Repülıtéri légszennyezés vizsgálata Összefoglalás Témavezetı: Török Szabina 29.7.8.
Bevezetı Általánosságban elmondható, hogy a növekvı forgalom következtében a repülıtereken a zajszennyezés mellett a repülıterek légszennyezése is jelentıssé válik. Nagyobb forgalmú nemzetközi repülıtereken már végeznek folyamatos illetve kampányszerő méréseket. A repülıterek emissziós forrásai: repülıgépek, gépkocsik (utazóközönség, beltéri gépkocsi forgalom), GPU, stb. Forráskarakterisztikájuk speciális, melynek következtében a mérésekhez speciális berendezésekre van szükség. A földi jármővek kibocsátása általában jól ismert, repülıgépek kibocsátására mindösszesen az 1993-as ICAO adatbázis lehet irányadó. Elmúlt 5-1 év kutatásai ennek kiegészítésére, hibáinak folyamatos korrigálására vonatkoznak.
Mérések A mérések célja egy monitoring rendszer kiépítéséhez szükséges tanulmány elvégzése, valamint a repülıtérspecifikus vegyületek vizsgálata volt. A vizsgált komponensek: NO X, CO, SO 2, O 3, PM 1, PM 2.5, BC, aeroszolok kémiai összetétele, méreteloszlása Mérési helyszínek úgy lettek kiválasztva, hogy mind az egyes források emisszióját mind a levegıminıséget tudjuk vizsgálni. 4 intenzív mérési kampány (26 tél, tavasz, nyár, 28 nyár) mellett bizonyos berendezések folyamatos üzemelését biztosítottuk a 3 év során. A szennyezıanyag komponensek vertikális eloszlásának valamint kisskálájú légköri folyamatok hatásainak vizsgálatára kutatórepülıgépet terveztünk és végeztünk vele méréseket felett. m
Modellezés A modellezés célja a mérések kiegészítése, hatástanulmányok készítéséhez alkalmas verifikált modell felállítása Alkalmazott diszperziós modell: EDMS (Emission and dispersion Modelling System) Speciálisan repülıtéri környezetre lett fejlesztve, amely a repülıtéri forgalom és kiszolgálás (gurulóutak, felszállópályák, kiszolgálás, APU, GPU, stb) speciális karakterisztikáinak beépítését jelenti. A repülıtér területére vonatkozó adaptálást (kifutópályák, guruló utak, autó utak, pontforrások, épületegyüttesek definiálása) elvégeztem. A modell futtatását az OMSZ munkatársai végzik Input adatok:. Meteorológia + forgalmi adatok Beépített forráserısségek CO, NO X, SO 2, NMHC, THC, VOC, PM 2.5, PM 1 Csak járulék meghatározására alkalmas!
Eredmények: általános állapot, várossal összehasonlítva Téli, 1 hetes kampány során a repülıtér középpontjában, nem közvetlenül a források mellett is végeztünk méréseket Hagyományos komponensek Városi értékkel összehasonlítva: ug/m m3 25 2 15 1 5 SO2, 26.1. Repülıtér 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 Határérték (órás átlag): 25 µg/m 3 ug g/m3 25 2 15 1 5 CO, 26.1. Repülıtér 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 Határérték (órás átlag): 1 µg/m 3 PM1, 26.1. O3, 26.1. 25 2 Repülıtér 7 6 5 Repülıtér 15 1 5 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 4 3 2 1 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 Határérték (órás átlag): 5 µg/m 3 Határérték (8 órás átlag): 12 µg/m 3
Eredmények: általános állapot, várossal összehasonlítva NOx, 26.1. NO, 26.1. 6 5 Repülıtér 3 25 Repülıtér 4 3 2 1 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 Határérték (órás átlag): 2 µg/m 3 2 15 1 5 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 Határérték: jelenleg nincs NO2, 26.1. 14 12 Repülıtér 1 8 6 4 2 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 Ózon kivételével valamennyi komponens órás átlagban kisebb mint a városi átlag Határérték túllépés szignifikánsan csak PM 1 esetén figyelhetı meg. NO X esetén is van határérték túllépés Határérték (órás átlag): 1 µg/m 3
Eredmények: aeroszol - általában Mivel az aeroszol részecskék kémiai összetétele valamint tömeg/méretszerinti eloszlása repülıtéri környezetben nem ismert ezért ennek vizsgálatára külön hangsúlyt fektettünk. PM 1 koncentráció nagysága egészségügyi szempontból a legkritikusabb Ferihegy repülıtéren. 2-es Terminálon elhelyezett konténerben folyamatos PM 1 és PM 2.5 mérést biztosítottunk 27-tıl. Kismérető részecskék dominánsak, a városi értékekkel összehasonlítva a PM 2.5 esetén magasabb értékeket kaptunk, mint a belvárosban Korom (ng/m 3 ) 6 5 4 3 LESZÁLLÁS FELSZÁLLÁS koncentráció () 14 12 1 8 6 4 2 koncentráció () PM2.5 és PM1 koncentráció a repülıtéren (1 órás átlag) 27.3. 27 4 9 14 19 24 1 8 6 4 2 PM2.5 koncentráció (1 órás átlag) 27.3. PM2.5 PM1 27 4 9 14 19 24 Repülıtér LESZÁLLÁS 2 1 12:43 12:57 13:12 13:26 13:4 13:55 14:9 14:24 14:38 ICAO adatbázisban a BC-nek kiemelt szerepe van Felszállópálya mellett végzett mérések alapján csak a felszálló gépekhez tudtunk egyértelmő kibocsátást rendelni
Eredmények: CO, másodlagos aeroszol képzıdés A 3 forgalmi csúcs egyértelmően beazonosítható. CO napközben a keveredési réteg megnövekedése miatt felhígul, így a talajmenti koncentráció a kibocsátás mértékéhez képest kisebb értékeket mutat. Ugyanakkor a részecskeszám jelentısen megnövekszik, amely a másodlagos aeroszolok megjelenését bizonyítja 7 6 5 részecske szám CO cc,35,3,25 db/cm3 4 3 2 1,2,15,1,5 5 1 15 2 25 idı (óra) ppm Terasz (28 nyár) napi átlagok
Eredmények: gázok NO, NO 2, O 3 NO, NO2 cc () A repülıtér területének egyik forró pontja a 2-es Terminál (legtöbb forrás, emberi mozgás) 28 szeptemberében az integetı teraszra telepített monitoring állomás adatai statisztikai elemzéshez kellı idıtartamban rendelkezésre állnak. NO és NO 2 tipikus napi trendjében jól beazonosíthatóak a forgalmi csúcsok következtében bekövetkezı koncentráció-növekmények. 28.6.25-7.5 O3 3 6 25 2 15 1 5 NO NO2 5 4 3 2 1 O3 cc () A terminál környezetében egyértelmően az NO 2 amely az egészségre károsabb domináns. 2 4 7 9 12 14 16 19 21 idı (hh) NO NO m/s µg/m 3 2 m/s µg/m 3 3D szennyezési rózsák segítségével lehetıvé válik az eltérı helyszínekrıl érkezı szennyezıanyagok beazonosítása. NO és NO 2 között nincs szignifikáns eltérés Kb 3 -nál NO csúcs, míg NO 2 -nél hiányzik, mely a kiszolgáló terület kibocsátásának illetve NO 2 /NO átalakulásnak tudható be.
Eredmények: aeroszolok repülıgép specifikus Felszállópálya mellett May impaktorral méretfrakcionált aeroszol mintát vettünk, amely perces mintavételezéső minta kémiai analízisét teszi lehetıvé. Si-lapkára vett minták kémiai elemzését SR-TXRF analízissel végeztük el. A nyomelemanalízis eredményei alapján kijelenthetjük, hogy az összetétel a városi környezetétıl eltérı. Kiugróan magas értékeket réz esetén tapasztaltunk, amely a gépkocsi fékkopásához hasonlóan a repülıgépek fékkopásából származhat. Nehézfémek méretfrakciók szerinti koncentrációértékei Publikáció: Groma, V., Osán, J., Török, S., Meirer, F., Streli, C., Wobrauschek, P., Falkenberg, G. (28). Trace element analysis of airport related aerosols using SR-TXRF Idıjárás, 112, 83-97.
Eredmények: aeroszolok repülıgép specifikus, gumi részecskék May impaktorral vett mintákat Raman-spektroszkóppal illetve pásztázó elektronmikroszkóppal is vizsgáltuk, hogy beazonosítsuk a landoláskor a légkörbe kerülı gumi részecskéket. Ismert, mesterségesen elıállított mintát hasonlítottunk össze a terepi mintával 35 3 S-Ka net X-Ray intensity 25 2 15 1 5 Zn-Ka 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 Energy (kev) Ratio of D and G peaks of graphite Két csúcs nagysága közelítıleg megegyezik, tehát Raman-spektroszkópia segítségével a gumi részecskék beazonosíthatóak EPMA mérések során Zn illetve S K-vonalai alapján beazonosítható, a szakirodalomból ismert gépkocsi gumikhoz hasonlóan
Eredmények: DOAS NO 2 DOAS (Differential Optical Absorption Spectrosopy) segítségével a közvetlenül mérhetı a mozgó jármő emissziója. Korábban gépkocsi illetve guruló úton történtek mérések, Ferihegy repülıtéren lehetıség nyílt a felszállópályán keresztüli mérésre is (26 aug.-27 máj.) 3 másodperces mintavételezési idıvel, csak NO 2 25 2 26.6.9. A1, NO2 koncentráció DOAS légátszívás felszállás u g/m 3 15 1 5 23:45 :57 2:9 3:21 4:33 5:45 6:57 8:9 9:21 1:33 7 6 5 4 3 2 1 idı (hh:mm) 31L-NO2 koncentráció 14:38 14:52 15:7 15:21 15:36 15:5 16:4 idı (hh:mm) DOAS felszállás légátszívás Párhuzamos in situ és nyílt fényutas mérések eredményei alapján megállapíthatjuk, hogy megfelelı szélirány esetén sem minden esetben alkalmas a csóvadetektálásra a forrástól kb. 1 méteres távolságban elhelyezett légátszívásos berendezés.
Eredmények: DOAS- emissziós kataszter Az egyes gépek okozta NO 2 növekményt közel 2 géptípusra Meghatároztam. Repülıgépek okozta NO2 koncentráció növekmény H M L 3 25 2 Emissziós index nem arányos a koncentráció növekménnyel. 15 1 5 Ezen eredmények segítségével pontosabb képet kaphatunk a repülıgépek NO és NO 2 kibocsátásáról, amely a diszperziós modellek pontosságának javítását A36 A3B B744 B763 L11 AN12 BE4 F27 AN26 AT43 CL6 DH8D C56 CRJ2 B462 B463 H25B F9 SB2 C56X F1 B736 E135 B737 B735 T154 A319 B733 A32 B738 MD82 B753 B752 BE2 DA42 H5 L41 C25A C55 C172 C525 MI2 PA34 C42 géptipus 31L ponton startoló repülıgéptipusok száma a mérési idıszakban is elısegíti. 35 3 25 2 15 1 5 A36 A3B B744 B763 L11 AN12 BE4 F27 AN26 AT43 CL6 DH8D C56 CRJ2 B462 B463 H25B F9 SB2 C56X F1 B736 E135 B737 B735 T154 A319 B733 A32 B738 MD82 B753 B752 BE2 DA42 H5 L41 C25A C55 C172 C525 MI2 PA34 C42 géptipus Publikáció elıkészületben: V. Groma, Sz. Török, K. Schaefer:Aircraft originated NO 2 emission during take off using long term open path measurement, Environmental Science and Technology
Eredmények:DOAS- 3D szennyezési rózsa m/s µg/m 3 µg/m 3 m/s Nappal Éjjel A repülıgépek közvetlen kibocsátásának kiszőrésével (amely jelen esetben a gép felszállása utáni 3 perc mérési adatainak törlését jelenti) kapjuk a felszállópályán az NO 2 re vonatkozó 3D szennyezési rózsákat, mely alapján a nappali illetve éjszakai periódusokra beazonosíthatjuk a jelentıs forrásokat, amelyek hatásai több 1 méteres mérési pontban detektálhatók: 1. Mind nappal mind éjszaka a 4-es fıút illetve a belterületi gépkocsi forgalom 2. Nappal 2-es Terminál területe illetve 1-es felszállópálya 3. 1-es Terminálnak nincs hatása 4. Mérési pontban a gépek kibocsátásának utóhatása
Eredmények: modellezés Modell segítségével a repülıtér okozta terhelés növekmény számítható, illetve a repülıtér forrópontjai beazonosíthatók. Éves átlagos NO X koncentráció eloszlás (26-os alapállapot) a Ferihegyi repülıtér közvetlen környezetében. 3 A modellezési eredmények verifikációja a mérési 25 eredményekkel való összevetéssel történt meg. 2 1. NO X esetén nagy forgalmi csúcsokban kismértékő 15 1 túlbecslés tapasztalható, a többi esetben viszont alul becsül, 5 de háttérértékek nincsenek beleszámolva 2. PM 2.5 esetén jelentıs alulbecslés, mely 2 okra vezethetı vissza: gépkocsi kibocsátásnak emissziós adatbázisa hibás, valamint, hogy a másodlagos aeroszol képzıdés a modellben nincs figyelembe véve 3 Modell vs Mérés, PM2.5 Mérés 1 18 EDMS 9 16 8 14 7 12 6 1 5 8 4 3 6 2 4 1 2 27 4 9 14 19 24 29 3 28.1.9. terasz : 4:48 9:36 14:24 19:12 : 4:48 idı (hh:mm) mérés modell
Repülıgépes mérések A talajmenti mérések során felmerült az igény, hogy a légszennyezı komponensek vertikális eloszlását is vizsgáljuk, melynek segítségével a légköri fel és leáramlási folyamatok hatásai megismerhetık. Ehhez egy kutatórepülıgépet állítottunk össze. Mérések során biztosítani kell az izokinetikus mintavételt. A mért komponensek: CO, O 3, BC, részecske méreteloszlás, meteorológia Útvonal: É-D irányban több magasságban,több napszakban 28.9.11. O3 Repülıgép 16 14 12 1 8 6 4 2 1 11 12 13 14 15 idı (öra) 28.7.3. O3 Repülıgép 12 1 8 6 4 2 7 8 9 1 idı (óra) 28.7.3. CO Repülıgép 12 1 8 6 4 2 7 8 9 idı (óra) Repülési magasság: 1, 7, 4m konstans 5 m Hajnali órákban a keveredési réteg felett a talajmenti értékek 3-4-szerese az ózonkoncentráció, míg ez a különbség a nappali órákra kiegyenlítıdik. CO esetén ilyen különbség nem tapasztalható
Repülıgépes mérések: aeroszolok db cm-3/db cm-3 28.9.11. 25 nm 1,2 7 nm 18 1 magasság 16 14,8 12 1,6 8,4 6 4,2 2 13:55 14:24 14:52 15:21 15:5 16:19 16:48 17:16 17:45 idő (hh:mm) m Nagy méretfelbontású méretfrakcionált aeroszol mérések lehetıvé tették Szahara eredető aeroszol részecskék detektálását 28.7.3. Állandó magasságban végzett reggeli repülés során azt tapasztaltuk, hogy a feláramlási zónákban növekszik a részecske szám, amely a szennyezett levegı vertikális szállítódását mutatja. 6 5 4 3 2 1 25 nm ózon 4 per. Mov. Avg. (ózon) 2 per. Mov. Avg. (25 nm) 16 14 12 1 8 6 4 2 db/l 6:43 7:12 7:4 8:9 8:38 9:7 9:36 idő (óó:pp) Publikáció elıkészületben: B. Alföldy, V. Groma, A. Nagy, A. Czitrovszky :Vertical distribution of air pollutants over city based on aircraft measurements, Atmospheric Environment
Összefoglalás Repülıtér légszennyezettségi terheltségének mértékét feltérképeztük, a monitoring rendszer kiépítésére javaslatok megfogalmazódtak Megvizsgáltuk a repülıtéren kritikus az egészségre ártalmas komponenseket (PM, NO 2 ) Repülıtér-specifikus aeroszol komponenseket mutattam ki: gumi, fékpofák kopása Repülıgéptípusokhoz tartozó NO 2 növekedésre vonatkozó katasztert elkészítettem Mérési módszerekre vonatkozó eredmények: 1. Mozgó források kibocsátásának mértékének meghatározására nem minden esetben jó módszer a relatíve távoli in-situ mérés 2. Rövid mintavételezési idıt igénylı May-impaktor alkalmas a repülıgép-specifikus aeroszolok detektálására Repülıtér területére eredményes modell-futtatások, mely emissziós adatbázisát korrigálásának szükségességét kimutattam Másodlagos aeroszol képzıdés jelentıségét bizonyítottam Vertikális profil mérésekhez kutatórepülıgép megtervezését elvégeztem, bizonyítottuk a mérések helyességét, valamint, hogy a kisskálájú légköri feláramlásoknak másodlagos aeroszol képzıdést elısegítı hatása van
Publikációs lista Publikáció V. Groma, J. Osán, S. Török, F. Meirer, C. Streli, P. Wobrauschek, G. Falkenberg: Trace element analysis of airport related aerosols using synchrotron radiation total reflection X-ray spectrometry, Idıjárás, 27, Vol. 112, No.2., 83-97 Konferencia anyagok V. Groma, J. Osán, A. Alsecz, S. Török, F. Meirer, C. Streli, P. Wobrauschek, G. Falkenberg. Trace element analysis of airport related aerosols using SR-TXRF. 12th Conference on Total Reflection X-Ray Fluorescence Analysis and Related Methods, 18 22 June 27, Povo (Trento), Italy. V. Groma, B. Alföldy, J. Osán, S. Kugler, M. Kalocsai. Impact of the airport related traffic on the urban particulate pollution. European Aerosol Conference, 9th-14th Sept. 27, Salzburg, Austria. K. Schäfer, G. Schürmann, C. Jahn, C. Matuse, H. Hoffmann, E. Takacs, B. Alföldy, V.Groma, Sz. Kugler: airport air quality long-term studies by remote sensing with DOAS and FTIR with focus upon runway emissions, Proceeding of SPIE meeting, 27 Schürmann, G., K. Schäfer, C. Jahn, H. Hoffmann, V. Groma, S. Török, S. Emeis, Airport air quality and emission studies by remote sensing and inverse dispersion modelling, Proceedings of SPIE, Vol. 6362: Remote Sensing of Clouds and the Atmosphere XI, (26). Schürmann, G., Schäfer, K., Jahn, C., Hoffmann, H., Groma, V., Török, S., Emeis, S.: Airport air quality studies by remote sensing and inverse dispersion modelling. In: Remote Sensing of Clouds and the Atmosphere XI, Remote Sensing, An SPIE Europe Event, Stockholm, Sweden, 11. 16.9.26, James R. Slusser, Klaus Schäfer, Adolfo T. Comeron (eds.), Proceedings of SPIE, Bellingham, WA, USA, Vol. 6362 (26), 63621E-1, doi: 1.1117/12.695821. V. Groma, J. Osán, S. Török C. Streli, P. Wobrauschek, F. Meirer, G. Falkenberg (26), Trace element analysis of fine aerosol particles with high time resolution using SR- TXRF. EXRS 26, European Conference on X-Ray Spectrometry, June 19-23, 26 Paris, France, Poster presentation J. Osán, V. Groma, E. Stefaniak, A. Worobiec, S. Török, M. K. Rasztoczky, S. Kugler, R. V. Grieken (26), Microcharacterization and identification of tire debris of airplanes. EXRS 26, European Conference on X-Ray Spectrometry, June 19-23, 26 Paris, France, Book of abstract. G. Schuermann, K. Schaefer, S. Emeis, S. Torok, V. Groma, Application of Bayesian Inverse Methods to Determine Emission Strengths on the Airport, 8th International Conference on Emissions Monitoring, 5-6 Sep. 27, Zürich, Swizerland. B. Alföldy, V. Groma, E. Börcsök, A. Nagy, A. Czitrovszky, S. Török Determination of vertical distribution of air pollution over by aircraft based measurements Témavezetés (NyMo) egyetemi szakdolgozat Takács Edina: Nagy idıfelbontású NO2 mérés a Ferihegyi repülıtéren nyílt fényutas spektrofotometriás berendezés segítségével