Air quality management system for assessing particulate matter exposure in urban areas

Abstract

The PhD thesis aims at the formulation of an innovative Air Quality Management System (AQMS), based on a methodological framework developed around the concept of a model cascade. More specifically, the AQMS constitutes an integrated modelling tool that, starting from the regional scale, aims to simulate meteorological and concentration fields of all major air pollutants down at the local and street scales. The system is based on an automated scheme that performs meteorological and nested grid photochemical model simulations, operating both on nowcasting and forecasting mode. It can also be operated as a supporting tool for air quality related assessment and decision making by allowing interactive configuration of custom emission scenarios and corresponding simulations of pollutant dispersion, covering user-defined domains of interest. An application of the AQMS has been installed and used operationally in Cyprus since 2008. As evidenced from the models validation, the calculations are in fairly good agreement with the observed concentrations, thus demonstrating the applicability and operational reliability of the AQMS. It is evident that the developed AQMS constitutes a state-of-the-art computational tool for air quality management and assessment.Σκοπός της εργασίας ήταν η ανάπτυξη ενός καινοτόμου Συστήματος Διαχείρισης Ποιότητας Αέρα (ΣΔΠΑ), το οποίο έχει ως βάση τη σύζευξη και επιχειρησιακή εφαρμογή μιας επαλληλίας υπολογιστικών εργαλείων. Η συγκεκριμένη υπολογιστική δομή έχοντας ως αφετηρία την περιφερειακή κλίμακα καταλήγει στον υπολογισμό της ποιότητας αέρα σε τοπικό επίπεδο. Πιο συγκεκριμένα, με την αξιοποίηση μιας επαλληλίας υποβιβασμών κλίμακας, το ΣΔΠΑ είναι σε θέση να ενσωματώνει στην υπολογιστική του διαδικασία δεδομένα μετεωρολογίας και συγκεντρώσεων ρύπων από την περιφερειακή κλίμακα και να παράγει αξιόπιστους ωριαίους υπολογισμούς ποιότητας αέρα σε αστική κλίμακα με παράλληλη δυνατότητα εστίασης στο επίπεδο του δρόμου μέσω της χρήσης κατάλληλου εμπειρικού μοντέλου που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας. Παράλληλα, επιχειρήθηκε εκτενής αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της επιχειρησιακής λειτουργίας του ΣΔΠΑ, χρησιμοποιώντας ως μελέτη περίπτωσης την έκδοση του συστήματος που είναι εγκατεστημένη στην Κύπρο. Από τη σύγκριση των επιχειρησιακών αποτελεσμάτων του συστήματος με δεδομένα μετρήσεων τεκμηριώθηκε σε ικανοποιητικό βαθμό η ικανότητα του ΣΔΠΑ να προσομοιώνει τα επίπεδα ρύπανσης στην αστική κλίμακα και στο επίπεδο του δρόμου, ενώ αναγνωρίστηκε και μια σειρά από πιθανές μελλοντικές βελτιωτικές προσθήκες στο μεθοδολογικό πλαίσιο του ΣΔΠΑ.Συμπερασματικά, το ΣΔΠΑ δύναται να αποτελέσει ένα χρήσιμο και επιστημονικά έγκυρο εργαλείο για τους αρμόδιους φορείς στην κατεύθυνση της έγκαιρης προειδοποίησης του πληθυσμού, αλλά και για την αποτροπή επεισοδίων ρύπανσης, συνεισφέροντας στον περιορισμό των επιπτώσεων που τέτοια επεισόδια μπορούν να έχουν στην κατάσταση της υγείας ευπαθών ομάδων πληθυσμού. Επιπλέον, η χρήση του ΣΔΠΑ επιτρέπει τη λήψη αποτελεσματικών μέτρων για τον περιορισμό της ρύπανσης σε βεβαρημένες περιοχές, αλλά και την επεξεργασία σεναρίων για βελτίωση της υφιστάμενης κατάστασης ή την υιοθέτηση εναλλακτικών λύσεων στρατηγικού σχεδιασμού