E-Locus - Ιδρυματικό Καταθετήριο Πανεπιστημίου Κρήτης

Αρχική Συλλογές Τύπος Εργασίας Διδακτορικές διατριβές

Διδακτορικές διατριβές

Τρέχουσα Εγγραφή: 1029 από 2454

[Προσθήκη στο καλάθι]

Κωδικός Πόρου

000350393

Τίτλος

Μελέτη του ρόλου των ετερογενών αντιδράσεων στο τροποσφαιρικό όζον, στο γίγνεσθαι των αερολυμάτων και στο ενεργειακό ισοζύγιο της ατμόσφαιρας βάσει τρισδιάστατων προσομοιώσεων παγκόσμιας εμβέλειας, επίγειων και δορυφορικών παρατηρήσεων

Άλλος τίτλος

Role of heterogeneous reactions at tropospheric ozone, at aerosols and at the radiation balance of the atmosphere using 3-D global simulations, surface and satellite data

Συγγραφέας

Μυριοκεφαλιτάκης, Στυλιανός Εμμανουήλ

Σύμβουλος διατριβής

Κανακίδου, Μαρία

Περίληψη

Η παρούσα διατριβή αποσκοπεί στην αποτίμηση του ρόλου των αερολυμάτων στο ενεργειακό ισοζύγιο και τη χημική σύσταση της ατμόσφαιρας με τη χρήση δορυφορικών δεδομένων και τρισδιάστατων ατμοσφαιρικών μοντέλων χημείας - μεταφοράς και ενεργειακού ισοζυγίου. Μελετήθηκε η παγκόσμια κατανομή των αερολυμάτων, τα οποία προσφέρουν τις κατάλληλες επιφάνειες για την πραγματοποίηση ετερογενών διεργασιών. Έμφαση δόθηκε στην οργανική συνιστώσα που αποτελεί σημαντικό μέρος των ατμοσφαιρικών αερολυμάτων. Έχοντας ως στόχο την αναλυτική περιγραφή της χωρικής και χρονικής κατανομής της αέριας και της σωματιδιακής φάσης στην ατμόσφαιρα χρησιμοποιήθηκε και επεκτάθηκε στα πλαίσια της παρούσας διατριβής το τρισδιάστατο μοντέλο χημείας και μεταφοράς παγκόσμιας κλίμακας ΤΜ4-ECPL. Έμφαση δόθηκε στην παγκόσμια κατανομή της γλυοξάλης (CHOCHO) με στόχο την λεπτομερέστερη μελέτη της χημικής παραγωγής. Με βάση το βελτιωμένο αναλυτικό χημικό κώδικα και τα κατάλληλα υποπρογραμμάτα που αναπτύχθηκαν και συζεύχθηκαν με το μοντέλο αέριας φάσης στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, το ΤΜ4 έχει τη δυνατότητα πλέον να προσομοιώνει τα αερολύματα τόσο ανόργανης σύστασης (θειικά (SO₄⁼), αμμωνιακά (NH₄⁺) και νιτρικά (NO₃^-)) όσο και οργανικής (άμεσες εκπομπές ΡΟΑ από τους ωκεανούς, χημική παραγωγή λόγω οξείδωσης βιογενών και ανθρωπογενών οργανικών πτητικών ενώσεων (VOC)). Η CHOCHO είναι ένωση που μπορεί να παρέχει πληροφορίες για την οξείδωση των VOC και την παραγωγή δευτερογενών οργανικών αερολυμάτων (SOA) στην ατμόσφαιρα. Η χημική παραγωγή της CHOCHO υπολογίστηκε στα 56 Tg yr^-1, με 70% να προέρχεται από βιογενείς υδρογονάνθρακες, 17% από την οξείδωση του ακετυλενίου, 11% από την οξείδωση αρωματικών υδρογονανθράκων και 2% από την οξείδωση του αιθενίου και του προπενίου. Η CHOCHO απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα κυρίως μέσω φωτοδιάσπασης (63%) και μέσω οξείδωσης από ρίζες υδροξυλίου (ΟΗ) αλλά και λόγω υγρής (8%) και ξηρής (6%) απομάκρυνσης. Η μέση ετήσια συγκέντρωση της CHOCHO υπολογίζεται στα 0.02 Τg και ο χρόνος ζωής στις 3h. Τα αποτελέσματα του μοντέλου συγκρίθηκαν με τις μετρήσεις του δορυφορικού αισθητήρα SCIΑMACHY υποδεικνύοντας ότι το μοντέλο υποεκτιμά τις συγκεντρώσεις CHOCHO (~20 Τg yr^-1) κυρίως πάνω από τις τροπικές ωκεάνιες περιοχές. Στην παρούσα εργασία έγινε επίσης προσπάθεια υπολογισμού της χημικής παραγωγή των SOA μέσω της χημείας συννέφων. Η γλυοξάλη, η γλυκολαλδεΰδη και η μεθυλογλυοξάλη κατανέμονται στην υγρή φάση των συννέφων μέσω του νόμου του Henry και οξειδώνονται παράγοντας οξαλικό οξύ. Το παραγόμενο οξαλικό οξύ μετά την εξάτμιση των συννέφων παραμένει στη σωματιδιακή φάση αυξάνοντας την ποσότητα της μάζας των SOA στην ατμόσφαιρα. Το μοντέλο υπολογίζει την παραγωγή SOA μέσω της χημείας συννέφων στα 32 Τg yr^-1, το μέσο ετήσιο παγκόσμιο ατμοσφαιρικό φορτίο στα 0.5 Τg και το μέσο χρόνο ζωής στις 5 ημέρες. Μελετήθηκαν επίσης οι συγκεντρώσεις των οργανικών αερολυμάτων (ΟΑ) της περιοχής συσσώρευσης θαλάσσιας προέλευσης. Οι μέσες ετήσιες εκπομπές πρωτογενών ΟΑ από την επιφάνεια της θάλασσας υπολογίζονται από το μοντέλο στα 7 – 8 Tg yr^-1. Η παραγωγή SOA προέρχεται από την οξείδωση των θαλασσίων VOC όπως το διμεθυλοσουλφίδιο (DMS), το ισοπρένιο, τα μονοτερπένια και των μεγάλης αβεβαιότητας βιογενών θαλάσσιων αλάτων των αμινών. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του μοντέλου, τα SOA θαλάσσιας προέλευσης υπολογίζονται στα 5.4 Τg yr^-1, όπου το 75% προέρχεται από την οξείδωση του DMS και το 24% από την οξείδωση των αμινών θαλάσσιας προέλευσης. Τα SOA που παράγονται από την οξείδωση του ισοπρενίου και των μονοτερπενίων θαλάσσιας προέλευσης υπολογίζονται σε 0.1 Τg yr^-1. Τέλος, πραγματοποιήθηκε μελέτη των επιπτώσεων των ετερογενών αντιδράσεων που πραγματοποιούνται στις επιφάνειες των σωματιδίων καθώς και στη διαταραχή του ενεργειακού ισοζυγίου. Όταν το μοντέλο λαμβάνει υπόψη του την επίδραση των ετερογενών αντιδράσεων στις επιφάνειες των αερολυμάτων παρατηρείται μείωση στις μέσες συγκεντρώσεις του Ο3 κατά 4.3% ενώ σε έντονα αστικοποιημένες περιοχές η μείωση φθάνει τοπικά μέχρι το 10%. Αντίστοιχα, υπολογίζεται μείωση στις μέσες συγκεντρώσεις των SO₄⁼ της τάξης του 4.5%. Αντιθέτως, το μοντέλο υπολογίζει αύξηση της συνεισφοράς για τα ΝΟ₃^-, τα αμμωνιακά ΝΗ₄⁺ καθώς και τα SOA κατά 13%, 0.6% και 1% αντίστοιχα. Η ίδια τάση υπολογίζεται και κατά τη μελέτη της επίπτωσης των ετερογενών αντιδράσεων στην ενεργειακή διαταραχή της ατμόσφαιρας.

Φυσική περιγραφή

207 σ. : έγχρ. εικ. ; 30 εκ.

Γλώσσα

Ελληνικά

Θέμα

3D chemical - transport model

aerosols

glyoxal

heterogeneous reactions

oxalic acid

Ατμοσφαιρικά αερολύματα

Γλυοξάλη