A budapesti széntartalmú légköri aeroszol: összetevőinek kémiai jellemzése, forrásainak azonosítása, keletkezési mechanizmusainak és környezeti hatásainak vizsgálata = Carbonaceous atmospheric aerosols in Budapest: chemical characterisation, source identification, and investigation of their formation mechanisms and environmental impacts

Felállítottuk az aeroszol tömegmérleget a durva és finom méretfrakcióban, és ezen belül meghatároztuk a szerves anyag és a korom aeroszol hányadát. A belvárosban és a városi háttérben mért széntartalmú aeroszol összetevők koncentrációjának összehasonlításából, valamint a szervetlen aeroszol alkotókkal való kapcsolatából a széntartalmú aeroszol összetevők emissziós forrásaira következtettünk, esetenként pedig meghatároztuk a forrás járulékát is. Megbecsültük a szerves szén másodlagos forrásainak jelentőségét a belvárosban nappali időszakban. Kapcsolatrendszerének alapján javaslatot adtunk a keletkezési mechanizmusra vonatkozóan. Meghatároztuk a finom méretfrakciójú vízoldható szerves szén koncentrációjának alakulását a város különböző helyszínein, amely az emissziós forrásokra és a keletkezési mechanizmusra utal. Felderítettük a városi széntartalmú aeroszol egyik sajátosságát más (vidéki, kontinentális, tengeri vagy biomassza égetésekor keletkező) aeroszollal összehasonlítva. Meghatároztuk a budapesti városi aeroszolban lévő légköri humusszerű anyag fő elemi összetételét, átlagos légköri koncentrációját, adalékokkal szolgátunk az egyik lehetséges keletkezési mechanizmusához, és megadtuk jelentőségét a tiszta vízcsepp felületi feszültségének csökkentése kapcsán. A szerves aeroszol összetevők mintagyűjtésének és analitikai mérésének módszertani kérdéseinek (művi effektusoknak) a kísérleti kezelésében és korrigálásában értünk el jelentős eredményeket. | Aerosol chemical mass closure calculations were made for the separate fine (<2 micro m) and coarse (2-10 micro m) size fractions. Organic matter and elemental carbon were the dominant aerosol types in the fine fraction; they explained on average 43 and 21%, respectively, of the fine PM. Amount of secondary organic aerosol (SOA) was estimated by using EC as tracer for the primary OC emissions. Mean contribution and standard deviation of the SOA to the OM in the PM2.5 size fraction at the kerbside over daylight periods were (37+-18)%. Atmospheric humic-like substances (HULIS) were investigated in detail. Their major element composition, expressed in molar ratios, was C:H:O:N = 22:32:10:1. Solution of pure HULIS in concentrations corresponding to real incipient cloud droplets decreased the surface tension of water by about 30%, and the major decrease occurred within several tens of seconds. In diluted solutions, however, the thermodynamic equilibrium in surface tension was only reached after several hours, but the equilibrium depression value was still remarkable, about 18%. The surface tension depended on the solution pH as well; the smallest depression was observed at about pH = 5, and it was increased by an additional 13%

Wintertime hygroscopicity and volatility of ambient urban aerosol particles

Hygroscopic and volatile properties of atmospheric aerosol particles with dry diameters of (20), 50, 75, 110 and 145 nm were determined in situ by using a volatility-hygroscopicity tandem differential mobility analyser (VH-TDMA) system with a relative humidity of 90% and denuding temperature of 270 degrees C in central Budapest during 2 months in winter 2014-2015. The probability density function of the hygroscopic growth factor (HGF) showed a distinct bimodal distribution. One of the modes was characterised by an overall mean HGF of approximately 1.07 (this corresponds to a hygroscopicity parameter kappa of 0.033) independently of the particle size and was assigned to nearly hydrophobic (NH) particles. Its mean particle number fraction was large, and it decreased monotonically from 69 to 41% with particle diameter. The other mode showed a mean HGF increasing slightly from 1.31 to 1.38 (kappa values from 0.186 to 0.196) with particle diameter, and it was attributed to less hygroscopic (LH) particles. The mode with more hygroscopic particles was not identified. The probability density function of the volatility GF (VGF) also exhibited a distinct bimodal distribution with an overall mean VGF of approximately 0.96 independently of the particle size, and with another mean VGF increasing from 0.49 to 0.55 with particle diameter. The two modes were associated with less volatile (LV) and volatile (V) particles. The mean particle number fraction for the LV mode decreased from 34 to 21% with particle diameter. The bimodal distributions indicated that the urban atmospheric aerosol contained an external mixture of particles with a diverse chemical composition. Particles corresponding to the NH and LV modes were assigned mainly to freshly emitted combustion particles, more specifically to vehicle emissions consisting of large mass fractions of soot likely coated with or containing some water-insoluble organic compounds such as non-hygroscopic hydrocarbon-like organics. The hygroscopic particles were ordinarily volatile. They could be composed of moderately transformed aged combustion particles consisting of partly oxygenated organics, inorganic salts and soot. The larger particles contained internally mixed non-volatile chemical species as a refractory residual in 20-25% of the aerosol material (by volume).Peer reviewe

Az ultrafinom légköri aeroszol = Ultrafine atmospheric aerosol

Nemzetközileg új, tudományos eredményeket értünk el 1) a légköri nukleáció területén, amely magába foglalja a jelenség azonosítását, mechanikai jellemzését, gyakoriságának meghatározását, évszakos változékonyságának magyarázatát, mechanizmusának vizsgálatát, térbeli kiterjedésének becslését, a különböző városi környezetekben tapasztalt eltérések felderítését, a városlakók expozíciójának modellezését, valamint mindezek környezeti és egészségügyi jelentőségének bizonyítását, 2) a légköri humuszszerű anyag témakörben, különösen az oldatcsepp kolloidkémiai, nedvesedési tulajdonságainak és felületi feszültségének relaxációja területén, valamint mindezek levegőkémiai és éghajlati következményeit tekintve, illetve első alkalommal alkalmaztunk kiroptikai módszereket aeroszol kutatásban, 3) különleges városi mikrokörnyezetek jellemzésében, valamint a budapesti városi aeroszol kémiai összetétele és fizikai tulajdonságai hosszú távú megváltozásának egészségi és környezeti következményei tekintetében. Az elért eredményeket 5 könyvfejezetben, 23 SCI cikkben közöltük (a szakma 5,31 impaktfaktorú, csúcsfolyóiratában 5 cikkünk jelent meg), összesített impaktfaktor 68,19, a projekt vezetője és a társintézmény vezető kutatója megszerezték az MTA doktora címet a futamidő alatt, a projekt vezetője a hónap OTKA kutatója lett, az OTKA – Élet és Tudomány cikkpályázat országos második helyezettje lett egyik dolgozatunk. A kutatási projekt - a terveket meghaladó mértékben - eredményesen zárul. | Internationally new research results were achieved in the following fields: 1) atmospheric nucleation including the identification, characterization of new particle formation events and particle growth, nucleation frequency, their seasonal variation, investigation of the possible mechanisms, horizontal spatial scales, observed differences in various urban environments, exposure of inhabitants to particles, together with environmental and health implications, 2) atmospheric humic-like substances, in particular with regard to their colloidal and hygroscopic properties, and to relaxation of the surface tension of their solution droplets, together with some climate implications, and also the first application of chiroptical methods in organic aerosol research, 3) characterization of specific urban microenvironments, and revealing the health and environmental effects of long-term changes in chemical composition and physical properties of urban aerosol in Budapest. The results were published in 5 book chapters, 23 SCI articles (note: 5 articles appeared in the most prestigious journal of the field with an impact factor of 5.31), the principal investigator and the lead researcher at the cooperating institute both received their DSc degree of the Hungarian Academy of Sciences in the duration of the project, the principal investigator became the researcher of the month with OTKA, etc. The project is closed with outstanding research success

Regional effect on urban atmospheric nucleation

Secondary aerosol particle production via new particle formation (NPF) has been shown to be a major contributor to the global aerosol load. NPF has also been observed frequently in urban environments. Here, we investigate the effect of regional NPF on urban aerosol load under well-defined atmospheric conditions. The Carpathian Basin, the largest orogenic basin in Europe, represents an excellent opportunity for exploring these interactions. Based on long-term observations, we revealed that NPF seen in a central large city of the basin (Budapest) and its regional background occur in a consistent and spatially coherent way as a result of a joint atmospheric phenomenon taking place on large horizontal scales. We found that NPF events at the urban site are usually delayed by > 1 h relative to the rural site or even inhibited above a critical condensational sink level. The urban processes require higher formation rates and growth rates to be realized, by mean factors of 2 and 1.6, respectively, than the regional events. Regional-and urban-type NPF events sometimes occur jointly with multiple onsets, while they often exhibit dynamic and timing properties which are different for these two event types.Peer reviewe