Investigation of sources of atmospheric aerosol at urban environment  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
125086
Type PD
Principal investigator Angyal, Anikó
Title in Hungarian Légköri aeroszol forrásainak vizsgálata városi környezetben
Title in English Investigation of sources of atmospheric aerosol at urban environment
Keywords in Hungarian aeroszol szennyezetség, források azonosítása, részecske méret szerinti eloszlása
Keywords in English aerosol pollution, source apportionemnt, particle size distribution
Discipline
Meteorology, atmospheric physics and dynamics (Council of Complex Environmental Sciences)80 %
Ortelius classification: Meteorology
Physics (Council of Physical Sciences)10 %
Ortelius classification: Environmental physics
Analytical Chemistry (Council of Physical Sciences)10 %
Ortelius classification: Instrumental analysis
Panel Earth sciences 2
Department or equivalent Heritage science research group (HUN-REN Institute for Nuclear Research)
Participants Kertész, Zsófia
Starting date 2017-12-01
Closing date 2020-11-30
Funding (in million HUF) 15.219
FTE (full time equivalent) 2.40
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A légköri aeroszol részecske a levegőszennyezés egyik legkárosabb komponense sűrűn lakott városi környezetben. Az aeroszol részecskék hatásainak megértéséhez elengedhetetlen az aeroszol forrásainak, azok napi járulékainak és földrajzi eredetének azonosítása, amely nemcsak a kutatók, de a hatóságok számára is fontos feladat.

A források azonosítására alkalmazott tanulmányok receptor modelleket használva kvantitatív módon vizsgálják az egyes forrásokat. Ebben a munkában a szennyező források jellemzésére kétféle megközelítést tervezek alkalmazni: PMF modellszámításokat és a részecskeszám-méreteloszlásának vizsgálatát.

A posztdoktori projekt egyik fő feladata a légköri aeroszol forrásainak azonosítása a városi háttér állomáson történő mérések alapján. További cél, a finom és a durva frakciójú aeroszol forrásainak azonosítása, azok földrajzi eredetének ismerete, valamint helyi légszennyezettséghez való hozzájárulásának mértéke. További cél az aeroszol részecskeszám-méreteloszlásának, annak és az azonosított források járulékainak helyi meteorológiai paraméterektől, természeti folyamatoktól és emberi tevékenységektől való függésének vizsgálata.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Az aeroszol források meghatározása a gyakorlatban a szennyező források azonosításáról és járulékairól nyújt információt. A receptor modellek alapját tömegegyensúly analízissel és a receptor területek kémiai adatainak statisztikai kiértékelésével történő forrásazonosítás és felosztás adja.

A kutatás egyik kulcskérdése az, hogy hogyan hasonlítható össze az a két különböző módszer, amely a források tulajdonságainak vizsgálatára szolgál. A kétféle megközelítés együttes alkalmazásától azt feltételezem, hogy pontosabbá válik a káros források azonosítása városi környezetben.

Másrészről a receptor modellek nem nyújtanak elegendő információt a források tulajdonságairól, így a részecskeszám-méreteloszlás vizsgálatával pontosabb képet kaphatunk azokról. Továbbá a helyi meteorológiai paraméterek és a „Backward” trajektóriák alkalmazásával meghatározhatóak a helyi és a regionális receptor területek.

A kutatás kulcskérdései a következők:
- Melyek a hozzájáruló források a városi háttér állomáson?
- Milyen a források időfüggése rövid időskálán?
- Mi a fő járulék szmog epizód ideje alatt?
- Hogyan változik a részecskeszám eloszlás rövid időskálán?
- Melyek az egészségügyileg legkárosabb források?

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A szennyezett területek költséghatékony levegőminőség javítása magában foglalja a kibocsátó források azonosítását, az említett források mért hozzájárulásainak értelmezését, ezen belül elsősorban a kezelendő forrásokat, értékelni az eltérő kontrollálási lehetőségeket, megvalósítani és végrehajtani a legmegfelelőbb cselekvési terveket.

A posztdoktori projektem elsődleges célja a források azonosítása és azok tulajdonságainak vizsgálata városi háttérterületen. A finom és durva frakciójú források, azok járulékainak és a földrajzi eredetüknek meghatározása. A részecskék méret szerinti eloszlásának és a részecskeszám-méreteloszlásának egyidejű megfigyelése, valamint meteorológiai paraméterekkel történő összehasonlítása. Így tanulmányozható az aeroszol részecskék transzportja, transzformációja és az ahhoz kapcsolódó keveredési folyamatok.

A különböző módszerek kombinálása feltételezésem szerint a káros források pontos azonosításához vezet.

Célom egy egyedülálló adatbázis létrehozása, amely tartalmazza a finom és a durva frakció fő, mellék és nyomnyi összetevői mellett a feketeszén komponenst, továbbá a részecskeszám-méreteloszlásról kapott adatbázist, amely lehetőséget ad a legkárosabb források meghatározására.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A légköri aeroszol részecske a levegőszennyezés egyik legkárosabb komponense sűrűn lakott városi környezetben. Az aeroszol részecskék hatásainak megértéséhez elengedhetetlen az aeroszol forrásainak, azok napi járulékainak és földrajzi eredetének azonosítása, amely nemcsak a kutatók, de a hatóságok számára is fontos feladat.

A források azonosítására alkalmazott tanulmányok receptor modelleket használva kvantitatív módon vizsgálják az egyes forrásokat.

Az antropogén és természetes aeroszol megkülönböztetéséhez alapvető a részecskék méreteloszlásának és összetételének vizsgálata. A városi levegőminőségre nemcsak a helyi meteorológiai állapot van hatással, hanem a hosszú távú transzport is. Mindazonáltal a források azonosítása nem jól dokumentált számos kelet-európai városban. Számos toxikológiai és epidemiológiai vizsgálat kimutatta, hogy az ultrafinom részecskék nagy számkoncentrációja súlyos egészségügyi hatásokat okozhat.

A posztdoktori projektem elsődleges célja a források azonosítása és azok tulajdonságainak vizsgálata városi háttérterületen. További cél az aeroszol részecskeszám-méreteloszlásának, annak és az azonosított források járulékainak helyi meteorológiai paraméterektől, természeti folyamatoktól és emberi tevékenységektől való függésének vizsgálata.

Végezetül, a vizsgálatok során alkalmazott két megközelítés által kapott eredmények összehasonlítása és kombinálása, amely az egészségre káros források pontosabb azonosításához fog vezetni.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Atmospheric particle matter (APM) is one of the most hazardous components of the air pollution in densely populated urban environments. In order to understand the effect of APM, it is essential to identify aerosol sources, their diurnal contribution and their spatial origin which is a relevant task not only for researchers but for governmental agencies as well.

Source apportionment (SA) studies applied to quantify the effect of individual sources of air pollutant on the ambient concentration through receptor modelling.

In this work I will use two different approaches at the same time to characterize the aerosol pollution sources: PMF receptor model calculations and investigation of particle number distribution.

In my proposed postdoctoral project the main goal is to learn about source apportionment and properties of atmospheric particle matter sources in the urban background station in Hungary. Another goal of the project is to determine sources of PMcoarse and PMfine fraction along with their contribution and geographical origin. Further objectives are to examine the particle number distribution, to establish the dependence of source contribution and particle number distribution on local meteorological parameters, natural processes and human activities.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Source apportionment (SA) is the practice of deriving information about pollution sources and the amount they contribute to ambient air pollution levels. Receptor models rely on mass balance analysis and statistical evaluation of chemical data obtained at the receptor site.

One of the key question of this research is to see how comparable are the two different approaches applied in examining the properties of the sources. I assume that by combining different approaches the harmful source identification will prove to be accurate in urban environment.

On the other hand, receptor models alone cannot provide enough useful information about the source properties. Thus, particle number concentration and size distribution have to be investigated to get more precise information. Furthermore, local meteorological parameters and backward trajectories can be used to determine the local and geographical distribution.

The key questions of this part of proposed postdoctoral project are:
- What are the contributing sources of atmospheric aerosol pollution in an urban background receptor site?
- What is the time dependence of identified sources in a short time scale?
- What is the main contributor during smog episodes?
- How does particle number distribution change in a short time scale?
- From which sources do the health hazardous particles come from?

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
A cost-effect approach for improving air quality in polluted areas involves the following factors: identification of emission sources, interpreting the extent of the contribution of the sources on the ambient environment, prioritizing the sources, evaluation of various options for controlling the sources with regard to feasibility and economic viability, and creating and implementing an appropriate action plan.

In my proposed postdoctoral project the main goal is to learn about source apportionment and properties of atmospheric particle matter sources in the urban background. Sources of PMcoarse and PMfine fraction along with their contribution and geographical origin will be determined. Changes in particle size distribution and particle number concentration will be observed simultaneously.
The meteorological data (HR, T, wind) will be compared with a group of wide range results (aerosol size distribution and aerosol number concentration) which will help to study aerosol transport, transformation and mixing processes.

A comparison of difference approaches will be carried out and the combination of these methods will lead to the identification of harmful sources.

A large database including major, minor and trace components of the PMfine and PMcoarse fraction will be created, containing black carbon (BC) in fine fraction in Debrecen. Furthermore, several thousands of particle number distribution data will be observed to determine the sources which are the most harmful for human health.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Atmospheric particle matter (APM) is one of the most hazardous components of the air pollution in densely populated urban environments. In order to understand the effect of APM, it is essential to identify aerosol sources, their diurnal contribution and their spatial origin which is a relevant task not only for researchers but for governmental agencies as well.

Source apportionment (SA) studies applied to quantify the effect of individual sources of air pollutant on the ambient concentration through receptor modelling.

To distinguish between anthropogenic and natural APM is crucial in order to determine particle size distribution and its composition. Air quality in urban environments can be significantly influenced not only by local meteorological conditions, but also the long range transport process. Nevertheless, source apportionment is not well documented in numerous Eastern European cities. Several toxicological and epidemiological studies have indicated that high number concentration of ultrafine particles may cause serious health effects.

In my proposed postdoctoral project the main goal is to learn about source apportionment and properties of atmospheric particle matter sources in the urban background. Further objectives are to examine the particle number distribution, to establish the dependence of source contribution and particle number distribution on local meteorological parameters, natural processes and human activities.

Finally, I will apply different approaches in order to compare and combine their result, which will lead to a more accurate identification of harmful sources.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Posztdoktori ösztöndíjam során több mintavételi kampányt folytattam 2017 és 2020 között. Vizsgáltam a néhány órás időfeloldással gyűjtött aeroszol minták elemi összetevőinek időbeli változásait, egymással való korrelációját, valamint a részecskeszám-méreteloszlást. Továbbá megállapítottam a városi aeroszol forrásait, azok hozzájárulásainak a meteorológiai paraméterektől (szélirány, szélsebesség), valamint a trajektóriáktól való függését, hogy képet kapjak a lokális, a regionális és a hosszútávú járulékokról egyaránt. Munkám során létrejött egy egyedülálló adatbázis Magyarországon, amely alapját képezi egy komplexebb forrásazonosításnak. Részt vettem a FAIRMODE európai együttműködésben, amely a levegőminőségi modellek harmonizálására jött létre. A városi szálló por fő forrásait tekintve, a biomassza égetés, a közlekedés és a talaj elsősorban lokális eredetűnek tekinthető, míg a szulfát tartalmú aeroszol részecskék mind helyi, mind regionális járulékok. Kimutattam, hogy a fűtési időszakban, a kedvezőtlen meteorológia körülményeknek köszönhetően egyes források járuléka jelentősen megnő a városi levegőben, ami szmog kialakulásához vezet. Mindemellett beltéri aeroszol méréseink során megállapítottuk, hogy az egyes épületekbe és közlekedési eszközökön milyen mértékben szivárog be a külső levegő és ezt hasonlítottuk össze az általam vizsgált aeroszol terhelés mértékével.
Results in English
In the frame of my postdoctoral project, several sampling campaigns were carried out in the period of 2017-2020. I investigated the hourly evolution of elemental composition, the correlation between the elements as well as the particle number size distribution. Furthermore, I identified the urban aerosol sources and how their contributions depend on meteorological parameters (for instance wind speed and wind direction) and trajectories in order to get information about the local, the regional and the long range transport processes. During my work, a unique database was created in Hungary, which serves as basis for a more complex source identification. In addition, I participated in a European cooperation (FAIRMODE), which aims at harmonizing air quality models. Among the main urban aerosol sources, biomass burning, traffic and soil could be derived from local origins while sulphate-containing aerosol particles are both local and regional contributors. Due to the unfavourable meteorological conditions, the contribution of some sources increased significantly in urban air during the heating season, which can lead to the formation of smog. In addition, during our indoor aerosol measurements, we determined the extent to which outside air leaks into individual buildings and vehicles and compared this with the aerosol exposure I examined.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=125086
Decision
Yes





 

List of publications

  
A.Angyal, E. Furu, E. Papp, Zs. Török, Z. Szikszai, Zs. Kertész: Identification of Urban Aerosol Sources During Heating Seasons in Debrecen, Hungary, EAC, 2019
Belis C.A., Pernigotti D., Pirovano G., Favez O., Jaffrezo J.L., Kuenen J., Denier van Der Gon H., Reizer M., Riffault V., Alleman L.Y., Almeida M., Amato F., Angyal A., Argyropoulos G., Bande S., Beslic I., Besombes J.-L., Bove M.C., Brotto P., Calori G., Cesari D., Colombi C., Contini D., De Gennaro G., Di Gilio A., Diapouli E., El Haddad I., Elbern H., Eleftheriadis K., Ferreira J., Vivanco M. Garcia, Gilardoni S., Golly B., Hellebust S., Hopke P.K., Izadmanesh Y., Jorquera H., Krajsek K., Kranenburg R., Lazzeri P., Lenartz F., Lucarelli F., Maciejewska K., Manders A., Manousakas M., Masiol M., Mircea M., Mooibroek D., Nava S., Oliveira D., Paglione M., Pandolfi M., Perrone M., Petralia E., Pietrodangelo A., Pillon S., Pokorna P., Prati P., Salameh D., Samara C., Samek L., Saraga D., Sauvage S., Schaap M., Scotto F., Sega K., Siour G., Tauler R., Valli G., Vecchi R., Venturini E., Vestenius M., Waked A., Yubero E.: Evaluation of receptor and chemical transport models for PM10 source apportionment, ATMOSPHERIC ENVIRONMENT: X 5: 100053, 2020
Papp E., Nagy D., Szoboszlai Z., Angyal A., Török Zs., Csepregi Á., Furu E., Kertész Zs.: Investigation of aerosol pollution inside trams in Debrecen, Hungary, NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION B-BEAM INTERACTIONS WITH MATERIALS AND ATOMS 477: pp. 138-143., 2020
Thunis P, Clappier A, Pirovano G, Pisoni E, Guerreiro C, Monteiro A, Dupont H, Riffaut V, Waersted E, Hellebust S, Stocker J, Gilardoni S, Eriksson A, Angyal A, Bonafe G, Montanari F, Matejovica J, Bartzis J: Source apportionment to support air quality management practices, European Commission, Office for Official Publications of the European Union, 2020
Angyal Anikó, Furu Enikő, Papp Enikő, Török Zsófia, Szikszai Zita, Kertész Zsófia: Identification of Urban Aerosol Sources During Heating Seasons in Debrecen, Hungary, , 2019
Angyal Anikó, Furu Enikő, Papp Enikő, Török Zsófia, Szikszai Zita, Kertész Zsófia: Helyi forrásokból, hosszú- és rövidtávú transzportból származó aeroszol azonosítása, In: Czitrovszky, Aladár; Kugler, Szilvia; Nagy, Attila Tibor; Veres, Miklós (szerk.) A XIV. Magyar Aeroszol Konferencia előadásainak kivonata, WIGNER FIZIKAI KUTATÓKÖZPONT (2019) pp. 33-34., 2019
Kertész Zsófia, Szoboszlai Zoltán, Major István, Varga Tamás, Angyal Anikó, Török Zsófia, Papp Enikő, Molnár Mihály: Légköri aeroszol szennyezés vizsgálata szmog epizód alatt méreteloszlás, radiokarbon és PIXE analízis alapján, , 2019
Kertész Zsófia, Szoboszlai Zoltán, Major István, Varga Tamás, Angyal Anikó, Török Zsófia, Papp Enikő, Molnár Mihály: Légköri aeroszol szennyezés vizsgálata szmog epizód alatt méreteloszlás, radiokarbon és PIXE analízis alapján, In: Czitrovszky, Aladár; Kugler, Szilvia; Nagy, Attila Tibor; Veres, Miklós (szerk.) A XIV. Magyar Aeroszol Konferencia előadásainak kivonata, WIGNER FIZIKAI KUTATÓKÖZPONT (2019) pp. 88-90., 2019
Papp Enikő, Nagy Diána, Szoboszlai Zoltán, Angyal Anikó, Török Zsófia, Csepregi Ákos, Furu Enikő, Kertész Zsófia: Légköri aeroszol szennyezettség vizsgálata a debreceni villamosokon, In: Czitrovszky, Aladár; Kugler, Szilvia; Nagy, Attila Tibor; Veres, Miklós (szerk.) A XIV. Magyar Aeroszol Konferencia előadásainak kivonata, WIGNER FIZIKAI KUTATÓKÖZPONT (2019) pp. 91-92., 2019
Papp Enikő, Nagy Diána, Szoboszlai Zoltán, Angyal Anikó, Török Zsófia, Csepregi Ákos, Furu Enikő, Kertész Zsófia: Légköri aeroszol szennyezettség vizsgálata a debreceni villamosokon, , 2019
Török Zsófia, Angyal Anikó, Furu Enikő, Papp Enikő, Borbélyné Kiss Ildikó, Kertész Zsófia: Szulfát tartalmú aeroszol részecskék forrásai Debrecenben, In: Czitrovszky, Aladár; Kugler, Szilvia; Nagy, Attila Tibor; Veres, Miklós (szerk.) A XIV. Magyar Aeroszol Konferencia előadásainak kivonata, WIGNER FIZIKAI KUTATÓKÖZPONT (2019) pp. 74-75., 2019
Török Zsófia, Angyal Anikó, Furu Enikő, Papp Enikő, Rostislav Kouznetsov, Mikhail Sofiev, Kertész Zsófia: Long-range Transport of Fine Aerosol Particles in Debrecen, Hungary, , 2019
Török Zsófia, Angyal Anikó, Furu Enikő, Papp Enikő, Rostislav Kouznetsov, Mikhail Sofiev, Kertész Zsófia: Long-range transport of aerosol particles (PM2.5 and sulphur) in Debrecen, Hungary, , 2019
Szirtesi K, Angyal A, Szoboszlai Z, Furu E, Török Z, Igaz T, Kertész Z: Airborne particulate matter: An investigation of buildings with passive house technology in Hungary, AEROSOL AND AIR QUALITY RESEARCH 18: (5) pp. 1282-1293., 2018
C.A. Belis,, D. Pernigotti, G. Pirovano, O. Favez, J.L. Jaffrezo, J. Kuenen, H. Denier van Der Gon, M. Reizer, V. Riffault, L.Y. Alleman, M. Almeida, F. Amato, A. Angyal, G. Argyropoulos, S. Bande, I. Beslic, J.-L. Besombes, M.C. Bove, P. Brotto, G. Calori, D. Cesari, C. Colombi, D. Contini, G. De Gennaro, A. Di Gilio, E. Diapouli, I. El Haddad, H. Elbern, K. Eleftheriadis, J. Ferreira, M. Garcia Vivanco, S. Gilardoni, B. Golly, S. Hellebust, P.K. Hopke, Y. Izadmanesh, H. Jorquera, K. Krajsek, R. Kranenburg, P. Lazzeri, F. Lenartz, F. Lucarelli, K. Maciejewska, A. Manders, M. Manousakas, M. Masiol, M. Mircea, D. Mooibroek, S. Nava, D. Oliveira, M. Paglione, M. Pandolfi, M. Perrone, E. Petralia, A. Pietrodangelo, S. Pillon, P. Pokorna, P. Prati, D. Salameh, C. Samarak L. Samek, D. Saraga, S. Sauvage, M. Schaap, F. Scotto, K. Sega, G. Siour, R. Tauler, G. Valli, R. Vecchi, E. Venturini, M. Vestenius, A. Waked, E. Yubero: Evaluation of receptor and chemical transport models for PM10 source apportionment, Atmospheric Environment, 2020
E.Papp, , D.Nagy, Z.Szoboszlai, A.Angyal, , Zs.Török, Á.Csepregi, E.Furu, Zs.Kertész: Investigation of aerosol pollution inside trams in Debrecen, Hungary, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 2019
Krisztina Szirtesi, Anikó Angyal, Zoltán Szoboszlai, Enikő Furu, Zsófia Török, Titusz Igaz, Zsófia Kertész: Airborne Particulate Matter: An Investigation of Buildings with Passive House Technology in Hungary, Aerosol and Air Quality Research, 2018



Back »