Sensitivity of Air Pollution-Induced Premature Mortality to Precursor Emissions Under the Influence of Climate Change

The relative contributions of PM2.5 and ozone precursor emissions to air pollution-related premature mortality modulated by climate change are estimated for the U.S. using sensitivities of air pollutants to precursor emissions and health outcomes for 2001 and 2050. Result suggests that states with high emission rates and significant premature mortality increases induced by PM2.5 will substantially benefit in the future from SO2, anthropogenic NOX and NH3 emissions reductions while states with premature mortality increases induced by O3 will benefit mainly from anthropogenic NOX emissions reduction. Much of the increase in premature mortality expected from climate changeinduced pollutant increases can be offset by targeting a specific precursor emission in most states based on the modeling approach followed here

Sensitivity of Air Pollution-Induced Premature Mortality to Precursor Emissions under the Influence of Climate Change

The relative contributions of PM2.5 and ozone precursor emissions to air pollution-related premature mortality modulated by climate change are estimated for the U.S. using sensitivities of air pollutants to precursor emissions and health outcomes for 2001 and 2050. Result suggests that states with high emission rates and significant premature mortality increases induced by PM2.5 will substantially benefit in the future from SO2, anthropogenic NOX and NH3 emissions reductions while states with premature mortality increases induced by O3 will benefit mainly from anthropogenic NOX emissions reduction. Much of the increase in premature mortality expected from climate change-induced pollutant increases can be offset by targeting a specific precursor emission in most states based on the modeling approach followed here

Effect of the Standard Nomenclature for Air Pollution (SNAP) Categories on Air Quality over Europe

The contribution of different anthropogenic source-sectors on ozone mixing ratios and PM2.5 concentrations over Europe is assessed for a summer month (July 2006) using the US Environmental Protection Agency’s (EPA’s) Models-3 framework and the Netherlands Organization for Applied Scientific Research (TNO) anthropogenic emissions for 2006. Anthropogenic emission sources have been classified into 10 different Standard Nomenclature for Air Pollution (SNAP) categories. The road transport category, which is mainly responsible for NOX emissions, is estimated to have the major impact on Max8hrO3 mixing ratio suggesting an increase of 6.8% on average over Europe, while locally it is more than 20%. Power generation category is estimated to have the major impact on PM2.5 concentrations since it is the major source of SO2 emissions, suggesting an increase of 22.9% on average over Europe, while locally it is more than 60%. Agriculture category is also contributing significantly on PM2.5 concentrations, since agricultural activities are the major source of NH3 emissions, suggesting an increased by 16.1% on average over Europe, while in regions with elevated NH3 emissions the increase is up to 40%

Παραγωγή και διασπορά μεθανίου στην ατμόσφαιρα σε μονάδες εδαφικής διάθεσης αποβλήτων (ΜΕΔΑ)

Το μεθάνιο αποτελεί σημαντική ένωση τόσο από ενεργειακή άποψη όσο και για τη συμβολή του στο φαινόμενο του θερμοκηπίου καθώς κάθε mole μεθανίου συμβάλει 25 φορές περισσότερο από κάθε mole διοξειδίου του άνθρακα (Rodhe, 1990). Η ραγδαία αύξηση του στην ατμόσφαιρα που άρχισε γύρω στο 1850 και συμπίπτει με τη ραγδαία αύξηση του πληθυσμού της Γης δείχνει τη συμβολή των ανθρώπινων δραστηριοτήτων στην αύξηση των εκπεμπόμενων ποσοτήτων μεθανίου (Khalil et al, 1985). Η συγκέντρωση του μεθανίου στην ατμόσφαιρα σήμερα εκτιμάται σε 1,76 ppm με πιθανή μεταβολή για το 2100 από -0,19 ppm σε +1,97 ppm (IPCC, 2001). Οι ΜΕΔΑ ταξινομούνται ως η τρίτη πηγή στις εκπομπές μεθανίου ανάμεσα στις ανθρωπογενείς πηγές, μετά από τους ορυζώνες και τα μηρυκαστικά, συμβάλλοντας κατά 30 106 - 70 106 tn/yr ποσό που αντιστοιχεί στο 6 - 18% της συνολικής παραγωγής (Βingemer et al., 1987). Για τους λόγους αυτούς η ακριβής εκτίμηση της ποσότητας μεθανίου που παράγεται στις ΜΕΔΑ αποτελεί σημαντική πληροφορία. Η εκτίμηση της παραγωγής και διασποράς μεθανίου γύρω από ΜΕΔΑ είναι σημαντική. Αν και δεν υπάρχει άμεσος κίνδυνος από το μεθάνιο που εξέρχεται από μια ΜΕΔΑ κατά την ανάμειξη του με τον αέρα (όταν το μεθάνιο αναμειγνύεται με αέρα υπάρχει κίνδυνος ανάφλεξης), παρ' όλα αυτά μπορεί να συσσωρευτεί σε κοιλότητες αυξάνοντας τη συγκέντρωση του με άμεσο κίνδυνο την εκδήλωση πυρκαγιών. Επιπρόσθετα μπορεί να προκαλέσει αιτία ασφυξίας για το προσωπικό σε ένα κλειστό χώρο. Καθώς το μεθάνιο και οι υπόλοιπες ενώσεις που παράγονται σε μικροποσότητες στις ΜΕΔΑ υφίστανται αραίωση 104 φορές κατά την είσοδο τους στην ατμόσφαιρα, μπορεί το μεθάνιο να θεωρηθεί οδηγός ένωση στον καθορισμό των υπολοίπων (Bruckmann et al., 1982). Μερικά αέρια που παράγονται στις ΜΕΔΑ απαιτούν αραίωση 106 φορές για να βρεθούν κάτω του ανιχνεύσιμου ορίου οσμών (Young et al., 1983). Έτσι το ποσοστό αραίωσης του εκπεμπόμενου μεθανίου μπορεί να αποτελέσει οδηγό στη χάραξη κρίσιμης ζώνης γύρω από μια ΜΕΔΑ, αναφορικά με τις οσμές. Σε σχεδιασμούς νέων ΜΕΔΑ θα πρέπει να επιδιώκονται αποστάσεις που το ποσοστό αραίωσης του παραγόμενου μεθανίου να είναι το μεγαλύτερο δυνατό. Επιπρόσθετα η μέτρηση μεθανίου σε σημεία γειτονικά της ΜΕΔΑ μπορεί να εφαρμοστεί για επαλήθευση μοντέλων παραγωγής μεθανίου από το σύνολο της. Πειράματα επαλήθευσης τους εφαρμόζονται σε μικρή κλίμακα είτε στο εργαστήριο (Barlaz et al., 1987) είτε σε τμήματα της (Halvadakis et al., 1988). Καθώς η αναερόβια βιοαποδόμηση των απορριμμάτων είναι πολύπλοκη διεργασία και πλήθος παραγόντων συντελούν στην παραγωγή μεθανίου από το σύνολο της ΜΕΔΑ, ο έλεγχος των αποτελεσμάτων τους σε τέτοια κλίμακα κρίνεται σημαντικός. Για την εκτίμηση των εκπομπών μεθανίου που παράγεται σε μια ΜΕΔΑ κατασκευάστηκε ο κώδικας MICROGEN-PLUS. Ο κώδικας αυτός βασίζεται στον κώδικα MICROGEN (Halvadakis, 1983) που υπολογίζει την παραγωγή βιοαερίου από μοναδιαία μάζα απορριμμάτων και στηρίζεται σε προσέγγιση των μικροβιακών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα σε μια ΜΕΔΑ. Ο κώδικας απαιτεί για τους υπολογισμούς του δυο είδη παραμέτρων. Το ένα είδος αναφέρεται σε χαρακτηριστικά των εμπλεκομένων μικροβιακών πληθυσμών και είναι οι βιοκινητικές σταθερές των βακτηρίων. Αυτές οι παράμετροι θεωρούνται ίδιες για όλες τις κατηγορίες των συστατικών των απορριμμάτων, αφού χαρακτηρίζουν αποκλειστικά τα μικρόβια. Το δεύτερο είδος παραμέτρων σχετίζεται με τη φυσική κατάσταση των απορριμμάτων (π.χ. υγρασία, πυκνότητα) δίνοντας ιδιαίτερη βαρύτητα σε συγκεκριμένα χαρακτηριστικά της κάθε κατηγορίας συστατικών, με αποτέλεσμα οι παράμετροι αυτοί να είναι διαφορετικοί για την κάθε μια κατηγορία. Το μοντέλο χωρίζει τα συστατικά των απορριμμάτων σε τρεις κατηγορίες με βάση την ταχύτητα υδρόλυσης και βιοαποδόμησης τους, σε ταχέα, μεσαία και βραδέα αποδομούμενα υλικά. Η κάθε μια από τις προαναφερθείσες κατηγορίες συστατικών χαρακτηρίζεται από μια σταθερά υδρόλυσης και έχει συγκεκριμένη υγρασία και ποσοστό βιοαεριοποιήσιμου οργανικού στερεού άνθρακα. Στη συνέχεια γίνεται χρήση του κινητικού μοντέλου Monod και με βάση την εξίσωση του, υπολογίζονται ανά μοναδιαία βάση (ανά Kg υγρών ή ξηρών απορριμμάτων), οι συγκεντρώσεις των μικροοργανισμών και των προϊόντων που παράγονται κατά τα ενδιάμεσα" στάδια της μεθανογένεσης. Από τη στιγμή που θα καθοριστεί η καμπύλη ρυθμού παραγωγής μεθανίου (και βιοαερίου) από μοναδιαία μάζα απορριμμάτων, το μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό του αντίστοιχου ρυθμού από συγκεκριμένη μάζα απορριμμάτων, όπως ένα κελί ή ταμπάνι ή από το σύνολο της ΜΕΔΑ. Αρχικά η ΜΕΔΑ διαιρείται σε τμήματα. Ο καθορισμός αυτός γίνεται βάσει της θέσης απόθεσης των απορριμμάτων, χωρίς να αποκλείεται ο καθορισμός να γίνει διαφορετικά. Σε κάθε τμήμα καθορίζεται η διάρκεια απόθεσης απορριμμάτων και η μάζα των ενταφιαζόμενων απορριμμάτων. Οι τιμές που προέκυψαν από τον κώδικα MICROGEN για το ρυθμό παραγωγής μεθανίου (και βιοαερίου) από μοναδιαία μάζα απορριμμάτων πολλαπλασιάζονται με την ημερήσια μάζα τους και έτσι προκύπτει ο ρυθμός παραγωγής σε ημερήσια βάση. Αθροίζοντας τους ρυθμούς αυτούς σε κάθε τμήμα της ΜΕΔΑ προκύπτει ο ρυθμός παραγωγής του αντίστοιχου τμήματος. Με άθροιση των ρυθμών αυτών απ' όλα τα τμήματα της ΜΕΔΑ προκύπτει ο ρυθμός παραγωγής από το σύνολο της. Ακόμα παρέχεται η δυνατότητα κατασκευής της αθροιστικής καμπύλης παραγωγής μεθανίου και βιοαερίου. Καθώς ο κώδικας υπολογίζει το αναερόβιο στάδιο της διεργασίας, για τη σωστότερη χρονική κατανομή των ρυθμών παραγωγής, εισάγεται η διάρκεια αεροβίωσης της ημερήσιας ποσότητας των απορριμμάτων. Ο χρόνος αυτός αναφέρεται στο χρόνο κατανάλωσης του οξυγόνου που υπήρχε εγκλωβισμένο στις κοιλότητες της ποσότητας αυτής από τους αερόβιους μικροοργανισμούς και είναι συνήθως μερικές ημέρες. Η ακρίβεια καθορισμού του χρόνου αυτού δεν είναι σημαντική για το σύνολο μιας ΜΕΔΑ καθώς η παραγωγή βιοαερίου διαρκεί μερικές δεκάδες χρόνια. Ο κώδικας επίσης υπολογίζει τη θεωρητικά μέγιστη παραγωγή βιοαερίου από κάθε τμήμα και εξάγεται για μια καθορισμένη χρονική στιγμή το ποσοστό βιοαερίου που ήδη έχει παραχθεί. Ο καθορισμός αυτός είναι απαραίτητος στη σχεδίαση Συστήματος Ανάκτησης Βιοαερίου (ΣΑΒ), καθώς έτσι θα αποφασιστεί το βάθος των πηγαδιών ανάκτησης βιοαερίου, στην περίπτωση που η εγκατάσταση ΣΑΒ δεν γίνεται ταυτόχρονα με την απόθεση των απορριμμάτων. Οι παράμετροι που επηρεάζουν περισσότερο το ρυθμό παραγωγής μεθανίου από μια ΜΕΔΑ, όπως προέκυψε από την ανάλυση ευαισθησίας του κώδικα MICROGEN-PLUS είναι η σύσταση των απορριμμάτων και οι σταθερές υδρόλυσης των συστατικών του. Οι βιοκινητικές σταθερές των μικροοργανισμούς αν και επηρεάζουν το ρυθμό παραγωγής μεθανίου και βιοαερίου από μοναδιαία μάζα απορριμμάτων (MICROGEN), στο σύνολο της ΜΕΔΑ (MICROGEN-PLUS) δε φαίνεται να προκαλούν σημαντική μεταβολή. Για τη διασπορά του παραγόμενου μεθανίου χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο CALPUFF (Scire et al., 2000a) που θεωρείται από τα πιο αξιόπιστα μοντέλα για τη διασπορά αερίων ρύπων. Η U.S. EPA προτείνει (guideline model) το μοντέλο αυτό για εφαρμογές που περιλαμβάνουν μεταφορά ρύπων σε μεγάλες αποστάσεις καθώς και σε μικρές όταν η επίδραση συνθηκών μη σταθερής κατάστασης (χωρική κατανομή μετεωρολογικών πεδίων, ήρεμοι άνεμοι, επίδραση εδάφους κ.λ.π.) είναι σημαντική. Είναι ένα Λαγρατζιανό Γκαουσιανό μοντέλο μη σταθερής κατάστασης που περιλαμβάνει κώδικες για ξηρή απόθεση, υγρή απόθεση, χημικούς μετασχηματισμούς των ρύπων, επίδραση υδάτινων όγκων, επίδραση κτιρίων και για πολύπλοκο έδαφος. Το μοντέλο δέχεται εκπομπές σημειακών και γραμμικών πηγών καθώς και πηγών επιφανείας και όγκου με σταθερό ή μεταβαλλόμενο ρυθμό. Δίνει τη δυνατότητα υπολογισμού μέσων συγκεντρώσεων για πολλούς ρύπους τόσο σε κάθε πλέγμα της κανάβου στα οποία έχει διαιρεθεί η περιοχή μελέτης όσο και σε συγκεκριμένα σημεία-δέκτες, σε πολλαπλά επίπεδα. Το μοντέλο CALPUFF απαιτεί τη λήψη μετεωρολογικών δεδομένων της περιοχής μελέτης. Μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα τριών διαστάσεων μετεωρολογικό πεδίο που παράγεται από το μετεωρολογικό μοντέλο CALMET (Scire et al., 2000b), όσο και ανεμολογικά δεδομένα μεμονωμένων σταθμών για τον καθορισμό του μετεωρολογικού πεδίου. Η χρήση όμως αυτών των μεμονωμένων σταθμών για τον καθορισμό του μετεωρολογικού πεδίου δεν δίνει τη δυνατότητα στο CALPUFF να εκμεταλλευτεί τη χωροχρονική μεταβολή των μετεωρολογικών συνθηκών και έτσι θα πρέπει να χρησιμοποιούνται με επιφύλαξη. Το μετεωρολογικό μοντέλο CALMET είναι ένα διαγνωστικό μοντέλο και για την κατανομή του ανεμολογικού πεδίου απαιτούνται δεδομένα σταθμών επιφανείας, σταθμών ανώτερης ατμόσφαιρας σταθμών πάνω από υδατικούς όγκους και γεωφυσικά δεδομένα της περιοχής. Εφαρμογή της μεθοδολογίας έγινε στη ΜΕΔΑ "Λεμονού". Η ΜΕΔΑ του Δήμου Μυτιλήνης "Λεμονού", συνολικής έκτασης 40 στρεμμάτων, εξυπηρετεί από το 1986 το Δήμο Μυτιλήνης και γειτονικές κοινότητες. Από το 1990 έως το 1993 σταδιακά εναποτίθενται σε αυτή τα απορρίμματα ευρείας περιοχή του νησιού συνολικού μόνιμου πληθυσμού 40392 κατοίκων (απογραφή 1991). Για την εκτίμηση της παραγωγής και διασποράς του μεθανίου απαιτείται η γνώση της ποσότητας των ενταφιαζόμενων απορριμμάτων. Από το 1989 έως το 1998 οργανώθηκαν 7 μελέτες διακίνησης απορριμμάτων στη ΜΕΔΑ "Λεμονού", σε διαφορετικές χρονικές περιόδους του έτους. Στις μελέτες αυτές καταγράφηκαν στοιχεία ταυτότητας των οχημάτων που εισέρχονται στη ΜΕΔΑ – αριθμός κυκλοφορίας, προέλευση, διαστάσεις καρότσας, είδος απορριμμάτων- καθώς και οι χρόνοι εισόδου - εξόδου από τη ΜΕΔΑ και στο σημείο απόθεσης απορριμμάτων. Για κλειστά απορριμματοφόρα (γνωστής χωρητικότητας) χρησιμοποιήθηκαν στοιχεία του κατασκευαστή για τον όγκο του κάδου και το συντελεστή συμπίεσης των απορριμμάτων, ενώ η πληρότητα τους εκτιμήθηκε από τον οδηγό του οχήματος. Τα υπόλοιπα οχήματα διαστασιολογήθηκαν με μετροταινία και έγινε εκτίμηση της πληρότητας τους. Η ημερήσια καταγραφή κάλυπτε τη μεγαλύτερη χρονική διάρκεια λειτουργίας της ΜΕΔΑ τη συγκεκριμένη περίοδο. Με βάση τον όγκο των ενταφιαζόμενων απορριμμάτων, το συντελεστή συμπίεσης των απορριμματοφόρων οχημάτων και την πυκνότητα των απορριμμάτων που υπολογίστηκε με ζυγίσεις κάδων απορριμμάτων σε 99.5 Kg ανά m3 ασυμπίεστων απορριμμάτων, εκτιμήθηκε η ποσότητα των απορριμμάτων που καταλήγει στη ΜΕΔΑ από την έναρξη λειτουργίας της μέχρι σήμερα. Επιπρόσθετα υπολογίστηκε η Μοναδιαία Παραγωγή Απορριμμάτων (ΜΠΑ) των κατοίκων της πόλη της Μυτιλήνης μεταξύ 1.06-1.63 Kgr/κάτοικο/ημέρα. Η ποσότητα των απορριμμάτων που καταλήγουν σε μια ΜΕΔΑ αποτελεί σημαντική πληροφορία. Η έλλειψη γεφυροπλάστιγγας όμως στην είσοδο της ΜΕΔΑ. των περισσοτέρων στο ελλαδικό χώρο όσο και σε άλλες χώρες, που θα παρείχε ακριβή ποσοτικά στοιχεία των ενταφιαζόμενων απορριμμάτων μπορεί να ξεπεραστεί με τη μεθοδολογία που ακολουθήθηκε. Με εφαρμογή του κώδικα MICROGEN-PLUS η ποσότητα του παραγόμενου μεθανίου από τη συνολική ΜΕΔΑ στο τέλος του α! εξαμήνου του 2001 εκτιμάται σε 2645 ± 484 m3/μέρα. Η διασπορά του παραγόμενου μεθανίου εξαρτάται από τις επικρατούσες ατμοσφαιρικές συνθήκες και κυρίως από τη διεύθυνση και ταχύτητα του ανέμου. Καθώς οι συνθήκες αυτές μεταβάλλονται συνεχώς, υπάρχει μεγάλη διακύμανση της συγκέντρωσης του στα σημεία γύρω από τη ΜΕΔΑ. Επιπλέον η γνώση του ανεμολογικού πεδίου κατακόρυφα στην ατμόσφαιρα που επηρεάζει τη διασπορά των αερίων ρύπων, δεν είναι πάντα εφικτή, καθώς υπάρχουν λίγοι σταθμοί τέτοιων μετρήσεων στον ελλαδικό χώρο. Μεγαλύτερη σημασία επομένως έχει να εκτιμηθούν οι μέγιστες συγκεντρώσεις μεθανίου γύρω από τη ΜΕΔΑ κάτω από συνθήκες που ευνοούν την ύπαρξη τέτοιων συγκεντρώσεων. Για το λόγο αυτό απαιτείται ανάλυση ευαισθησίας του μοντέλου για τον εντοπισμό των παραμέτρων που ευνοούν την ύπαρξη υψηλών συγκεντρώσεων μεθανίου. Συνοψίζοντας τα αποτελέσματα της ανάλυσης ευαισθησίας, παρατηρείται αύξηση των μέγιστων συγκεντρώσεων για μικρές τιμές της ταχύτητας τόσο του ανέμου επιφανείας όσο και κατακόρυφα στην ατμόσφαιρα. Το χαμηλό ποσοστό νέφωσης αυξάνει τις τιμές αυτές των συγκεντρώσεων ενώ η κατακόρυφη μεταβολή της θερμοκρασίας και πίεσης δεν επιφέρει μεταβολές. Έτσι εκτιμήθηκαν οριακές ατμοσφαιρικές συνθήκες που αυξάνουν τις μέγιστες συγκεντρώσεις μεθανίου: ταχύτητα ανέμου επιφανείας U10 =0.5m/s, μεταβλητή υπολογισμού κατακόρυφης διαμόρφωσης της ταχύτητα p=0.1 και ποσοστό νέφωσης μηδενικό. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στη διεύθυνση του πνέοντος ανέμου καθώς μικρή μεταβολή στη διεύθυνση του κατευθύνει αλλού τις αέριες μάζες με αποτέλεσμα τη μεταβολή των συγκεντρώσεων στις γειτονικές περιοχές. Η συγκέντρωση του μεθανίου στην ατμόσφαιρα παρουσιάζει μεγάλη μείωση τιμών στα αρχικά μέτρα γύρω από τη ΜΕΔΑ και μικρότερη σε αποστάσεις μεγαλύτερες των 300 m από το κέντρο της ΜΕΔΑ. Για την επιβεβαίωση της αξιοπιστίας των μοντέλων απαιτούνται μετρήσεις της συγκέντρωσης του μεθανίου στην περιοχή γύρω από τη ΜΕΔΑ με ταυτόχρονη καταγραφή του ανεμολογικού πεδίου, σύγκριση των μετρούμενων με εκτιμώμενων συγκεντρώσεων και στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων τους. Σε μια πρώτη προσπάθεια έγινε επαλήθευση κάθε μοντέλου ξεχωριστά με δεδομένα από τη ΜΕΔΑ της πόλης Falkoping στη Σουηδία (Galle et al., 2001). Με τον κώδικα MICROGEN-PLUS η παραγωγή μεθανίου εκτιμάται σε 55 kgr/h αντί των 51 Kgr/h που υπολογίζεται ότι παράγονται. Η απόκλιση που παρουσιάζεται (7.8%) κρίνεται ικανοποιητική λόγω έλλειψης ποιοτικών και ποσοτικών στοιχείων κατά τη διάρκεια λειτουργία της συγκεκριμένης ΜΕΔΑ. Από μετρήσεις καθ' όλη τη διάρκεια ενός εικοσιτετραώρου στη διεύθυνση του πνέοντος ανέμου και σε απόσταση 500m από το κέντρο της ΜΕΔΑ η μέγιστη ποσότητα μεθανίου που προέρχεται από τη ΜΕΔΑ μπορεί να θεωρηθεί 11.8 ppm. Με τη βοήθεια του μοντέλου διασποράς CALPUFF, για ρυθμό παραγωγής μεθανίου από το σύνολο της ΜΕΔΑ 51 Kgr/h, η μέγιστη συγκέντρωση μεθανίου σε απόσταση 500m από το κέντρο της, εκτιμάται 11.9 ppm, τιμή αντίστοιχη της μετρούμενης. (Η τιμή αυτή με ρυθμό εκπομπής 55Kgr/h, όπως εκτιμήθηκε από τον κώδικα MICROGEN-PLUS είναι 13 ppm). Καθώς όμως για τον έλεγχο της αξιοπιστίας των μοντέλων απαιτούνται περισσότερες μετρήσεις μεθανίου, μετρήσεις πεδίου πραγματοποιήθηκαν στην περιοχή γύρω από τη ΜΕΔΑ του Δήμου Μυτιλήνης "Λεμονού", με ταυτόχρονη καταγραφή του ανεμολογικού πεδίου. Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις σε 9 διαφορετικές θέσεις ισοκατανεμημένες σε όλη την προσβάσιμη έκταση γύρω από τη ΜΕΔΑ καθώς με τον τρόπο αυτό μπορεί να μελετηθεί η ανταπόκριση του δείγματος ομοιόμορφα στην περιοχή μελέτης. Επιτεύχθηκε ένας συνολικός αριθμός 46 μετρήσεων. Η στατιστική ανάλυση προβλεπόμενων με μετρούμενων συγκεντρώσεων δίνει συντελεστή συσχέτισης (correlation coefficient) 0.913 και δείκτη συμφωνίας (index of agreement) 0.881, επιβεβαιώνοντας την πολύ καλή προσέγγιση από τα μοντέλα. Έτσι η εκτίμηση της συγκέντρωσης του παραγόμενου μεθανίου γύρω από μία ΜΕΔΑ με την εφαρμογή της ακολουθούμενης μεθοδολογίας, αποτελεί μια αξιόπιστη μέθοδο

Investigating the WRF Temperature and Precipitation Performance Sensitivity to Spatial Resolution over Central Europe

The grid size resolution effect on the annual and seasonal simulated mean, maximum and minimum daily temperatures and precipitation is assessed using the Advanced Research Weather Research and Forecasting model (ARW-WRF, hereafter WRF) that dynamically downscales the National Centers for Environmental Prediction’s final (NCEP FNL) Operational Global Analysis data. Simulations were conducted over central Europe for the year 2015 using 36, 12 and 4 km grid resolutions. Evaluation is done using daily E-OBS data. Several performance metrics and the bias adjusted equitable threat score (BAETS) for precipitation are used. Results show that model performance for mean, maximum and minimum temperature improves when increasing the spatial resolution from 36 to 12 km, with no significant added value when further increasing it to 4 km. Model performance for precipitation is slightly worsened when increasing the spatial resolution from 36 to 12 km while further increasing it to 4 km has minor effect. However, simulated and observed precipitation data are in quite good agreement in areas with precipitation rates below 3 mm/day for all three grid resolutions. The annual mean fraction of observed and/or forecast events that were correctly predicted (BAETS), when increasing the grid size resolution from 36 to 12 and 4 km, suggests a slight modification on average over the domain. During summer the model presents significantly lower BAETS skill score compared to the rest of the seasons

Sensitivity Assessment of WRF Parameterizations over Europe

Evaluation of the performance of the parameterization schemes used in the WRF model is assessed for temperature and precipitation over Europe at 36 km by 36 km grid resolution using gridded data from the ECA & D 0.25° regular grid. Simulations are performed for a winter (i.e., January 2015) and a summer (i.e., July 2015) month using the two way nesting approach. A step-wise decision approach is followed, beginning with 18 simulations for the various microphysics schemes followed by 45 more, concerning all of the model’s PBL, Cumulus, Long-wave, Short-wave and Land Surface schemes. The best performing scheme at each step is chosen by integrating the entropy weighting method ‘Technique for Order Performance by Similarity to Ideal Solution’ (TOPSIS). The concluding scheme set consists of the Mansell-Ziegler-Bruning microphysics scheme, the Bougeault-Lacarrere PBL scheme, the Kain-Fritsch cumulus scheme, the RRTMG scheme for short-wave, the New Goddard for long-wave radiation and a seasonal-variable sensitive option for the Land Surface scheme

WRF Physics Ensemble Performance Evaluation over Continental and Coastal Regions in Germany

WRF is used to simulate eight extreme precipitation events that occurred over the regions of Schleswig–Holstein and Baden–Wurttemberg in Germany. The events were chosen from the German Weather Service (DWD) catalog and exceeded the DWD’s warning level 3 (i.e., rainfall > 40 mm/h). A two-way nesting approach is used with 9 and 3 km spatial resolutions. Initial and boundary conditions are obtained from the ERA5 dataset at 0.25° × 0.25°. To model each event, thirty different parameterization configurations were used, accounting for all possible combinations of five microphysics (MP), three cumulus (CU), and two planetary boundary layer (PBL) parameterization methods, yielding a total of 240 simulations. TOPSIS multicriteria analysis technique is employed to determine the performance skill of each setup and rank them, using six categorical and five statistical metrics. Resolution increase from 9 to 3 km did not improve forecasting accuracy temporally or in intensity. According to TOPSIS ranking, when treating each event individually, the ideal parameterizations combination is spatiotemporally dependent, with certain members ranking higher. When all events are considered, the Morrison double-moment MP–Grell–Freitas CU–YSU PBL combination works best with a frequency of occurrence in the top five performing scenarios of 30%, 47.5%, and 57.5% respectively

Effect of the Standard Nomenclature for Air Pollution (SNAP) Categories on Air Quality over Europe

The contribution of different anthropogenic source-sectors on ozone mixing ratios and PM2.5 concentrations over Europe is assessed for a summer month (July 2006) using the US Environmental Protection Agency’s (EPA’s) Models-3 framework and the Netherlands Organization for Applied Scientific Research (TNO) anthropogenic emissions for 2006. Anthropogenic emission sources have been classified into 10 different Standard Nomenclature for Air Pollution (SNAP) categories. The road transport category, which is mainly responsible for NOX emissions, is estimated to have the major impact on Max8hrO3 mixing ratio suggesting an increase of 6.8% on average over Europe, while locally it is more than 20%. Power generation category is estimated to have the major impact on PM2.5 concentrations since it is the major source of SO2 emissions, suggesting an increase of 22.9% on average over Europe, while locally it is more than 60%. Agriculture category is also contributing significantly on PM2.5 concentrations, since agricultural activities are the major source of NH3 emissions, suggesting an increased by 16.1% on average over Europe, while in regions with elevated NH3 emissions the increase is up to 40%

Potential Impact of Climate Change on Air Pollution-Related Human Health Effects

The potential health impact of ambient ozone and PM2.5 concentrations modulated by climate change over the United States is investigated using combined atmospheric and health modeling. Regional air quality modeling for 2001 and 2050 was conducted using CMAQ Modeling System with meteorology from the GISS Global Climate Model, downscaled regionally using MM5, keeping boundary conditions of air pollutants, emission sources, population, activity levels, and pollution controls constant. BenMap was employed to estimate the air pollution health outcomes at the county, state, and national level for 2050 caused by the effect of meteorology on future ozone and PM2.5 concentrations. The changes in calculated annual mean PM 2.5 concentrations show a relatively modest change with positive and negative responses (increasing PM2.5 levels across the northeastern U.S.) although average ozone levels slightly decrease across the northern sections of the U.S., and increase across the southern tier. Results suggest that climate change driven air quality-related health effects will be adversely affected in more than 2/3 of the continental U.S. Changes in health effects induced by PM2.5 dominate compared to those caused by ozone. PM 2.5-induced premature mortality is about 15 times higher than that due to ozone. Nationally the analysis suggests approximately 4000 additional annual premature deaths due to climate change impacts on PM2.5 vs 300 due to climate change-induced ozone changes. However, the impacts vary spatially. Increased premature mortality due to elevated ozone concentrations will be offset by lower mortality from reductions in PM2.5 in 11 states. Uncertainties related to different emissions projections used to simulate future climate, and the uncertainties forecasting the meteorology, are large although there are potentially important unaddressed uncertainties (e.g., downscaling, speciation, interaction, exposure, and concentration-response function of the human health studies)