Analiza raspodela i dinamike isparljivih organskih jedinjenja i aerosola u troposferi

Abstract

U disertaciji je prikazano istraživanje sprovedeno u cilju određivanja porekla, prostorne raspodele i dinamike isparljivih organskih jedinjenja i aerosola u urbanoj sredini Beograda. Baza podataka korišćena za analizu aerosola obuhvata višegodišnje masene koncentracije suspendovanih čestica PM10, podatke o njihovom hemijskom sastavu (sadržaj čađi, As, Cd, Cr, Mn, Ni, Pb, Cl-, Na+, K+, Mg, Ca, NO3 -, SO4 2-, NH4 + i benzo(a)pirena), meteorološke parametre i visinu planetarnog graničnog sloja. Podatke korišćene za analizu isparljivih organskih jedinjenja čine koncentracije 36 molekulskih masa izmerene masenim spektrometrom sa transferom protona (PTR-MS), koncentracije neorganskih gasnih oksida (NOx, NO2, NO, SO2 i CO), visina planetarnog graničnog sloja dobijena na osnovu Lidar merenja i meteorološki parametri. Detaljna analiza zagađujućih materija izvršena je primenom brojnih metoda, kao što su: polarna klaster analiza i CBPF za određivanje položaja i uticaja izvora u blizini mernog mesta; receptorski modeli PMF i Unmix za identifikaciju izvora i određivanje njihovog doprinosa izmerenim koncentracijama; TSA, TCA, PSCF i CWT modeli za utvrđivanje doprinosa transporta zagađujućih materija i geografskih oblasti iz kojih potiču; multivarijativne metode za prognozu emisije; i HYSPLIT model za određivanje disperzije prognoziranih epizoda velikog zagađenja. U disertaciji je predložen i nov pristup analizi transporta zagađujućih materija koji podrazumeva specifičnu selekciju i klasterizaciju reprezentativnih trajektorija i uklanjanje doprinosa lokalnih izvora. Rezultati istraživanja pokazuju da su koncentracije suspendovanih čestica u urbanoj sredini Beograda značajno više u odnosu na druge evropske gradove. Njihove varijacije tokom prethodnih dvanaest godina nastaju kao posledica različitih faktora, među kojima su najznačajniji prelazak na daljinski sistem grejanja i remont termoelektrana u okruženju, varijacije intenziteta saobraćaja, ali i promene meteoroloških uslova. Rezultati polarne klaster, CBPF i TSA analize pokazuju da su dominantni izvori suspendovanih čestica lokalnog karaktera. Doprinosi regionalnih izvora emisije menjali su se u zavisnosti od meteoroloških uslova i sezona, ali nisu prelazili 19% godišnjih srednjih vrednosti koncentracija. Primenom receptorskog modela Unmix identifikovana su četiri izvora suspendovanih čestica: sagorevanje fosilnih goriva i biomase koji u ukupnim...

This dissertation presents the research conducted for the purpose of determining the origin, spatial distribution and dynamics of volatile organic compounds (VOC) and aerosols in an urban area of Belgrade. The dataset used for the aerosol analysis include a multi-year database of PM10 mass concentrations, data on the chemical composition of the suspended particles (black carbon content, As, Cd, Cr, Mn, Ni, Pb, Cl-, Na+, K+, Mg, Ca, NO3 -, SO4 2-, NH4 + and benzo(a)pyrene), meteorological parameters and planetary boundary layer height (PBL). The database used for the VOC analysis includes concentrations of 36 molecular masses measured by means of protontransfer- reaction mass spectrometry (PTR-MS), concentrations of inorganic gaseous pollutants (NOx, NO2, NO, SO2 and CO), PBL height obtained by means of Lidar measurements and meteorological parameters. A detailed analysis of pollutants was performed by means of various methods such as: cluster analysis and CBPF for determining the location and influence of sources in the vicinity of the measurement site; PMF and Unmix receptor models for source apportionment and estimation of their contributions to measured concentrations; TSA, TCA, PSCF and CWT models for the assessment of the share of pollutant transport, as well as their geographical area of origin; multivariate methods for the purpose of emission forecast; and HYSPLIT model to determine the dispersion of forecasted high pollution episodes. Furthermore, the thesis proposes a new approach to the analysis of pollution transport, which implies the specific selection and clustering of representative trajectories and removal of local source contributions. Research results indicate that the concentrations of total suspended particles in an urban area of Belgrade are significantly higher than in other European cities. Over the past 12 years, their variations have been driven by numerous factors, predominantly by the transition to district heating system and overhaul of the neighbouring thermal power plants, variations in traffic intensity and changes in meteorological conditions. The results of bivariate cluster, CBPF and TSA analysis show that the dominant sources of PM10 are distributed in the vicinity of the measurement site. The contributions of potential regional emission sources varied depending on the meteorological...