Εκτίμηση της επίδρασης των αιωρούμενων σωματιδίων στο ενεργειακό ισοζύγιο του συστήματος ατμόσφαιρα-γη

Στη παρούσα εργασία μελετήθηκε η επίδραση των αιωρούμενων σωματιδίων στο ενεργειακό ισοζύγιο του συστήματος Ατμόσφαιρα-Γη. Για την αναλυτικότερη μελέτη, εφαρμόσθηκε μια μέθοδος κατηγοριοποίησης των σωματιδίων και στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε ανάλυση για το Radiative Forcing (ΔFlevel) και Radiative...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Λογοθέτης, Σταύρος-Ανδρέας
Άλλοι συγγραφείς: Καζαντζίδης, Ανδρέας
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:Greek
Έκδοση: 2019
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/12235
id nemertes-10889-12235
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language Greek
topic Αιωρούμενα σωματίδια
Ενεργειακό ισοζύγιο
Ηλιακή ακτινοβολία
Οπτικές ιδιότητες
Aerosols
Radiative forcing
Solar radiation
Optical properties
spellingShingle Αιωρούμενα σωματίδια
Ενεργειακό ισοζύγιο
Ηλιακή ακτινοβολία
Οπτικές ιδιότητες
Aerosols
Radiative forcing
Solar radiation
Optical properties
Λογοθέτης, Σταύρος-Ανδρέας
Εκτίμηση της επίδρασης των αιωρούμενων σωματιδίων στο ενεργειακό ισοζύγιο του συστήματος ατμόσφαιρα-γη
description Στη παρούσα εργασία μελετήθηκε η επίδραση των αιωρούμενων σωματιδίων στο ενεργειακό ισοζύγιο του συστήματος Ατμόσφαιρα-Γη. Για την αναλυτικότερη μελέτη, εφαρμόσθηκε μια μέθοδος κατηγοριοποίησης των σωματιδίων και στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε ανάλυση για το Radiative Forcing (ΔFlevel) και Radiative Forcing Efficiency (ΔFeff,level) σε κάθε περιοχή και τύπο σωματιδίων(ΔFlevel,type). Ειδικότερα, στις περιοχές της Κεντρικής, Ανατολικής και Νότιας Ευρώπης οι επικρατέστεροι τύποι αιωρούμενων σωματιδίων είναι τα λεπτόκοκκα μη απορροφητικά σωματίδια (sulphates, nitrate) και τα λεπτόκοκκα απορροφητικά (soot), κάτι το οποίο συνδέεται με την έντονη αστικοποίηση και βιομηχανοποίηση των περιοχών που περιλαμβάνονται οι σταθμοί. Επιπρόσθετα, στις περιοχές της Μέσης Ανατολής και Βόρειας Αφρικής, τον Ατλαντικό και την Αραβική Χερσόνησo, οι επικρατέστεροι τύποι σωματιδίων είναι τα χονδρόκοκκα και αναμειγμένα απορροφητικά σωματίδια, κάτι το οποίο συνδέεται με την σκόνη που προέρχεται από την έρημο Σαχάρα και τις ερήμους στην Αραβική Χερσόνησο αλλά και από τις συγκεντρώσεις λεπτόκοκκων απορροφητικών σωματιδίων λόγω των καύσεων βιομάζας στις περιοχές που βρίσκονται οι σταθμοί. Εν συνεχεία, για τη μελέτη της επίδρασης κάθε τύπου αιωρούμενων σωματιδίων στην αλλαγή του ενεργειακού ισοζυγίου, για τον λόγο αυτό αναλύθηκε το Radiative Forcing (RF) και το Radiative Forcing Efficiency (RFE) για κάθε σταθμό και κατηγορία σωματιδίων τη χρονική περίοδο 2008-2017. Αρχικά, το μεγαλύτερο ποσοστό χονδρόκοκκων απορροφητικών σωματιδίων (99.15%, κατηγορία VII), παρουσιάζεται στο σταθμό, στη πόλη (όαση) Ταμανρασσέτ στην Αλγερία. Ειδικότερα, έχει τιμές ΔFeff,BOA=-140±32 W/m2 και ΔFeff,TOA=-42±19 W/m2 (FMF500nm=0.21±0.05, AOD500nm=0.64±0.25, SSA440nm=0.89±0.04) και ΔFBOA=-87±28 W/m2 και ΔFTOA=-29±12 W/m2, όσον αφορά το τύπο σωματιδίων παρουσιάζει τιμές ΔFBOA,typeVII=-86±29 W/m2 και ΔFTOA,typeVII =-26±14 W/m2. Κατόπιν, το μεγαλύτερο ποσοστό ελαφρώς λεπτόκοκκων σωματιδίων (52.28%, κατηγορία ΙΙΙ), προβάλλεται στο σταθμό, της Αθήνας, πρωτεύουσας της Ελλάδας. Συγκεκριμένα, έχει τιμές ΔFeff,BOA=-149±23 W/m2 και ΔFeff,TOA=-53±13 W/m2 (FMF500nm=0.74±0.28, AOD500nm=0.41±0.08, SSA440nm=0.92±0.03) και ΔFBOA=-55±10 W/m2 και ΔFTOA=-20±7 W/m2, όσον αφορά το τύπο σωματιδίων παρουσιάζει τιμές ΔFBOA,typeΙII=-52±8 W/m2 και ΔFTOA,typeΙII =-13±3 W/m2. Επίσης, το μεγαλύτερο ποσοστό λεπτόκοκκων μη απορροφητικών σωματιδίων (75.85%, κατηγορία IV), εμφανίζεται στη Μόντενα, πόλη στη Βορειοδυτική Ιταλία. Αναλυτικά, έχει τιμές ΔFeff,BOA=-122±19 W/m2 και ΔFeff,TOA=-67±9 W/m2 (FMF500nm=0.89±0.16, AOD500nm=0.46±0.12, SSA440nm=0.97±0.02) και ΔFBOA=-49±10 W/m2 και ΔFTOA=-27±7 W/m2, όσον αφορά το τύπο σωματιδίων παρουσιάζει τιμές ΔFBOA,typeΙII=-47±9 W/m2 και ΔFTOA,typeΙII =-27±5 W/m2. Ολοκληρώνοντας, ο σταθμός με την υψηλότερη μεταβλητότητα στα ποσοστά των κατηγοριών είναι στο Κάιρο, πρωτεύουσα της Αιγύπτου. Συγκεκριμένα, παρουσιάζει ποσοστό 3.8, 7.65 και 17.39% για τα υψηλά (κατηγορία I), μερικώς (κατηγορία II) και ασθενώς (κατηγορία III) απορροφητικά λεπτόκοκκα σωματίδια, αντίστοιχα. Παράλληλα, παρουσιάζει ποσοστό 23.74 και 25.84% στα αναμειγμένα (κατηγορία V), χονδρόκοκκα (κατηγορία VII) απορροφητικά, αντίστοιχα. Συνοψίζοντας, θα ήταν παράλειψη αν δεν αναφερόμασταν και στη κατηγορία ‘others’ που παρουσιάζει ποσοστό 18.75%. Αναλυτικότερα, έχει τιμές ΔFeff,BOA=-166±34 W/m2 και ΔFeff,TOA=-58±13 W/m2 (FMF500nm=0.57±0.22, AOD500nm=0.54±0.23, SSA440nm=0.89±0.04) και ΔFBOA=-79±26 W/m2 και ΔFTOA=-28±12 W/m2, όσον αφορά το τύπο σωματιδίων παρουσιάζει τιμές ΔFBOA,typeI=-103±42 W/m2, ΔFBOA,typeΙI=-82±32 W/m2, ΔFBOA,typeΙII=-73±34 W/m2 , ΔFBOA,typeV=-64±15 W/m2 , ΔFBOA,typeVII=-72±14 W/m2 και ΔFBOA,typeIX=-63±11 W/m2, και ΔFTOA,typeI =-15±6 W/m2, ΔFTOA,typeΙI =-21±9 W/m2, ΔFTOA,typeΙII =-26±8 W/m2, ΔFTOA,typeV =-25±7 W/m2, ΔFTOA,typeVII =-36±14 W/m2 και ΔFTOA,typeIX =-27±11 W/m2. Είναι απαραίτητο να επισημανθεί, ότι παρουσιάζονται υψηλές αβεβαιότητες στον υπολογισμό των τιμών του RF και RFE για τα αιωρούμενα σωματίδια. Αβίαστα, λοιπόν, συνάγεται το συμπέρασμα ότι αποτελεί αδήριτη ανάγκη η μελέτη των ιδιοτήτων που απαιτούνται για την εκτίμηση του RF, με αποτέλεσμα την μείωση του μέτρου των αβεβαιοτήτων του. Τέλος, αφενός τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας αναμένεται να οδηγήσουν στη καλύτερη κατανόηση του κλίματος κάθε περιοχής και αφετέρου στην αξιοποίηση των αποτελεσμάτων, για την επαλήθευση δορυφορικών δεδομένων, την βελτίωση μοντέλων και την βελτίωση των αλγορίθμων που εφαρμόζονται κατά την τηλεπισκόπηση (remote sensing), στο μέλλον.
author2 Καζαντζίδης, Ανδρέας
author_facet Καζαντζίδης, Ανδρέας
Λογοθέτης, Σταύρος-Ανδρέας
format Thesis
author Λογοθέτης, Σταύρος-Ανδρέας
author_sort Λογοθέτης, Σταύρος-Ανδρέας
title Εκτίμηση της επίδρασης των αιωρούμενων σωματιδίων στο ενεργειακό ισοζύγιο του συστήματος ατμόσφαιρα-γη
title_short Εκτίμηση της επίδρασης των αιωρούμενων σωματιδίων στο ενεργειακό ισοζύγιο του συστήματος ατμόσφαιρα-γη
title_full Εκτίμηση της επίδρασης των αιωρούμενων σωματιδίων στο ενεργειακό ισοζύγιο του συστήματος ατμόσφαιρα-γη
title_fullStr Εκτίμηση της επίδρασης των αιωρούμενων σωματιδίων στο ενεργειακό ισοζύγιο του συστήματος ατμόσφαιρα-γη
title_full_unstemmed Εκτίμηση της επίδρασης των αιωρούμενων σωματιδίων στο ενεργειακό ισοζύγιο του συστήματος ατμόσφαιρα-γη
title_sort εκτίμηση της επίδρασης των αιωρούμενων σωματιδίων στο ενεργειακό ισοζύγιο του συστήματος ατμόσφαιρα-γη
publishDate 2019
url http://hdl.handle.net/10889/12235
work_keys_str_mv AT logothetēsstaurosandreas ektimēsētēsepidrasēstōnaiōroumenōnsōmatidiōnstoenergeiakoisozygiotousystēmatosatmosphairagē
AT logothetēsstaurosandreas estimationofaerosoleffectontheenergybalanceoftheearthatmospheresystem
_version_ 1771297264987275264
spelling nemertes-10889-122352022-09-05T13:57:38Z Εκτίμηση της επίδρασης των αιωρούμενων σωματιδίων στο ενεργειακό ισοζύγιο του συστήματος ατμόσφαιρα-γη Estimation of aerosol effect on the energy balance of the earth-atmosphere system Λογοθέτης, Σταύρος-Ανδρέας Καζαντζίδης, Ανδρέας Kazantzidis, Andreas Logothetis, Stavros-Andreas Αιωρούμενα σωματίδια Ενεργειακό ισοζύγιο Ηλιακή ακτινοβολία Οπτικές ιδιότητες Aerosols Radiative forcing Solar radiation Optical properties Στη παρούσα εργασία μελετήθηκε η επίδραση των αιωρούμενων σωματιδίων στο ενεργειακό ισοζύγιο του συστήματος Ατμόσφαιρα-Γη. Για την αναλυτικότερη μελέτη, εφαρμόσθηκε μια μέθοδος κατηγοριοποίησης των σωματιδίων και στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε ανάλυση για το Radiative Forcing (ΔFlevel) και Radiative Forcing Efficiency (ΔFeff,level) σε κάθε περιοχή και τύπο σωματιδίων(ΔFlevel,type). Ειδικότερα, στις περιοχές της Κεντρικής, Ανατολικής και Νότιας Ευρώπης οι επικρατέστεροι τύποι αιωρούμενων σωματιδίων είναι τα λεπτόκοκκα μη απορροφητικά σωματίδια (sulphates, nitrate) και τα λεπτόκοκκα απορροφητικά (soot), κάτι το οποίο συνδέεται με την έντονη αστικοποίηση και βιομηχανοποίηση των περιοχών που περιλαμβάνονται οι σταθμοί. Επιπρόσθετα, στις περιοχές της Μέσης Ανατολής και Βόρειας Αφρικής, τον Ατλαντικό και την Αραβική Χερσόνησo, οι επικρατέστεροι τύποι σωματιδίων είναι τα χονδρόκοκκα και αναμειγμένα απορροφητικά σωματίδια, κάτι το οποίο συνδέεται με την σκόνη που προέρχεται από την έρημο Σαχάρα και τις ερήμους στην Αραβική Χερσόνησο αλλά και από τις συγκεντρώσεις λεπτόκοκκων απορροφητικών σωματιδίων λόγω των καύσεων βιομάζας στις περιοχές που βρίσκονται οι σταθμοί. Εν συνεχεία, για τη μελέτη της επίδρασης κάθε τύπου αιωρούμενων σωματιδίων στην αλλαγή του ενεργειακού ισοζυγίου, για τον λόγο αυτό αναλύθηκε το Radiative Forcing (RF) και το Radiative Forcing Efficiency (RFE) για κάθε σταθμό και κατηγορία σωματιδίων τη χρονική περίοδο 2008-2017. Αρχικά, το μεγαλύτερο ποσοστό χονδρόκοκκων απορροφητικών σωματιδίων (99.15%, κατηγορία VII), παρουσιάζεται στο σταθμό, στη πόλη (όαση) Ταμανρασσέτ στην Αλγερία. Ειδικότερα, έχει τιμές ΔFeff,BOA=-140±32 W/m2 και ΔFeff,TOA=-42±19 W/m2 (FMF500nm=0.21±0.05, AOD500nm=0.64±0.25, SSA440nm=0.89±0.04) και ΔFBOA=-87±28 W/m2 και ΔFTOA=-29±12 W/m2, όσον αφορά το τύπο σωματιδίων παρουσιάζει τιμές ΔFBOA,typeVII=-86±29 W/m2 και ΔFTOA,typeVII =-26±14 W/m2. Κατόπιν, το μεγαλύτερο ποσοστό ελαφρώς λεπτόκοκκων σωματιδίων (52.28%, κατηγορία ΙΙΙ), προβάλλεται στο σταθμό, της Αθήνας, πρωτεύουσας της Ελλάδας. Συγκεκριμένα, έχει τιμές ΔFeff,BOA=-149±23 W/m2 και ΔFeff,TOA=-53±13 W/m2 (FMF500nm=0.74±0.28, AOD500nm=0.41±0.08, SSA440nm=0.92±0.03) και ΔFBOA=-55±10 W/m2 και ΔFTOA=-20±7 W/m2, όσον αφορά το τύπο σωματιδίων παρουσιάζει τιμές ΔFBOA,typeΙII=-52±8 W/m2 και ΔFTOA,typeΙII =-13±3 W/m2. Επίσης, το μεγαλύτερο ποσοστό λεπτόκοκκων μη απορροφητικών σωματιδίων (75.85%, κατηγορία IV), εμφανίζεται στη Μόντενα, πόλη στη Βορειοδυτική Ιταλία. Αναλυτικά, έχει τιμές ΔFeff,BOA=-122±19 W/m2 και ΔFeff,TOA=-67±9 W/m2 (FMF500nm=0.89±0.16, AOD500nm=0.46±0.12, SSA440nm=0.97±0.02) και ΔFBOA=-49±10 W/m2 και ΔFTOA=-27±7 W/m2, όσον αφορά το τύπο σωματιδίων παρουσιάζει τιμές ΔFBOA,typeΙII=-47±9 W/m2 και ΔFTOA,typeΙII =-27±5 W/m2. Ολοκληρώνοντας, ο σταθμός με την υψηλότερη μεταβλητότητα στα ποσοστά των κατηγοριών είναι στο Κάιρο, πρωτεύουσα της Αιγύπτου. Συγκεκριμένα, παρουσιάζει ποσοστό 3.8, 7.65 και 17.39% για τα υψηλά (κατηγορία I), μερικώς (κατηγορία II) και ασθενώς (κατηγορία III) απορροφητικά λεπτόκοκκα σωματίδια, αντίστοιχα. Παράλληλα, παρουσιάζει ποσοστό 23.74 και 25.84% στα αναμειγμένα (κατηγορία V), χονδρόκοκκα (κατηγορία VII) απορροφητικά, αντίστοιχα. Συνοψίζοντας, θα ήταν παράλειψη αν δεν αναφερόμασταν και στη κατηγορία ‘others’ που παρουσιάζει ποσοστό 18.75%. Αναλυτικότερα, έχει τιμές ΔFeff,BOA=-166±34 W/m2 και ΔFeff,TOA=-58±13 W/m2 (FMF500nm=0.57±0.22, AOD500nm=0.54±0.23, SSA440nm=0.89±0.04) και ΔFBOA=-79±26 W/m2 και ΔFTOA=-28±12 W/m2, όσον αφορά το τύπο σωματιδίων παρουσιάζει τιμές ΔFBOA,typeI=-103±42 W/m2, ΔFBOA,typeΙI=-82±32 W/m2, ΔFBOA,typeΙII=-73±34 W/m2 , ΔFBOA,typeV=-64±15 W/m2 , ΔFBOA,typeVII=-72±14 W/m2 και ΔFBOA,typeIX=-63±11 W/m2, και ΔFTOA,typeI =-15±6 W/m2, ΔFTOA,typeΙI =-21±9 W/m2, ΔFTOA,typeΙII =-26±8 W/m2, ΔFTOA,typeV =-25±7 W/m2, ΔFTOA,typeVII =-36±14 W/m2 και ΔFTOA,typeIX =-27±11 W/m2. Είναι απαραίτητο να επισημανθεί, ότι παρουσιάζονται υψηλές αβεβαιότητες στον υπολογισμό των τιμών του RF και RFE για τα αιωρούμενα σωματίδια. Αβίαστα, λοιπόν, συνάγεται το συμπέρασμα ότι αποτελεί αδήριτη ανάγκη η μελέτη των ιδιοτήτων που απαιτούνται για την εκτίμηση του RF, με αποτέλεσμα την μείωση του μέτρου των αβεβαιοτήτων του. Τέλος, αφενός τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας αναμένεται να οδηγήσουν στη καλύτερη κατανόηση του κλίματος κάθε περιοχής και αφετέρου στην αξιοποίηση των αποτελεσμάτων, για την επαλήθευση δορυφορικών δεδομένων, την βελτίωση μοντέλων και την βελτίωση των αλγορίθμων που εφαρμόζονται κατά την τηλεπισκόπηση (remote sensing), στο μέλλον. In the present thesis, we studied the aerosols effect οn the energy balance of the Earth-atmosphere system. Firstly, for the extensive study, we applied an aerosol-type method classification and a comprehensive analysis of Radiative Forcing (ΔFlevel) and Radiative Forcing Efficiency (ΔFeff,level) for every region and aerosol type (ΔFlevel,type). Particularly, in the regions of Central, Eastern and Southern Europe, the dominant aerosol types are the fine non-absorbing (sulphates, nitrate) and the fine absorbing (soot), which are connected to the urbanization/industrialization of the regions where the stations are located. Moreover, in Middle East and North Africa areas, as well as in the Atlantic and the Arabian Peninsula, the dominant aerosol types are the coarse absorbing aerosols and the mixed absorbing aerosols, which is explained by the incoming dust from Sahara and Arabian Peninsula deserts, while it is also a result of the concentrations of fine absorbing particles caused by burning biomass in these areas that the station are located. Furthermore, for the study of aerosols’ effect in the change of energy balance, we observed the Radiative Forcing (RF) and the Radiative Forcing Efficiency (RFE) for every region and for every aerosol type during the 2008-2017 period. Firstly, the highest percentage of coarse absorbing aerosol (99.15%, category VII), is observed in the station Tamanrasset, which is a town-oasis, located in Algeria. In particular, the values observed were ΔFeff,BOA=-140±32 W/m2 and ΔFeff,TOA=-42±19 W/m2 (FMF500nm=0.21±0.05, AOD500nm=0.64±0.25, SSA440nm=0.89±0.04) and ΔFBOA=-87±28 W/m2 και ΔFTOA=-29±12 W/m2, and as for aerosol type, the values observed were ΔFBOA,typeVII=-86±29 W/m2 and ΔFTOA,typeVII =-26±14 W/m2. Similarly, the highest percentage of fine non-absorbing aerosols (75.85%, category IV), is observed in Northwestern Italy and specifically in the town of Modena. In this case, the values are ΔFeff,BOA=-122±19 W/m2 and ΔFeff,TOA=-67±9 W/m2 (FMF500nm=0.89±0.16, AOD500nm=0.46±0.12, SSA440nm=0.97±0.02) and ΔFBOA=-49±10 W/m2 and ΔFTOA=-27±7 W/m2, and as for the aerosol type, the values are ΔFBOA,typeΙII=-47±9 W/m2 and ΔFTOA,typeΙII =-27±5 W/m2. What is more, the station with the higher variability in its percentages of aerosol type is Cairo, the capital of Egypt. In particular, the observed percentages were 3.8, 7.65 and 17.39%, for high (category I), moderate (category II) and slightly (category III) fine absorbing particles, respectively. At the same time, percentages of 23.74 and 25.84% are displayed for mixed (category V) and coarse (category VII) absorbing, respectively. In summary, it would be an omission if we don’t mention the category ‘others’ that represents percentage of 18.75%. Specifically , the values observed were ΔFeff,BOA=-166±34 W/m2 and ΔFeff,TOA=-58±13W/m2 (FMF500nm=0.57±0.22, AOD500nm=0.54±0.23, SSA440nm=0.89±0.04) and ΔFBOA=-79±26 W/m2 and ΔFTOA=-28±12 W/m2 , and as for the aerosol type, the values are ΔFBOA,typeI=-103±42 W/m2, ΔFBOA,typeΙI=-82±32 W/m2, ΔFBOA,typeΙII=-73±34 W/m2 , ΔFBOA,typeV=-64±15 W/m2 , ΔFBOA,typeVII=-72±14 W/m2 και ΔFBOA,typeIX=-63±11 W/m2, and ΔFTOA,typeI =-15±6 W/m2, ΔFTOA,typeΙI =-21±9 W/m2, ΔFTOA,typeΙII =-26±8 W/m2, ΔFTOA,typeV =-25±7 W/m2, ΔFTOA,typeVII =-36±14 W/m2 and ΔFTOA,typeIX =-27±11 W/m2. It is important to say that those values indicate significant uncertainties in the aerosol radiative forcing estimate, confirming the need to study their radiative properties and to adequately quantify their effect on radiative balance. Finally, the results are expected not only to contribute to our understanding of regional climate, but also they could be used in order to validate satellite data as well as improve the performance of models and remote sensing algorithms, in the future. 2019-06-30T11:02:59Z 2019-06-30T11:02:59Z 2019-02-08 Thesis http://hdl.handle.net/10889/12235 gr 0 application/pdf