματιδίων από φυσικές πηγές με ανάλυση 30 χλμ.