Υποστήριξη Διδακτορικής Διατριβής - Στυλιανός Κακαβάς

Τα δευτερογενή ανόργανα σωματίδια (νιτρικά, αμμωνιακά και θειικά άλατα) αποτελούν κύρια συστατικά της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και συνεισφέρουν σημαντικά στην οξύτητα των ατμοσφαιρικών σωματιδίων. Τα μοντέλα χημικής μεταφοράς συχνά υπερπροβλέπουν τις συγκεντρώσεις των δευτερογενών ανόργανων λεπτόκοκκων σωματιδίων και κυρίως αυτές των νιτρικών αλάτων. Αυτή η διατριβή αποτελεί μια προσπάθεια να προσδιοριστούν οι επιδράσεις που έχουν τα κατιόντα της σκόνης (ασβέστιο, κάλιο, μαγνήσιο) και η ατμοσφαιρική οξύτητα στις συγκεντρώσεις των ανόργανων σωματιδίων αλλά και να καταννοηθεί καλύτερα η σωματιδιακή οξύτητα και οι διάφορες εξαρτήσεις της.

Στο πρώτο μέρος της παρούσας εργασίας εξετάζεται η υπόθεση ότι υπεύθυνη για μέρος των σφαλμάτων στις προβλέψεις των συγκεντρώσεων των σωματιδίων στην Ευρώπη από τα μοντέλα χημικής μεταφοράς είναι η υποεκτίμηση των εκπομπών σκόνης στα αστικά κέντρα. Οι προσομοιώσεις με ένα τρισδιάστατο μοντέλο χημικής μεταφοράς (PMCAMx) υποδεικνύουν ότι οι αντίστοιχες εκπομπές υποεκτιμούνται κατά μία τάξη μεγέθους στις δηλωμένες από κάθε Ευρωπαϊκή χώρα εκπομπές. Αυτή η υπόθεση οδηγεί σε βελτιωμένες προβλέψεις συγκεντρώσεων σωματιδίων με διάμετρο μικρότερη από 10 μm ειδικά στα αστικά κέντρα και επηρεάζει τις προβλέψεις των δευτερογενών ανόργανων σωματιδίων στην Ευρωπαϊκή ατμόσφαιρα και ειδικότερα αυτές των νιτρικών αλάτων.

Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν οι βελτιωμένες εκπομπές για να προσομοιωθεί η οξύτητα των σωματιδίων στην Ευρωπαϊκή ατμόσφαιρα συναρτήσει του μεγέθους τους, της τοποθεσίας και του υψομέτρου με τη βοήθεια του PMCAMx. Οι προσομοιώσεις υποδεικνύουν ότι υπάρχουν σημαντικές διαφορές στο pH μεταξύ λεπτόκοκκων και χονδρόκοκκων σωματιδίων και ότι το pH επηρεάζει τις προβλέψεις των νιτρικών αλάτων. Επιπρόσθετα, η οξύτητα των σωματιδίων αυξάνεται σημαντικά με το ύψος και μειώνεται εξαιτίας των κατιόντων που περιέχει η σκόνη.

Στο τρίτο μέρος της παρούσας εργασίας προσομοιώθηκε με τη βοήθεια του PMCAMx η οξύτητα των σωματιδίων στις Η.Π.Α συναρτήσει αυτή τη φορά και της εποχής. Επίσης, συγκρίνονται οι προβλέψεις των δευτερογενών ανόργανων λεπτόκοκκων σωματιδίων με τις αντίστοιχες μετρήσεις. Η οξύτητα των σωματιδίων είναι αυξημένη κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού και μειωμένη κατά τη διάρκεια του χειμώνα.

Στο επόμενο κομμάτι της εργασίας παρουσιάζεται το ISORROPIA-lite μια απλοποιημένη και επιταχυμένη έκδοση του θερμοδυναμικού μοντέλου ανόργανων σωματιδίων ISORROPIA-II. Το ISORROPIA-lite θεωρεί ότι τα ανόργανα σωματίδια περιέχουν νερό στην ατμόσφαιρα ακόμα και σε χαμηλές σχετικές υγρασίες και χρησιμοποιεί για τον υπολογισμό του συντελεστή ενεργότητας ενός ζεύγους δύο ιόντων προϋπολογισμένους πίνακες. Ακόμα, το ISORROPIA-lite σε σύγκριση με το ISORROPIA-II έχει τη δυνατότητα να υπολογίζει τις συγκεντρώσεις νερού και από τα οργανικά σωματίδια και να προσομοιώνει τις επιδράσεις που έχει αυτό στη θερμοδυναμική ισορροπία των ανόργανων σωματιδίων.

Τέλος, μελετήθηκαν οι επιδράσεις που έχει το νερό από τα οργανικά σωματίδια στις συγκεντρώσεις και στη σύσταση των λεπτόκοκκων σωματιδίων εφαρμόζοντας το ISORROPIA-lite στο PMCAMx για ένα ολόκληρο χρόνο στις Η.Π.Α. Οι προσομοιώσεις υποδεικνύουν ότι το νερό από τα οργανικά σωματίδια μπορεί να συνεισφέρει σημαντικά στις συνολικές συγκεντρώσεις νερού των σωματιδίων και να αυξήσει τοπικά τις συγκεντρώσεις νιτρικών και αμμωνιακών αλάτων ειδικότερα σε μέρη με υψηλά επίπεδα σχετικής υγρασίας και συγκεντρώσεων λεπτόκοκκων σωματιδίων.