Χωρική και χρονική μεταβλητότητα της αέριας ρύπανσης και επιπτώσεις στην υγεία στην ευρύτερη περιοχή του Βόλου: μεθοδολογική και εμπειρική διερεύνηση

Abstract

Writing my PhD thesis, the initial objective was a detailed air quality study of the urban area of Volos, a medium-sized Mediterranean city, which has a complex topography but also an air pollution recording network consisting of one measurement station . In recent years, a network has been developed to measure air pollution, through research programs, so that there is a better and more reliable recording of atmospheric pollutants. The study of public health impacts was another key objective of this thesis. For this purpose, suspended particles with an aerodynamic diameter of less than 10μm (PM10) have been chosen as the reference pollutant. A lot of scientific studies show that suspended particles are the main atmospheric pollutant in an urban environment, not only for Greece but also for almost all urban areas, not only in developed but also in developing countries. For the time period 2001-2018, an analysis was made of the PM10 average daily concentration values, the average annual values, the maximum and minimum values and their correlation with meteorological data with the appropriate methodology and analysis. Also, an attempt was made to predict the concentration levels of PM10 in the urban area of Volos using Artificial Neural Networks (ANNs) from 2001 to 2009. Artificial Neural Networks were created and trained, so that we can say that this thesis enables a timely and quite valid forecast of the air quality in the urban area of Volos, regarding the PM10 concentration levels. In addition, an attempt was made to create the Air Quality Index, (AQI). This index concerns the recording on a daily basis of the quality of the atmosphere and aims to inform citizens, researchers and authorities about the quality of the atmosphere. Afterwards, the AirQ+ software was applied, which is a specialized software developed by the World Health Organization (WHO), and allows the researcher to estimate the possible public health effects of human exposure to a specific air pollutant, in specific urban area, during a specific time period, morbidity and mortality in the city of Volos due to suspended particles (PM10) were estimated. Regarding the structure of this thesis, the first chapter refers to some introductory data on air pollution and suspended particles. Moreover, in chapter 1 a bibliographic review has been made referring to the problem of atmospheric pollution mainly in the urban area. Then, in chapter 2 the use of Artifficial Neural Networks and their applications in the last 20 years has been developed. In chapter 3 an analysis of air quality and meteorology has been made. The processing of the time series of suspended particles in the city of Volos from 2001 to 2018 using statistical methods of analysis (regression), study of warm (April – September) and cold (October – March) period of the year, etc. is also presented. The development of TNDs for air pollution forecasting in the city of Volos also studied in this chapter. In chapter 4, the air pollution indicators have been analyzed, specifically the AQI index for the city of Volos. In chapter 5 reference has been made to specific cases of studying air pollution in the Volos urban area. In chapter 6 an assessment of the potential health effects has been made using the AIRQ+ software. In chapter 7 there are the conclusions of the thesis and then follows the appendix with tables and diagrams from the statistical analysis carried out.

Κατά την συγγραφή της διδακτορικής μου διατριβής, ο αρχκός στόχος ήταν μια λεπτομερής μελέτη της ποιότητας της ατμόσφαιρας της αστικής περιοχής του Βόλου, μίας μεσαίου μεγέθους μεσογειακής πόλης, που έχει σύνθετη τοπογραφία αλλά και δίκτυο καταγραφής της ατμοσφαιρικής ρύπανσης που αποτελείται από έναν σταθμό μέτρησης αερίων ρύπων. Τα τελευταία χρόνια έχει αναπτυχθεί δίκτυο για τη μέτρηση της αέριας ρύπανσης, μέσω ερευνητικών προγραμμάτων, ώστε να υπάρχει μία καλύτερη και πιο αξιόπιστη καταγραφή των ατμοσφαιρικών ρύπων. Η μελέτη των επιπτώσεων στη δημόσια υγεία ήταν ένας ακόμη βασικός στόχος της παρούσας διατριβής. Για τον σκοπό αυτό, έχουν επιλεγεί τα αιωρούμενα σωματίδια με αεροδυναμική διάμετρο 10μm (PM10), ως ο ρύπος αναφοράς. Πλήθος επιστημονικών μελετών δείχνουν ότι τα αιωρούμενα σωματίδια αποτελούν το βασικότερο ατμοσφαιρικό ρύπο σε ένα αστικό περιβάλλον, όχι μόνο για την Ελλάδα αλλά και για όλες σχεδόν τις αστικές περιοχές, όχι μόνο των ανεπτυγμένων αλλά και των υπό ανάπτυξη χωρών. Για τη χρονική περίοδο 2001-2018, έγινε ανάλυση των μέσων ημερήσιων τιμών συγκέντρωσης των PM10, των μέσων ετήσιων τιμών, των μέγιστων και ελάχιστων τιμών και η συσχέτισή τους με μετεωρολογικά δεδομένα με την κατάλληλη μεθοδολογία και ανάλυση. Επίσης, έγινε προσπάθεια της πρόγνωσης των επιπέδων συγκέντρωσης των PM10 στην αστική περιοχή του Βόλου με τη χρήση Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων (ΤΝΔ) για τη χρονική περίοδο 2001-2009. Δημιουργήθηκαν και εκπαιδεύτηκαν Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα, ώστε να μπορούμε να πούμε πως η Διατριβή αυτή δίνει τη δυνατότητα μιας έγκαιρης και αρκετά έγκυρης πρόγνωσης της ποιότητας της ατμόσφαιρας στην αστική περιοχή του Βόλου, όσον αφορά τα επίπεδα συγκέντρωσης των ΡΜ10. Επιπλέον, έγινε προσπάθεια να αποτυπωθεί ο δείκτης Air Quality Index, (AQI). Ο δείκτης αυτός, αφορά την καταγραφή σε καθημερινή βάση της ποιότητας του αέρα σε σχέση με τα αιωρούμενα σωματίδια PM10 και έχει ως σκοπό την ενημέρωση των πολιτών, των ερευνητών και των αρμόδιων φορέων για την ποιότητα της ατμόσφαιρας. Στην συνέχεια έγινε εφαρμογή του λογισμικού AirQ+, που είναι ένα εξειδικευμένο λογισμικό που έχει αναπτυχθεί από τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (ΠΟΥ), και το οποίο επιτρέπει στον ερευνητή να εκτιμήσει τις πιθανές επιπτώσεις στη δημόσια υγεία από την έκθεση του ανθρώπου σε συγκεκριμένο ατμοσφαιρικό ρύπο, σε συγκεκριμένη αστική περιοχή, κατά τη διάρκεια συγκεκριμένης χρονικής περιόδου, έγινε εκτίμηση της νοσηρότητας και της θνησιμότητας στην πόλη του Βόλου εξαιτίας των αιωρούμενων σωματιδίων (ΡΜ10).Σε ότι αφορά την δομή της παρούσης Διδακτορικής Διατριβής, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά σε κάποια εισαγωγικά στοιχεία για την ατμοσφαιρική ρύπανση και τα αιωρούμενα σωματίδια. Επιπλέον, στο κεφάλαιο 1 έχει γίνει βιβλιογραφική ανασκόπηση του προβλήματος της ατμοσφαιρικής ρύπανσης κυρίως στον αστικό ιστό. Εν συνεχεία, στο κεφάλαιο 2 έχει αναπτυχθεί η χρησιμότητα των ΤΝΔ και οι εφαρμογές τους την τελευταία 20ετία. Στο κεφάλαιο 3 έχει γίνει ανάλυση της ποιότητας του αέρα και της μετεωρολογίας. Παρουσιάζεται η επεξεργασία των χρονοσειρών των αιωρούμενων σωματιδίων στην πόλη του Βόλου από το 2001 έως το 2018 χρησιμοποιώντας στατιστικές μεθόδους ανάλυσης (παλινδρόμηση), μελέτη θερμής (Απρίλιος – Σεπτέμβριος) και ψυχρής (Οκτώβριος – Μάρτιος) περιόδου του έτους, κλπ. Επίσης, παρουσιάζεται και η ανάπτυξη των ΤΝΔ για την πρόγνωση της αέριας ρύπανσης στην πόλη του Βόλου. Στο κεφάλαιο 4 έχει γίνει ανάλυση των δεικτών ατμοσφαιρικής ρύπανσης και συγκεκριμένα στο δείκτη AQI για την πόλη του Βόλου. Στο κεφάλαιο 5 έχει γίνει αναφορά σε συγκεκριμένες περιπτώσεις μελέτης της αέριας ρύπανσης στην περιοχή του Βόλου. Στο κεφάλαιο 6 έχει γίνει εκτίμηση των πιθανών επιπτώσεων στην υγεία με τη χρήση του λογισμικού AIRQ+. Στο κεφάλιο 7 υπάρχουν τα συμπεράσματα της διατριβής και συνεχεία ακολουθεί το παράρτημα με πίνακες και διαγράμματα από την στατιστική ανάλυση που πραγματοποιήθηκε.