Μελέτη των υγροσκοπικών ιδιοτήτων του ατμοσφαιρικού αερολύματος και η επίδραση από τη διακύμανση του οργανικού και στοιχειακού άνθρακα στο αερόλυμα της Αττικής και του ευρύτερου περιβάλλοντος της ανατολικής Μεσογείου

Abstract

The hygroscopic properties of atmospheric aerosol were investigated at a suburban environment in Athens, Greece, from August 2016 to July 2017. The Growth Factor Distribution Probability Density Function, (GF-PDF), and mixing state were determined with a Hygroscopicity Tandem Differential Mobility Analyzer, (HTDMA). Four dry particle sizes, (D0), were selected to be analyzed in terms of their hygroscopic properties at 90 % relative humidity. The annual mean GFs for D0 =30 nm, 50 nm, 80 nm and 250 nm, were found to be equal to 1.28, 1.11, 1.13 and 1.22, respectively. The hygroscopic growth spectra were divided into two distinct hygroscopic ranges; a non and/or slightly hygroscopic mode (GF˂1.12) and a moderately hygroscopic mode (GF˃1.12), which are representative of a suburban environment influenced by local/urban emissions and background aerosol. The standard deviation σ of the GF-PDF was employed as a measure of the mixing state of ambient aerosol. Cluster analysis on the hourly dry number size distributions, was performed to identify the link between aerosol hygroscopicity and aerosol emission sources and formation processes. In addition, was conducted the prediction of Cloud Condensation Nuclei (CCN), number concentrations based on 12 months time- and size-resolved HTDMA data and on the number size distributions at five supersaturations, from 0.05% to 0.70%, by using four different assumptions in order to examine how the different parameters affect the potential of particles to act as CCN. In addition, the role of Organic Carbon (OC), and Elemental Carbon (EC), in CCN activation was investigated, with the effect depedent on meteorological data.

Οι υγροσκοπικές ιδιότητες του ατμοσφαιρικού αερολύματος, καθώς και επίδραση της χωροχρονικής διακύμανσης του οργανικού και στοιχειακού άνθρακα, διερευνήθηκαν από μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στο σταθμό του <Δημόκριτου>, ο οποίος είναι αντιπροσωπευτικός του περι-αστικού περιβάλλοντος της Αττικής, δεχόμενος επιρροές από τον περιβάλλοντα αστικό ιστό, χρονοσειράς ενός έτους. Χρησιμοποιώντας την τεχνική του Αναλυτή Διαφορικής Ηλεκτρικής Κινητικότητας προσδιορίστηκαν οι συντελεστές μεγέθυνσης τεσσάρων μεγεθών ξηρών σωματιδίων, σε σχετική υγρασία 90%. Οι ετήσιες μέσες τιμές των συντελεστών μεγέθυνσης για τα σωματίδια διαμέτρων, D0 =30 nm, 50 nm, 80 nm και 250 nm, βρέθηκαν να είναι ίσοι με 1,28, 1,11, 1,13 και 1,22, αντίστοιχα. Τα υγροσκοπικά φάσματα του συντελεστή μεγέθυνσης χωρίστηκαν σε δύο διακριτά υγροσκοπικά εύρη, ένα μη και/ή ελαφρώς υγροσκοπικό (GF˂1,12) και ένα μετρίως υγροσκοπικό (GF˃1,12), τα οποία είναι αντιπροσωπευτικά ενός περι-αστικού περιβάλλοντος που επηρεάζεται από τοπικές/αστικές εκπομπές και του αερολύματος υποβάθρου. Η τυπική απόκλιση, σ, των συντελεστών μεγέθυνσης χρησιμοποιήθηκε ως μέτρο προσδιορισμού της κατάστασης ανάμειξης του αερολύματος. Επιπροσθέτως, πραγματοποιήθηκε ανάλυση συστάδων στις ωριαίες κατανομές μεγέθους των σωματιδίωνΕν συνεχεία, χρησιμοποιώντας τα δεδομένα του Αναλυτή Διαφορικής Ηλεκτρικής Κινητικότητας και τις αριθμητικές κατανομές μεγέθους των σωματιδίων, πραγματοποιήθηκε ο υπολογισμός των συγκεντρώσεων του αριθμού των σωματιδίων, τα οποία δύνανται να δράσουν ως πυρήνες συμπύκνωσης νεφών, σε πέντε διαφορετικούς υπερκορεσμούς, χρησιμοποιώντας 4 διαφορετικές προσεγγίσεις. Λαμβάνοντας υπόψιν την επίδραση του οργανικού κλάσματος και των μετεωρολογικών παραμέτρων, διερευνήθηκε η συμβολή του οργανικού και στοιχειακού άνθρακα και του δευτερογενούς οργανικού αερολύματος στον αριθμό των σωματιδίων που δύνανται να δράσουν ως πυρήνες συμπύκνωσης νεφών.