Tuoretta tietoa ulkoilman pienhiukkasista Dos. Hilkka Timonen et al., Ilmatieteen laitos, Pienhiukkastutkimus
Ulkoilman pienhiukkasten terveysvaikutukset Pienhiukkaset ovat haitallisin ympäristöaltiste! Pienhiukkaset aiheuttavat 1x enemmän ennenaikaisia kuolemia kuin liikenne! Lähde: valtiontalouden tarkastusviraston tarkastuskertomukset 17/15, Pienhiukkasten_terveys ja kustannusvaikutusten huomioonottaminen strategioiden valmistelussa
Aerosolit vaikuttava ilmastoon, mutta myös näkyvyyteen ja viihtyisyyteen PM 1 : 5-1 µg/m 3 PM 1 : 3-5 µg/m 3 Lähde: IPCC 13 3
Pienhiukkasten lähteet suomessa Liikenne 11 % Teollisuus % Lisäksi paikalliset lähteet (esim. katupöly yms), luonnolliset lähteet (metsät, meri yms) Puun pienpoltto 1 % Kaukokulkeuma 1 % Lähde: valtiontalouden tarkastusviraston tarkastuskertomukset 17/15, Pienhiukkasten_terveys ja kustannusvaikutusten huomioonottaminen strategioiden valmistelussa
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 Nukleaatio VOC emissions Kondensaatio 5
Uudet mittausmenetelmät mahdollistaneet tarkemmat pienhiukkasmittaukset Perinteinen menetelmä Reaaliaikaiset mittalaitteet Sensorit + Edullinen, + Helppo - Virhelähteet - Hitaus + Aikaresoluutio + Tiedon määrä huikea - Koko - Vaatii paljon käyttäjältä - Kallis + Edullinen (1 ->) + Aikaresoluutio + Sensoriverkko - Epätarkka - Mittaa vain yhtä suuretta esim massaa - Ei tutkimustietoa
Tutkimuspaikat Pienhiukkasten koostumusta ja lähteitä tutkittiin Helsingin ydinkeskustassa vilkasliikenteisellä paikalla Pientaloalueella jossa paljon puun pienpolttoa jahtausmittauksena bussien päästöjä Tutkimuksessa on käytetty mm. Aerosolimassaspektrometreja (koostumus) Aethalometriä ja MAAP (BC) Suodatinkeräyksiä (Levoglucosaani) PM mittauksia sensorilla Nuuskija mittaus-autoa Lintuvaara 7
Pienhiukkasten pitoisuudet Helsingin vilkasliikenteisessä ydinkeskustassa matalia Kuva. Pienhiukkasten (PM.5 ) ja karkeiden hiukkasten (PM.5-1 ) keskiarvo osuudet hengitettävistä hiukkasista (PM 1 ) mittausjakson aikana eri vuodenaikoina. Teinilä, K., Aurela, M., Saarikoski, S., Timonen, H., Hillamo, R., Niemi, J., and Kousa, A.: Pienhiukkasten koostumus ja lähteet Helsingin vilkasliikenteisessä ydinkeskustassa, HSY:n julkaisuja 7/1, https://www.hsy.fi/sites/esitteet/esitteetkatalogi/julkaisusarja/7_1_pienhiukkasten-koostumus-lahteet.pdf, 1. 8
Massapitoisuus µg/m 3 Aerosolimassaspektrometrin avulla voidaan mitata hiukkasten koostumus reaaliajassa 1 1 1 Orgaaninen Nitraatti Sulfaatti Ammonium Kloridi Musta hiili PM.5 1 1 1 1 8 1 8 5/13 7/13 9/13 11/13 1/1 3/1 5/1 7/1 9/1 11/1 1/15 3/15 Päivämäärä Tarkka tieto kemiallisesta koostumuksesta mahdollistaa mm. tarkemman ilmasto- ja terveysvaikutusten arvioinnin sekä lähdeanalyysin. Teinilä, K., Aurela, M., Saarikoski, S., Timonen, H., Hillamo, R., Niemi, J., and Kousa, A.: Pienhiukkasten koostumus ja lähteet Helsingin vilkasliikenteisessä ydinkeskustassa, HSY:n julkaisuja 7/1, https://www.hsy.fi/sites/esitteet/esitteetkatalogi/julkaisusarja/7_1_pienhiukkasten-koostumus-lahteet.pdf, 91.
Yli puolet orgaanisesta aineksesta keskustassa on sekundääristä hiukkasmassaa Orgaanisen hiukkasmassa lähteitä vilkasliikenteisessä ympäristössä arvioitiin PMF lähdeanalyysin perusteella Eri lähteet tunnistettiin niille tyypillisen massaspektrin avulla 7 Mass concentration µg m -3 5 3 LV-OOA SV-OOA BBOA HOA LV-OOA, SV-OOA = tyypillisesti sekundäärisiä orgaanisia yhdisteitä joilla matala haihtuvuus BBOA = biomassan poltosta syntyneitä orgaanisia yhdisteitä HOA = tuoreita lähilähteiden (liikenne) tuottamia hiilivetyjä 1 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Month Teinilä, K., Aurela, M., Saarikoski, S., Timonen, H., Hillamo, R., Niemi, J., and Kousa, A.: Pienhiukkasten koostumus ja lähteet Helsingin vilkasliikenteisessä 1 ydinkeskustassa, HSY:n julkaisuja 7/1, https://www.hsy.fi/sites/esitteet/esitteetkatalogi/julkaisusarja/7_1_pienhiukkasten-koostumus-lahteet.pdf, 1.
Vuorokausisykli erilainen primäärisille ja sekundäärisille yhdisteille Mass concentration, µg/m 3. Mass concentration, µg/m 3.8 1.5. 1..5. 8 1 BC (whole campaign) BC (summer) BC (winter) 1 1 1... 8 1 HOA (whole campaign) HOA (summer) HOA (winter) 1 1 1 Primäärinen PM Mass concentration, µg/m 3 3..5. 1.5 1..5. SV OOA (whole campaign) SV OOA (summer) SV OOA (winter) Mass concentration, µg/m 3 3 1 LV OOA (whole campaign) LV OOA (summer) LV OOA (winter) Sekundäärinen PM 8 1 1 1 1 8 1 1 1 1 11
BC concentration (ng/m³) BC concentration (ng/m³) Puunpoltolla on selkeä vaikutus ilmanlaatuun pientaloalueella Mäkelänkatu: a FF =1.9 & a WB =. BC FF BC WB Temperature BCff pitoisuus, BCwb pitoisuus, Lämpötila 9 3 Lintuvaara: a FF =.95 & a WB =. BCff pitoisuus, BCwb FF pitoisuus, BC WB Temperature Lämpötila 9 3 8 7 8 7 5 3 1-1 Temperature ( C) 5 3 1-1 Temperature ( C) 1-1 - 1.1.1 1.3.1 1.5.1 1.7.1 1.9.1 1.11.1 Date Liikenneympäristö (HSY supersite, Helsinki) -3 1.1.1 1.3.1 1.5.1 1.7.1 1.9.1 1.11.1 Date Pientaloalue (HSY Lintuvaara, Espoo) -3 BCwb= puunpoltosta syntyvä BC, BCff=fossiilisen polttoaineen poltosta syntyvä BC Helin et al., Influence of wood burning to air quality in urban and residential area, manuscript under preparation, 17. 1
BC WB concentration (ng/³) BC WB concentration (ng/³) BC WB BC concentration WB (ng/³) (ng/³) BC FF concentration (ng/³) BC FF concentration (ng/³) BC BC FF FF concentration (ng/³) Reaaliaikaisilla mittalaitteilla tietoa pienhiukkasten vuorokausivaihtelusta Viikonpäivät Weekday (a (a FF FF =1.9 =.95 & a WB WB =.) =1.7) Winter Winter Spring Summer Autumn Talvi, kevät, kesä, syksy Viikonloppu Weekend (a (a FF FF =.95 =1.9 && a WB a WB =1.7) =.) Winter Spring Summer Autumn Autumn Talvi, kevät, kesä, syksy BCff pitoisuus BCwb pitoisuus 3 15 1 5 1 15 15 1 1 5 5 1 1 Talvi, kevät, kesä, syksy Weekday (a FF =.95 & a WB =1.7) Weekday Winter (a FF =1.9 Spring & a WB =.) Summer Autumn Winter Spring Summer Autumn 1 1 3 15 1 5 1 15 15 1 1 5 5 1 1 Talvi, kevät, kesä, syksy Weekend (a FF =.95 & a WB =1.7) Weekend Winter (a FF =1.9 Spring & a WB =.) Summer Autumn Winter Spring Summer Autumn 1 1 BCwb= puunpoltosta syntyvä BC, BCff=fossiilisen polttoaineen poltosta syntyvä BC BCff pitoisuus BCwb pitoisuus Helin et al., Influence of wood burning to air quality in urban and residential area, manuscript under preparation, 17. Liikenne ympäristö (HSY supersite, Helsinki) Pientaloalue (HSY Lintuvaara, Espoo) 13
Jahtausmittauksilla saadaan uutta tietoa myös ajoneuvojen päästöjen muutoksesta Hiilivety Hapettunut orgaaninen yhdiste Vahvasti hapettunut orgaaninen yhdiste Saarikoski, S., Timonen, H., Carbone, S., Kuuluvainen, H., Niemi, J. V., Kousa, A., Rönkkö, T., Worsnop, D., Hillamo, R., and Pirjola, L.: Investigating the chemical species in submicron particles emitted by city buses, Aerosol Science and Technology, -, 1./788.1.1199, 1. 1
Sensorien hyödyntäminen pienhiukkasmittauksissa? FMI-PAS sensori + Edullisuus, mahdollistaa sensoriverkostot + Pieni virrankulutus, mahdollista pyörittää aurinkokennon voimalla + Pienentää kynnystä ilmanlaadun monitorointiin kun aloituskustannukset eivät ole valtavat + Mahdollistaa paremman aika-ja paikkaresoluution mittauksiin + Helpottaa ilmanlaadun mallinnusta ja ennustamista tulevaisuudessa - Hiukkaskokoalue rajattu (optisille sensoreille alkaa n. 3nm) - Sensorit pitäisi kalibroida aina uudessa ympäristössä - Likaantuminen 15
Tulevaisuuden tarpeita Tarkempi kuva pienhiukkasten ajallisesta ja paikallisesta jakaumasta olisi tärkeä terveys-, ilmanlaatu- ja ilmastovaikutusten arviointiin Kuinka arvioida sekundäärihiukkasmuodostuksen lähteitä ja vaikutusta ilmanlaatuun? Kuinka muutokset teknologiassa (mm. katalyytit, pesurit) tai polttoaineissa vaikuttavat niiden päästöihin ja ilmanlaatuun? Kuinka asettaa päästörajat teknologian muuttuessa koko ajan? Jos liikenteen päästöt pienenevät, kasvaako lähilähteiden kuten puunpolton ja katupölyn vaikutus? Kiitos!1