Μεταβλητότητα όζοντος επιφάνειας στην περιοχή της ανατολικής Μεσογείου

Περίληψη

Στην παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή ειδίκευσης εξετάζεται, η ετήσια και ημερήσια μεταβλητότητα του όζοντος επιφανείας, η τάση που παρουσιάζει την περίοδο 1997-2010, όπως και η επιρροή που μπορεί να έχει από επεισόδια οριζόντιας ή κατακόρυφης μεταφοράς, για την ευρύτερη περιοχή της Ανατολικής Μεσογείου. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα όζοντος και μετεωρολογικών παραμέτρων, του σταθμού Φινοκαλιάς στην Κρήτη, από τα οποία μελετήθηκε ο μέσος ημερήσιος και ετήσιος κύκλος για τον σταθμό, η περιοδικότητα που εμφανίζει, η σχέση που παρουσιάζει με ορισμένες βασικές μετεωρολογικές μεταβλητές και ορισμένοι δείκτες καθαρότητας της ατμόσφαιρας. Επίσης βρέθηκε πως η τάση του όζοντος για την εξεταζόμενη περίοδο είναι -0.162ppb ανά έτος και πως οι μετεωρολογικές μεταβλητές δεν την επηρεάζουν. Επίσης για να διαπιστωθεί η μεταβολή των συγκεντρώσεων του όζοντος στην περιοχή ανάλογα με την διεύθυνση προέλευσης της αέριας μάζας χρησιμοποιήθηκαν ημερήσιες οπισθοτροχιές, που προήλθαν από το μοντέλο μεταφοράς HYSPLIT, με σημείο εκκίνησης το ύψος των 1000m, συνυπολογίζοντας την επίδραση της ταχύτητας και διεύθυνσης του αέρα των πέντε προηγούμενων ημερών. Προέκυψαν 6 βασικές διευθύνσεις προέλευσης, από τις οποίες η Βόρειας συνιστώσας οπισθοτροχιές ενισχύουν τον ετήσιο κύκλο κατά 1ppbv με 3ppbv σε σχέση με τον μέσο κύκλο, ενώ η Νότιας και Δυτικής συνιστώσας μειώνουν τις συγκεντρώσεις σε μεγαλύτερο ποσοστό. Τέλος χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα reanalysis από την βάση δεδομένων ERA interim του Ευρωπαϊκού Κέντρου Μεσοπρόθεσμων Προγνώσεων (ECMWF), με σκοπό να διαπιστωθεί η κλιματική επιρροή που υπάρχει από την ανταλλαγή αερίων μαζών μεταξύ Στρατόσφαιρας-Τροπόσφαιρας, στις επιφανειακές συγκεντρώσεις του όζοντος. Αρχικά συνδυάστηκε η σχετική υγρασία του σταθμού Φινοκαλιάς και η Βόρειας συνιστώσας οπισθοτροχιές, για να δημιουργηθεί ο ετήσιος κύκλος του όζοντος επιφανείας. Σε δεύτερη φάση επιλέχτηκαν μόνο οι περιπτώσεις υψηλού δυναμικού στροβιλισμού, από τα δεδομένα ERA interim, για την κατασκευή ετήσιου κύκλου του όζοντος επιφανείας του σταθμού Φινοκαλίας και του όζοντος από τα δεδομένα ERA interim, στο επίπεδο των 1000hPa. Η συνεισφορά από τα ανώτερα στρώματα στις επιφανειακές συγκεντρώσεις του όζοντος, δίνει αύξηση της τάξης του 5% με 10% κυρίως για την άνοιξη και το καλοκαίρι.

In the present master thesis, variability of surface ozone is being investigated in seasonal and diurnal periods. The trend for the period 1997-2010 and also the impact it may have in episodes of horizontal or vertical transport, in the region of Eastern Europe. Meteorological and ozone measurements have been used from the station of Finokalia in the island of Crete, with the main purpose to investigate the mean diurnal-seasonal cycle, the periodicity, trend for fourteen year period, the relation between ozone and main meteorological variables in monthly base and some well-defined air quality indices for humans and crops. Surface ozone has shown small negative trend, by -0.162ppb per year, for the period of 1997-2010, and that the meteorological parameters have no effect on that trend. Furthermore to establish some basic knowledge for the variability of surface ozone in the region, as far as the horizontal transport, back-trajectories have been used from the transport model HYSPLIT. Back-trajectories were calculated in the level of 1000hPa with the use of wind speed and direction of the past five days. Six main categories were gathered, of which Northerly back-trajectories have shown a positive effect in the concentrations level of ozone annual cycle, by 1pppv to 2ppbv. In reverse, Southerly and Westerly back-trajectories have a negative effect on the annual cycle of surface ozone. Finally data from the reanalysis ERA interim, of the European Center of Medium Weather Forecast, have been used, to determine the climatic influence of Stratospheric-Tropospheric exchange on the concentration levels of surface ozone in the region. Firstly low relative humidity and Northerly back-trajectories were combined, to create a seasonal cycle of the surface ozone. While in the second phase, data where potential vorticity was high, have been used to generate seasonal cycles, for the surface ozone of the station of Finokalia and ozone of ERA interim at the level of 1000hPa. The above methodology provided some interesting results, about the positive affect of upper level concentration of ozone, by 5% to 10%, to the surface ozone concentration in spring and summer.