Παρακολουθώντας την ποιότητα αέρα στους δρόμους και μετρώντας τις εκπομπές των οχημάτων σε μια αστική περιοχή με χρήση τηλεπισκόπησης
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος Τίτλος: Monitoring on-road air quality and measuring vehicle emissions with remote sensing in an urban area
Συγγραφείς: R. Smit, P. Kingston, D.W. Neale, M.K. Brown, B. Verran, T. Nolan
Πηγή: Atmospheric Environment, Vol. 218 (2019) , p. 116978.
Διαθέσιμο στο: https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2019.116978
Εισαγωγή
Τα μηχανοκίνητα οχήματα είναι μια πηγή αέριας ρύπανσης που λόγω της ευρείας χρήσης τις τελευταίες δεκαετίες ευθύνονται για μεγάλο ποσοστό εκπομπών χλωροφθορανθράκων και αερίων του θερμοκηπίου (GHGs) ιδίως στις αστικές περιοχές. Πολλές μελέτες έχουν συνδέσει την κατοικία και εργασία του ανθρώπου κοντά σε δρόμους με έντονο κυκλοφοριακό φόρτο με δυσμενείς επιπτώσεις στην υγεία όπως άσθμα και αναπνευστικά προβλήματα, προβλήματα στις γεννήσεις και στην ανάπτυξη, καρδιαγγειακά προβλήματα, καρκίνους και πρόωρη θνησιμότητα. Μια διαφορετική διατύπωση εστιάζει παραπάνω στην ύπαρξη αυξημένου κινδύνου κοντά σε οδικές αρτηρίες παρά σε πιο απομακρυσμένες περιοχές (Baldauf et al., 2009).
Η άρρηκτη σύνδεση των μηχανοκίνητων οχημάτων με την ζωή στις πόλεις και η εγγύτητα με τον γενικό πληθυσμό εντείνει το πρόβλημα της χρόνιας έκθεσης από πλευράς υγείας και απαιτεί την διαμόρφωση καλών πρακτικών αφενός για την μείωση των συγκεκριμένων εκπομπών και αφετέρου για την συνεχή παρακολούθηση της ποιότητας του αστικού αέρα. Δυστυχώς οι ακριβείς μετρήσεις των εκπομπών των οχημάτων εντός ενός αστικού δικτύου σε μόνιμη βάση είναι απαγορευτικές από πλευράς κόστους λόγω του μεγάλου αριθμού οχημάτων με το καθένα να παρουσιάζει ένα δικό του προφίλ εκπομπών, την ανομοιογένεια του στόλου τόσο σε προδιαγραφές όσο και στα μεγέθη και τα μοτίβα χρήσης, τις χρονικές μεταβολές της κίνησης κατά την διάρκεια της ημέρας και πολλών άλλων παραγόντων που επηρεάζουν τα επίπεδα των εκπομπών σε κάθε χρονική περίοδο.
Η χρήση τηλεπισκοπικών μεθόδων έχει το πλεονέκτημα πως μας παρέχει άμεσες μετρήσεις «στιγμιότυπα» των εκπομπών από αρκετά μεγάλα δείγματα κινούμενων οχημάτων ταυτόχρονα σε καθορισμένα σημεία του οδικού δικτύου ανα πάσα στιγμή. Η τηλεπισκόπηση χρησιμοποιεί διαφορετική μέθοδο μετρήσεων από συνθήκες ενός εργαστηρίου ή επί τόπου μετρήσεων των οχημάτων παρόλα αυτά έχει εξεταστεί η πιθανότητα αποκλίσεων σε ικανό αριθμό μελετών και δεν έχει αποδειχθεί πως η επιλογή διαφορετικής μεθόδου οδηγεί σε διαφορετικά αποτελέσματα (Smit et al., 2010). Τέτοια αποτελέσματα έχουν συγκριθεί τόσο με μετρήσεις σε οχήματα και σήραγγες όσο και εργαστηριακές αλλά όχι με τιμές παρακολούθησης ατμοσφαιρικού αέρα.
Η συγκεκριμένη μελέτη είναι η νοητή συνέχεια μιας προηγούμενης έρευνας σε οδικές σήραγγες (Smit et al., 2017), με κύριο στόχο να εξετάσει τις εκπομπές του οδικού δικτύου και τις σχετικές επιπτώσεις στην ποιότητα του αέρα σε ένα αστικό τοπίο. Η συγκεκριμένη έρευνα είναι πρωτοποριακή καθώς επιχειρεί να συνδυάσει in situ μετρήσεις και τηλεπισκοπικά δεδομένα, κάτι που σύμφωνα με τους συγγραφείς έχει επιχειρηθεί μόνο μια φορά ως σήμερα αλλά δεν υπήρξαν αποτελέσματα λόγω απώλειας δεδομένων και βλάβης του οργάνου μετρήσεων.
Περιοχή μελέτης
Οι επιτόπιες μετρήσεις έγιναν συνολικά για πέντε ημέρες σε τρεις διαφορετικές τοποθεσίες στο
Brisbane της Αυστραλίας: ένα υπεραστικό δρόμο (4–5 September 2018), ένα δρόμο μεγάλου κυκλοφοριακού φόρτου εντός πόλης (Taringa 6–7 September 2018), και ένα εμπορικό δρόμο σε μια βιομηχανική περιοχή. Η συγκεκριμένη δημοσίευση εστιάζει στον αστικό δρόμο για τον οποίο έγινε συνδυασμός επιτόπιων μετρήσεων, τηλεπισκοπικών μεθόδων και καταγραφής της ημερήσιας κίνησης. Η πλήρης διάταξη των μετρητών απεικονίζεται στην Εικόνα 1.
Χρησιμοποιήθηκε καταγραφέας τύπου Accuscan RSD4600 (ESP, 2006) για την μέτρηση των συγκεντρώσεων εκπομπών CO, NO, HC, ‘UV smoke’ και CO2. Το τηλεπισκοπικό σύστημα στηρίζεται στην αρχή ότι κάθε αέριος ρύπος απορροφά το φως σε διαφορετικό μήκος κύματος και μετρά το ύψος των εκπομπών χρησιμοποιώντας την απορρόφηση υπεριώδους (UV) και υπέρυθρης ακτινοβολίας (IR) κατά μήκος ενός οπτικού θαλάμου με καταγραφείς διαφορετικών μηκών κύματος για κάθε ρύπο.
Αποτελέσματα
Πηγές εκπομπών ρύπων στην περιοχή μετρήσεων: Η μέτρηση της ποιότητας του ατμοσφαιρικού αέρα σε μια περιοχή ποσοτικοποιεί την συνεισφορά διαφόρων πηγών και κυριαρχείται συνήθως από τις πηγές πιέσεων στην ευρύτερη περιοχή. Παλαιότερες μελέτες έχουν βρει ότι τα επίπεδα συγκέντρωσης των ρύπων αποσβένονται εκθετικά σε επίπεδα αστικού υποβάθρου σε αποστάσεις τυπικά μεταξύ 100-300 m από την άκρη του δρόμου έως και from the edge of the road, and up to 500–600 m υπό σταθερές μετεωρολογικές συνθήκες.
Λόγος NO2 προς NOΧ
Πολλές μελέτες έχουν αναδείξει σταθερές ή αυξανόμενες συγκεντρώσεις NO2 σε αστικές περιοχές που έχουν συνδεθεί με τις αυξανόμενες εκπομπές κυρίως NO2 από τις εξατμίσεις μιας συγκεκριμένης ομάδας οχημάτων με κινητήρες πετρελαίου. Ο λόγος NO2/NOΧ είναι ιδιαίτερης σημασίας καθώς αντικατοπτρίζει μερικώς το την ποσότητα οξειδίων του αζώτου (NOΧ) που εκπέμπονται απευθείας ως διοξείδιο (NO2). Η χρονοσειρά των μετρήσεων για NOΧ από 3 διαφορετικές διατάξεις και τα διαγράμματα διασποράς παρουσιάζονται στην εικόνα 2.
Διάφορες σημαντικές πτητικές οργανικές υδρογονανθράκων (VOCs) που παράγονται από τους κινητήρες των οχημάτων όπως βενζόλιο, τολουόλιο, ξυλένια, ναφθαλίνιο, μειώνονται καθώς απομακρυνόμαστε από τον δρόμο. Εξαιρέσεις που καταγράφηκαν αποτελούν η αιθανόλη και η ακετόνη που είναι ούτως ή άλλως αυξημένες στο αστικό περιβάλλον καθώς άλλοι παράγοντες όπως η φυσική διαπνοή της βλάστησης, προϊόντα καθαρισμού σπιτιού, διαλύτες σε μπογιές κ.α. πέραν των εκπομπών από τα οχήματα συμμετέχουν στην παραγωγή τους. Οι τιμές που μετρήθηκαν για όλα τα παραπάνω αντιπαραβλήθηκαν με τα θεσπισμένα όρια ποιότητας αέρα για την ανθρώπινη υγεία . Τέλος στην Εικόνα 3 παρουσιάζονται τα ποσοστά VOCs που μετρήθηκαν σε αστική & υπεραστική περιοχή καθώς και γίνεται σύγκριση με παλαιότερες μετρήσεις εντός οδικής σήραγγας και θεωρητικά αναμενόμενα όρια.
