Εκτίμηση των επιπέδων ρύπανσης πολυκυκλικών αρωματικών υδρογονανθράκων σε αστικές και περιαστικές περιοχές. Η περίπτωση της Αττικής

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει σαν στόχο τον προσδιορισμό των πηγών των Πολυκυκλικών Αρωματικών Υδρογονανθράκων (ΠΑΥ) με τη συνδυαστική χρήση θεωρητικών μοντέλων. Η καταγραφή των πηγών των ρύπων σε μια περιοχή που παρουσιάζει έντονη αστική και βιομηχανική δραστηριότητα, αποτελεί μια πολύ δύσκολη και χρονοβόρα διαδικασία, η οποία δεν είναι δυνατό να πραγματοποιηθεί σε πραγματικό χρόνο, δεδομένου ότι όλες οι πηγές και ειδικότερα οι ανθρωπογενείς μεταβάλλονται πολύ γρήγορα. Για το λόγο αυτό, έχουν αναπτυχθεί διάφορες μέθοδοι, οι οποίες χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της συνεισφοράς των διαφόρων πηγών ρύπανσης στις περιοχές ενδιαφέροντος καθώς και την ποσοτικοποίηση της συνεισφοράς αυτής. Ουσιαστικά με τη βοήθεια των μεθόδων αυτών, που ονομάζονται μέθοδοι «source apportionment», πραγματοποιείται καταμερισμός των συγκεντρώσεων των παρατηρούμενων ρύπων στις πηγές, με αποτέλεσμα να καθίσταται δυνατή η ανίχνευση ομάδων πηγών με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά ως προς τη χημική τους σύσταση. Τέτοιες μέθοδοι είναι οι: Chemical Mass Balance Method (CMB), η Principal Component Analysis (PCA) και η Positive Matrix Factorization (PMF). Βασικό μειονέκτημα των μεθόδων source apportionment είναι ότι καμία από αυτές δεν προσδιορίζουν χωρικά τις ίδιες τις πηγές που κυριαρχούν κατά περίπτωση. Επιπλέον, σημαντικό μειονέκτημα αποτελεί και μια σειρά από παραδοχές, μεταξύ των οποίων εκείνες που δέχονται α) ότι η σύσταση των εκπομπών θεωρείται σταθερή για όλη την περίοδο δειγματοληψίας στην πηγή και το περιβάλλον και β) ότι τα χημικά στοιχεία δεν αντιδρούν μεταξύ τους αλλά προστίθενται γραμμικά. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, γίνεται μια προσπάθεια προσδιορισμού συγκεκριμένων πηγών ΠΑΥ, με τη συνδυαστική χρήση μιας από τις source apportionment μεθόδους (PMF) και ενός μοντέλου οπισθοτροχιών, το οποίο είναι σε θέση να προσδιορίσει τη διαδρομή των σωματιδίων που μεταφέρουν ΠΑΥ, πριν αυτά καταλήξουν στα σημεία παρατήρησης. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιείται η μέθοδος PMF, με την οποία τίθεται ο στόχος του προσδιορισμού των επικρατέστερων παραγόντων – πηγών που «ευθύνονται» για τη δημιουργία των ΠAY. Η εφαρμογή της συγκεκριμένης μεθόδου αποτελεί σημαντική καινοτομία, δεδομένου ότι για την ανίχνευση των πηγών των ΠΑΥ, δεν χρησιμοποιούνται οι ίδιες οι συγκεντρώσεις των ρύπων αυτών, οι οποίες μετρήθηκαν κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, αλλά συγκεκριμένοι λόγοι αυτών, οι οποίοι σύμφωνα με τη βιβλιογραφία μπορούν να υποδείξουν με ασφάλεια το είδος της πηγής που εκπέμπει τους ρύπους αυτούς. Εφαρμόζοντας την PMF με χρήση των λόγων των συγκεντρώσεων των ΠΑΥ, καταλήγουμε στην επικράτηση συγκεκριμένων παραγόντων, οι οποίοι αν εξεταστούν ως προς το βαθμό σημαντικότητας που παίζουν οι αντίστοιχοι λόγοι σε αυτούς, μπορούν να «μεταφραστούν» σε ομάδες πηγών με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά (π.χ. βενζινοκίνητοι κινητήρες, ντιζελομηχανές κ.λπ). Σε δεύτερο επίπεδο, εφαρμόζοντας το μοντέλο οπισθοτροχιών HYbrid Single – Particle Langrangian Integrated (HYSPLIT), έχοντας κάνει χρήση δεδομένων εισαγωγής που προέρχονται από το μετεωρολογικό μοντέλο Mesoscale Model 5 (MM5), είμαστε σε θέση να ανιχνεύσουμε με σημαντική ακρίβεια, την πορεία που έχει ακολουθήσει ένα σωματίδιο, ούτως ώστε να φθάσει στο σημείο του πειράματος όπου συλλέγεται και τελικά αναλύεται για τον υπολογισμό των ΠΑΥ. Η πορεία αυτή μας δίνει την πληροφορία των περιοχών, άρα και των πηγών, πάνω από τις οποίες έχει περάσει το σωματίδιο, επομένως μας δίνει τη δυνατότητα να συγκεκριμενοποιήσουμε και να προσδιορίσουμε χωρικά την αντίστοιχη πηγή. Η συγκεκριμένη μεθοδολογία εφαρμόστηκε για μετρήσεις ΠΑΥ που πραγματοποιήθηκαν στην περιοχή των Μεσογείων και συγκεκριμένα στο Μαρκόπουλο και στα Γλυκά Νερά. Στις περιοχές αυτές, τα τελευταία χρόνια, συντελείται μια αλματώδεις οικιστική και βιομηχανική ανάπτυξη, ενώ παράλληλα βρίσκεται σε εξέλιξη μια συνεχής αλλαγή στη χρήση γης, η οποία εντοπίζεται κυρίως στη συρρίκνωση των αγροτικών εκτάσεων και στην δραματική μείωση των δασών λόγω των πυρκαγιών. Επομένως, πρόκειται για περιοχές με συνεχώς μεταβαλλόμενο προφίλ τόσο των βιογενών όσο και των ανθρωπογενών ρύπων, γεγονός που τις καθιστά κατάλληλες για την εφαρμογή της μεθοδολογίας της παρούσας έρευνας.