Μελέτη μεταφοράς Σαχάριας σκόνης στον Ελλαδικό χώρο

Περίληψη

Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη της μεταφοράς σωματιδίων σκόνης από την έρημο Σαχάρα της βορείου Αφρικής, στην περιοχή της Θεσσαλονίκης. Τα ερημικά σωματίδια ανυψώνονται σε μεγάλες ποσότητες, εξαιτίας των σαχαριανών υφέσεων, σχηματίζοντας έτσι μεγάλα σύννεφα σκόνης και φτάνοντας τα συνήθη ύψη των 5-8km στην ατμόσφαιρα. Στη συνέχεια μεταφέρονται με τις επικρατούσες αέριες μάζες σε μεγάλες αποστάσεις, επηρεάζοντας περιοχές ακόμη και σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Οι υφέσεις αυτές παίρνουν το όνομά τους από τον τόπο σχηματισμού τους και επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό τον ελλαδικό χώρο. Στο πρακτικό μέρος, αρχικά μελετάται η επίδραση της σκόνης στα επίπεδα σωματιδιακής ρύπανσης της Θεσσαλονίκης για τα έτη 2001-2009. Η μεθοδολογία που εφαρμόστηκε είναι η σύγκριση επίγειων μετρήσεων συγκεντρώσεων PM10 από διάφορους μετεωρολογικούς σταθμούς της πόλης και δορυφορικών δεδομένων οπτικού βάθους στα 550nm (AOD) από το δορυφόρο Terra, με τα αντίστοιχα του ατμοσφαιρικού μοντέλου DREAM (Dust Regional Atmospheric Model). Έπειτα επιλέγεται ένα επεισόδιο αερομεταφερόμενης σκόνης προς τη Θεσσαλονίκη, χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα του συντελεστή Angstrom. Το επεισόδιο αυτό αποτελείται από δύο στάδια, μεταξύ των ημερών 9ης - 14ης Απριλίου 2008 και εξετάζεται σε συνοπτικό, θερμοδυναμικό και δυναμικό επίπεδο. Η μεταφορά των ερημικών σωματιδίων στην περιοχή ενδιαφέροντος πιστοποιείται και με τη χρήση του μοντέλου οπισθόδρομων τροχιών HYSPLIT (HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory), με τη βοήθεια του οποίου εντοπίζεται και η περιοχή που λειτούργησε ως πηγή σκόνης στο εν λόγω επεισόδιο. Συμπερασματικά, για το πρώτο μέρος της εργασίας, φαίνεται μία παρόμοια εποχιακή κύμανση των συγκεντρώσεων σκόνης μεταξύ των μετρήσεων και των δεδομένων του μοντέλου, με το μέγιστο να συντελείται το μήνα Απρίλιο. Ακόμη, από τις συσχετίσεις των μεγεθών προκύπτει ότι η ατμόσφαιρα της Θεσσαλονίκης είναι αρκετά επιβαρυμένη με ρύπους με αποτέλεσμα  η συγκέντρωσή τους να υπερισχύει κατά πολύ αυτής των σωματιδίων σκόνης. Στο δεύτερο μέρος αποδεικνύεται ότι τα χαρακτηριστικά της πηγής είναι οι πολύ ισχυροί έως θυελλώδεις νοτιοδυτικοί άνεμοι στην επιφάνεια, οι οποίοι σε συνδυασμό με την τοπογραφία της περιοχής οδήγησαν τη σκόνη σε μεγάλες αποστάσεις μακριά και σε ανάμειξη μέσα στο στρώμα αναμείξεως, το οποίο έφτασε μέχρι και τα 5km από την επιφάνεια του εδάφους λόγω έντονης τυρβώδους ροής και διαβατικής θέρμανσης από την ηλιακή ακτινοβολία. Έτσι η ατμόσφαιρα κατέστη αναταρρακτική, με υψηλές συγκεντρώσεις σκόνης στην επιφάνεια λόγω αερομεταφοράς αλλά και στη μέση τροπόσφαιρα λόγω ανύψωσης.

The aim of this study is to examine the transport of dust particles from the Sahara desert in North Africa, to the region of Thessaloniki. The desert particles are uplifted in large quantities because of the Saharan low pressure systems, forming this way large dust clouds and reaching the usual heights of 5-8km in the atmosphere. Then they are being transported by the dominant air masses over long distances, affecting areas even at high latitudes. These low pressure systems get their name from the place in which they are formed and they influence Greece to a great extent. Regarding the practical part, initially the effect of the dust on the levels of particulate air pollution in Thessaloniki for the years 2001-2009 is studied. The methodology that has been adopted is the comparison of the ground measurements of PM concentrations by several meteorological stations of the city and of the satellite data of an optical depth at 550nm (AOD), by the satellite Terra, with those of the atmospheric model DREAM (Dust Regional Atmospheric Model). Then an incident of airborne dust to Thessaloniki is selected, using the results of the Angstrom exponent. This incident consists of two stages, between the 9th and the 14th April 2008 and it is examined in a synoptic, thermodynamic and dynamic level. The transport of desert particles in the region of interest is certified by the use of the HYSPLIT (HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory) model of back-trajectories, with the help of which the area which has served as a source of dust in the incident in question is located. In conclusion, for the first part of the paper, there appears to be a similar seasonal variation of dust concentrations in the measurements and the model data, according to which the maximum occurs in April. Furthermore, by the correlations of sizes it emerges that the atmosphere of Thessaloniki is quite burdened with pollutants and as a result their concentration prevails over that of dust particles. In the second part it is demonstrated that the characteristics of the source are the very strong, even gale force northwesterly winds at the surface, which in combination with the topography of the area led the dust away over long distances and led it to be mixed in the mixing layer, which has arrived up to 5km from the surface of the ground due to strong wind turbulence and transit heating by solar radiation. So the atmosphere became turbulent with high concentrations of dust on the surface due transport by air but also in the middle troposphere due to elevation.