Pienhiukkasten ja mustan hiilen lähteet sekä koostumus pääkaupunkiseudulla

Transkriptio

1 Pienhiukkasten ja mustan hiilen lähteet sekä koostumus pääkaupunkiseudulla Hilkka Timonen, Sanna Saarikoski, Minna Aurela, Matthew Bloss, Aku Helin, Joel Kuula, Kimmo Teinilä Erikoistutkija Ilmatieteen laitos Yhteistyössä: Projektit: Business Finland/Cityzer, MMEA, AIKO/HAQT

2 Mihin tarvitaan tietoa ulkoilman pienhiukkasten lähteistä ja koostumuksesta? Lähteet Ilmakehä Vaikutukset Hapettimet: OH, O3, etc Sekundäärinen hiukkasmassa Ilmasto Primäärihiukkaset NH Kaasumaiset yhdisteet SOx NOx Ilmanlaatu Terveys

3 Ilmakehän pienhiukkasten lähteet voidaan jakaa biogeenisiin ja antropogeenisiin Airplane emissions Industrial emissions Traffic Musta hiili, orgaanisia yhdisteitä, epäorgaanisia yhdisteitä.. Merisuolaa, sulfaatteja, orgaanisia yhdisteitä etc. 3

4 Hiukkasia syntyy myös ilmakehässä Uutta hiukkasmassa syntyy ilmakehässä sekä nukleaation kautta että kaasujen tiivistyessä olemassa olevien hiukkasten pinnalle Epäorgaaniset ionit kuten sulfaatti, ammonium ja nitraatti ovat tyypillisesti sekundääriä Lisäksi iso osa orgaanisesta hiukkasmassasta on sekundääristä Primääriset hiukkaset 1) Nukleaatio Kasvu Tiivistyyminen + koagulaatio Kaasumaiset yhdisteet ) Tiivistyminen olemassa olevien hiukkasten pinnalle

5 Miten hiukkasten koostumusta voidaan mitata? Perinteinen filtterikeräys Reaaliaikainen analyysi filtteriltä Reaaliaikainen analyysi ilmasta Esikäsittely

6 Miten hiukkasten lähteitä voidaan analysoida? PM lähde Koostumus Aktiviteetin määrä Muuntuma ilmakehässä Laimentuminen Sekoittuminen Sekundääri aerosolin muodostus Aika Ilmakehän pienhiukkaset 6

7 Pienhiukkasten lähteitä tutkittiin erilaisissa kaupunkiympäristöissä SMEARIII - urbaanitausta asema HSY Mannerheimintie -ydinkeskusta Projektit: HAQT, TAQIITA, Cityzer HSY Supersite -Katukuilu 7 HSY Päiväkumpu, -pientaloalue

8 Lähteiden tunnistaminen PMF:n avulla Positive matrix factorization (PMF) -> aikasarja ja massa spektri kullekin lähteelle Massa spektri Lähde 1 Lähde Lähde 3 Aika

9 Pienhiukkasten koostumus pääkaupunkiseudulla SMEARIII kaupunki tausta-asemalla mitattu hiukkasten koostumus Orgaaninen Nitraatti BC Kloridi Sulfaatti Ammonium Timonen et al., 13 Journal of Aerosol Science

10 PMF Lähde-analyysi kertoo hiukkasten moninaisesta alkuperästä Nitraatti Orgaaninen Sulfaatti Ammonium BC Kloridi SMEARIII kaupunkitausta-asema µgm factors LRT BBOA LV-OOA + MSA /9/9 /1/9 /19/9 //9 /9/9 5//9 5/9/ HOA SV-OOA BBOA Coffee Roaster LV-OOA 7 Liikenne 6 Sekundäärinen -alueellinen 5 Paikallinen puunpoltto Kahvin paahtamo 3 Kaukokulkeutunut puunpoltto Sekundäärinen meri 1 Sekundäärinen - ikääntynyt OOAI + MSA 5% OOA I 56% Local BBOA % Coffee roastery 1% LRT BBOA 9% OOA II 1% HOA 11 %

11 Liikenteen vaikutus näkyy verrattaessa katukuilu vs taustamittauksia Tausta-asema mass conc. (ug m -3 ) 6 6 Katukuilu STREET CANYON URBAN Tausta-asema BACKGROUND Chl NH NO3 SO Org Katukuilu Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb March April May Katukuilu Tausta-asema 11/9/18 11

12 Yli puolet pienhiukkasista ydinkeskustassa Sekundäärisiä May-Dec 13 WINTER Org=7.35% SO=13.5% NO3=8.% NH=6.1% Chl=.37% Avg. Total Loading: 6.33± 5.5 (mg/m 3 ) Liikenne Ihmisperäistä aerosolia Pitoisuus (µg m -3 ) HOA - Liikenne Paikallinen ihmisperäinen lähde LVOOA- Sekundäärinen ikääntynyt SVOOA - Sekundäärinen tuore LVOOA 5% Ventilation 19% HOA 11% SVOOA 18% Sekundääristä 1 Jan Feb March April May June July Aug Sep Oct Nov Dec summer 13-spring 15 HSY Ilmanlaatuasema Mannerheiminkatu

13 Puunpolton vaikutus nähdään selkeäasti pientaloalueella talvella Päiväkumpu, Vantaa 56% 13% % 8% % HOA, BBOA, OOA (µg m -3 ) BBOA HOA OOA NO x NO x (µg m -3 ) hour of the day Massa mass pitoisuus conc. (µg m -3 )(µg m -3 ) 3 1 HOA BBOA OOA Liikenne (HOA) Puunpoltto (BBOA) Sekundäärinen ikääntynyt (OOA) Feb 18 Feb Feb Feb Feb 6 Feb 8 Mar Mar Mar 6 Mar 8 Mar 1 Mar 1 Mar 1 Mar 16 Massa pitoisuus (µg m -3 ) mass conc. (µg m -3 )

14 Mustan hiilen lähteiden mittauspaikat pääkaupunkiseudulla Rekola Mäkelänkadun katukuilu Lintuvaaran pientaloalue Lintuvaara Mäkelänkatu Google Images Google Images Google Maps Liikennemäärä: 8 ajoneuvoa/päivä NO x pitoisuus: 87 µg/m 3 Kaukolämpö Levoglukosaanin pitoisuus: 51 ng/m 3 Liikennemäärä: ajoneuvoa/päivä NO x pitoisuus: 1 µg/m 3 Puun pienpoltto lisälämmityksenä Levoglukosaanin pitoisuus: 1 ng/m 3 Mittausjaksot keräyspaikoittain: Mäkelänkadun katukuilu (Supersite):1/15-5/ 17 Lintuvaaran pientaloalue: joulukuu 15-joulukuu 16 Rekolan pientaloalue: tammikuu 17-toukokuu 17 Helin et al. Atmospheric Environment 19 (18) Tutkimuksen tavoitteet: q Mustan hiilen (BC) pitoisuudet ja paikalliset lähteet eri kaupunkiympäristöissä pk-seudulla qpuun pienpolton ja liikennepäästöjen osuudet BC kokonaispitoisuudesta

15 Mustan hiilen kokonaispitoisuuden vaihtelu riippuu paikasta ja vuodenajasta Paljonko mustasta hiilestä on peräisin puunpoltosta ja paljonko liikenteestä? Laite: Etalometri AE33 Lähdeanalyysi: Etalometrimallia käytettiin erottamaan liikenteestä ja puunpoltosta syntyvä musta hiili perustuen niiden erilaiseen absorptioon eri aallonpituuksilla (*Sandradewi et al. Environ. Sci. Technol. (8), ) Mittauspaikat: Mäkelänkatu=vilkasliikennöity katukuilu keskustaympäristössä Lintuvaara ja Rekola=pientaloalueet kaupungin laitamilla Helin et al. Atmospheric Environment 19 (18) 87 98

16 Mustan hiilen lähteiden vuodenaikaisvaihtelu Lintuvaaran pientaloalue Mäkelänkadun katukuilu (Supersite) Puunpolton osuus BC pitoisuudesta: Talvi 15 = 6% Kesä 16 = 35%% Helin et al. Atmospheric Environment 19 (18) Puunpolton osuus BC pitoisuudesta: Talvi 15 = 17% Kesä 16 = 9% BC FF =Fossiilisten polttoaineiden poltosta syntyvä BC BC WB =Puun poltosta syntyvä BC BB (%)=Puunpolton osuus BC pitoisuudesta (%)

17 Mustan hiilen lähteiden vuorokaudenaikaisvaihtelu paljastaa lähteet Katukuilu Pientaloalue Helin et al. Atmospheric Environment 19 (18) BC FF =Fossiilisten polttoaineiden poltosta syntyvä BC BC WB =Puun poltosta syntyvä BC

18 Yhteenveto Sekundäärihiukkaset dominoivat hiukkasmassaa Pienhiukkasten lähteet vaihtelevat vahvasti ympäristöstä riippuen Kaupunki tausta-asemalla laaja valikoima paikallisia ja kaukokulkeutuneita lähteitä riippuen meteorologiasta Pientaloalueella: Puunpoltto, liikenne ja sekundäärimuodostus Ydinkeskustassa: Autojen päästöjen vähentyessä, muiden lähteiden kontribuutio suurenee Mustan hiilen lähteet liikenne ja puunpoltto voidaan erottaa syntyneen BC:n absorption aallonpituus-riippuvuuden perusteella Talvella pientaloalueella jopa puolet mustasta hiilestä on peräisin puunpoltosta, katukuilussa vain 17% 11/9/18