| Περίληψη |
Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζουμε αποτελέσματα της ανάλυσης των αριθμητικών σωματιδιακών κατανομών μεγέθους, που καταγράφηκαν για μια μακρά περίοδο, στον Σταθμό Ατμοσφαιρικών Παρατηρήσεων του Εργαστηρίου περιβαλλοντικών Χημικών Διεργασιών, στη Φινοκαλιά Λασιθίου και σε γεωγραφικό μήκος 25o 40'E και πλάτος 35o 20'Ν. Στη μελέτη χρησιμοποιούμε δεδομένα από τον αναλυτή SMPS (Scanning Mobility Particle Seizer) για την χρονική περίοδο από τον Μάιο του 2008 μέχρι τον Δεκέμβριο του 2012.
Οι σωματιδιακές κατανομές και οι αριθμητικές σωματιδιακές συγκεντρώσεις όπως αυτές προκύπτουν ανά περιοχή μεγεθών των σωματιδίων και για μεγέθη κάτω του 1 μm, βρέθηκε να παρουσιάζουν μια σαφή εποχική διακύμανση. Η διακύμανση υπολογίστηκε για τέσσερις υποπεριοχές μεγεθών με τα σωματίδια για την περιοχή Πυρηνοποίησης (10 — 20nm) να παρουσιάζουν μέγιστα κατά τους χειμερινούς μήνες, ενώ τα σωματίδια στην περιοχή Aitken (20 — 100nm), στην περιοχή Συσσώρευσης (100 — 800nm) και τα Συνολικά σωματίδια (10 — 800nm) παρουσίασαν μέγιστες συγκεντρώσεις κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Εξ άλλου εντοπίστηκε μια στατιστικά σημαντική αντίστροφη συσχέτιση ανάμεσα στα σωματίδια της περιοχής Συσσώρευσης και της περιοχής Πυρηνοποίησης. Από την ημερήσια διακύμανση και την εποχική συμπεριφορά των μέσων σωματιδιακών κατανομών αλλά και από την ανάλυση αυτών με όρους προέλευσης των αερίων μαζών, μπορούμε να συμπεράνουμε πως η εμφάνιση επεισοδίων Πυρηνοποίησης και Σχηματισμού Νέων Σωματιδίων (New Particle Formation), είναι συνδεμένη με την ύπαρξη ή μη,
υψηλών συγκεντρώσεων σε σωματίδια της περιοχής Συσσώρευσης, τα οποία δρουν κατασταλτικά
ως προς το φαινόμενο. Επεισόδια NPF παρατηρήθηκαν κυρίως κατά την άνοιξη με ένα δευτερεύον
μέγιστο κατά τον Οκτώβριο. Τα παραπάνω δείχνουν πως υπάρχουν δύο ανταγωνιστικοί μηχανισμοί που διέπουν το φαινόμενο της ατμοσφαιρικής πυρηνοποίησης. Πρώτον η ύπαρξη πολλών
σωματιδίων στην περιοχή Συσσώρευσης που συνεισφέρουν τα μέγιστα στην προϋπάρχουσα επιφάνεια συμπύκνωσης, απομακρύνουν τα απαραίτητα για την πυρηνοποίηση πρόδρομα αέρια όπως
τα H2SO4 και NH3. Από την άλλη η ηλιακή ακτινοβολία, τόσο σημαντική για τον μηχανισμό παραγωγής των προαναφερθέντων χημικών ενώσεων, ευνοεί τη διαδικασία της πυρηνοποίησης.
Με σκοπό την παραμετροποίηση της αριθμητικής σωματιδιακής κατανομής μεγεθών και της συμπεριφοράς της, αναπτύξαμε έναν αυτόματο αλγόριθμο, βασισμένο στον αλγόριθμο Μεγιστοποίησης της Προσδοκίας (EM Algo), ώστε να μπορέσουμε να προσαρμόσουμε στατιστικά την συνάρτηση της πολυ-λογαριθμοκανονικής κατανομής στις παρατηρούμενες σωματιδιακές κατανομές. Για να προβούμε σε μια αξιολόγηση της λειτουργίας του αλγορίθμου συγκρίναμε τα αποτελέσματα που παράγει με εκείνα από έναν προϋπάρχοντα αλγόριθμο ο οποίος χρησιμοποιεί την μέθοδο των Ελαχίστων Τετραγώνων (LSQ Algo). Ο αλγόριθμος EM Algo πέτυχε σημαντικά μικρότερο υπολογιστικό χρόνο για την προσαρμογή των κατανομών της τάξεως του 30% σε σχέση με τον προϋπάρχοντα αλγόριθμο, παρουσίασε μικρότερη αβεβαιότητα στον υπολογισμό του αριθμού των απαραίτητων κατανομών, αλλά υπέκυπτε σε υπερεκτίμηση της μέσης σωματιδιακής διαμέτρου, όταν η νέα κατανομή στην περιοχή Πυρηνοποίησης βρισκόταν τμηματικά πάνω από το όριο ανίχνευσης του SMPS.
Χρησιμοποιήσαμε τέλος τα αποτελέσματα που ανακτήθηκαν από την εφαρμογή και των δύο αλγορίθμων στο σύνολο των δεδομένων μας, για να υπολογίσουμε τον Ρυθμό Μεγέθυνσης (GR) των σωματιδίων κατά τη διάρκεια ενός επεισοδίου NPF. Ο ρυθμός μεγέθυνσης στη Φινοκαλιά βρέθηκε να κυμαίνεται ανάμεσα στα 0.44nm•h-1 και 19.40nm•h-1 με μέση τιμή την 5.56nm•h-1 σε αντιστοιχία με παρατηρήσεις σε περιοχές με παρόμοια χαρακτηριστικά. Οι ρυθμοί μεγέθυνσης βρέθηκαν να είναι μικρότεροι κατά την χειμερινή περίοδο και μεγαλύτεροι κατά την καλοκαιρινή, αλλά για να εξαχθούν ασφαλή συμπεράσματα όσον αφορά την εποχική διακύμανση του μεγέθους, απαιτείται επιπλέον ανάλυση.
|
Σωματιδιακές κατανομές στην ατμόσφαιρα της Ανατολικής Μεσογείου
