Μελέτη του υπόβαθρου της αέριας ρύπανσης στην Ευρώπη με τη χρήση αριθμητικών μοντέλων

Περίληψη

Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της φωτοχημικής ρύπανσης στην Ευρώπη με τη σύζευξη (off line coupling) του περιοχικού κλιματικού μοντέλου RegCM3 και του μοντέλου ποιότητας αέρα CAMx εστιάζοντας στο όζον και στη συμβολή των πλευρικών χημικών οριακών συνθηκών και των εκπομπών στα επίπεδα και τη μεταβλητότητά του. Στα πλαίσια αυτά, διεξήχθησαν τέσσερις προσομοιώσεις με το μοντέλο CAMx για τη χρονική περίοδο 1996-2006, εφαρμόζοντας διάφορα σενάρια πλευρικών χημικών οριακών συνθηκών και ανθρωπογενών εκπομπών. Αρχικά, αξιολογήθηκε η ικανότητα του συστήματος να προσομοιώσει τις χωρικές και χρονικές διακυμάνσεις των συγκεντρώσεων του επιφανειακού όζοντος για την περίοδο 1996-2000 συγκρίνοντας τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων με δεδομένα επίγειων παρατηρήσεων από το δίκτυο του EMEP. Επιπλέον, αξιολογήθηκε η επίδραση των πλευρικών χημικών οριακών συνθηκών στα επίπεδα και τη μεταβλητότητα του επιφανειακού όζοντος εφαρμόζοντας σταθερές και μεταβλητές χωρικά και χρονικά πλευρικές οριακές συνθήκες. Σημαντική βελτίωση βρέθηκε σε περιοχές που βρίσκονται κοντά στα βόρεια και βορειοδυτικά όρια της περιοχής μελέτης ως αποτέλεσμα της εφαρμογής μεταβλητών χημικών οριακών συνθηκών από το παγκόσμιο μοντέλο χημείας (chemistry general circulation model) ECHAM5/MOZ. Διερευνήθηκε πιθανή βελτίωση μεταξύ των προσομοιώσεων παγκόσμιας και περιοχικής κλίμακας συγκρίνοντας τα αποτελέσματα των συστημάτων ECHAM5/MOZ και RegCM3/CAMx αντίστοιχα. Υπολογίστηκε ο μέσος εποχιακός κύκλος του όζοντος για διάφορες περιοχές της Ευρώπης καθώς και ο μέσος ημερήσιος κύκλος του όζοντος τόσο σε ετήσια όσο και εποχιακή βάση. Στη συνέχεια, υπολογίστηκαν οι μέσες ετήσιες και εποχιακές τάσεις του επιφανειακού όζοντος στην Ευρώπη για την περίοδο 1996-2006 τόσο για τις παρατηρήσεις όσο και για το μοντέλο με σκοπό να αξιολογηθεί η ικανότητα του συστήματος να αναπαραγάγει τις παρατηρούμενες τάσεις του όζοντος. Επιπλέον, προσδιορίστηκε η συνεισφορά της μετεωρολογίας και των εκπομπών στις ετήσιες και εποχιακές τάσεις του όζοντος εφαρμόζοντας σταθερές και μεταβλητές ανά έτος ανθρωπογενείς εκπομπές. Το σύστημα αναπαράγει αρκετά καλά τις παρατηρούμενες τάσεις του όζοντος στις ρυπασμένες περιοχές, τονίζοντας το ρόλο των μεταβλητών ανθρωπογενών εκπομπών στις τάσεις του όζοντος σε αυτές τις περιοχές.

The purpose of this thesis is to study the photochemical pollution over Europe using the air quality model CAMx coupled offline with the regional climate model RegCM3 focusing on ozone and the impact of chemical lateral boundary conditions and emissions on ozone levels and variability. Within this framework four simulations were carried out by CAMx using various chemical lateral boundary conditions and anthropogenic emission scenarios. The ability of the modeling system to reproduce the spatial and temporal variations of surface ozone concentrations for the period 1996-2000 was evaluated by comparing models results with observational data from the EMEP network. Furthermore, the impact of chemical boundary conditions on ozone levels and variability was evaluated by implementing constant and varying chemical boundary conditions. Significant improvement was found in areas near the north and northwest boundaries of the domain as a result of using varying chemical boundary conditions from the chemistry general circulation model ECHAM5/MOZ. A possible improvement between the global and regional scale simulations was investigated by comparing the results of the ECHAM5/MOZ and RegCM3/CAMx systems respectively. Both annual and diurnal cycles of ozone were calculated for various European regions. Mean annual and seasonal surface ozone trends over Europe for the period 1996-2006 were calculated for both model and observations, in order to evaluate the ability of the modeling system to reproduce the observed ozone trends. Moreover, the contribution of meteorology and emissions to annual and seasonal ozone trends was estimated by implementing year to year constant and varying anthropogenic emissions. The observed ozone trends are captured fairly well by the modeling system over the highly polluted areas, enhancing the role of varying anthropogenic emissions on ozone trends over these regions.