Az aeroszolok sötét oldala /nem csak a méret számít/

Az SZTE Kutatóegyetemi Kiválósági Központ tudásbázisának kiszélesítése és hosszú távú szakmai fenntarthatóságának megalapozása

a kiváló tudományos utánpótlás biztosításával”

TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0012 projekt

Az aeroszolok sötét oldala /nem csak a méret számít/

Ajtai Tibor

SZTE TTIK Optikai és Kvantumelektronikai Tanszék Környezettudományi Nyári Iskola

Aggtelek, 2012. július 10.

Energiamérleg/sugárzásos egyensúly

6000K 300K

E

E

Stefan-Boltzman törvény: F=σT⁴

Wien-féle eltolódási törvény

Energiamérleg/sugárzásos egyensúly

A Földet tökéletes fekete testnek, légkörét pedig nem létezőnek tekintve

0

) 0

1

(   I  T

4 1

0 0

1 ^



 



   I

T 



) 18

( ⁰C K

T₀  255

Figyelembe véve a légköri sajátosságokat

4 4

0 (1 )

) 1

(   I   b_abs  T _f  T_a

A légkör tetején

A Földfelszín közelében

4 4

) 0

1

(   I  T_a  T _f

Energiamérleg/sugárzásos egyensúly

0 4 1

2

2 T

b T

abs

f 









 

 0 babs

Ha akkor ⁰

T T _f 

 1

babs T _f  2^{1 4}T₀ K

T _f  303 (30 ⁰C )

Ha figyelembe vesszük a látens hőt és a konvektív energiatranszport járulékát

K

T _f  289 (16 ⁰C )

Légköri korom részecskék jelentősége

 Sugárzásos egyensúlyra gyakorolt hatás

 Láthatóságra/látótávolságra gyakorolt hatás

 Egészségügyi hatás

N₂ ~ 80%

O₂ ~ 20%

H₂O ~ - CO₂ ~ O₃ ~

~ -

~ 2%

~ 60%

~ 25%

~ 8%

Relatív koncentráció Relatív hozzájárulás a sugárzásos egyensúlyhoz

SSA ~ 1

 Nitrát, Szulfát aeroszol

SSA ~ 0.6-1

 Ásványi porok

 Korom aeroszol

Fekete korom

Barna korom

Szórás, abszorpció, extinkció, SSA

Szórás, abszorpció, extinkció, SSA



 



 



 





 ⁿ

i abs i abs i abs i abs i

abs n NV n r

1

, 3

, ,

, 3

) 4

(   







   





 





 

 ^{0 ,0 3 0 ,0}

3

4 abs

abs

abs NV N r



 



 



    ₄ ^,0

4 3 0 4

,0 4

0

3 4





 





 

 _sca NV ^sca N r ^abs



 



 





 



 



 





 ⁿ

i sca i sca i sca i sca i

sca n NV N r

1 ,

6 2

, 2

, 2

2

, 3

) 4 (

)

(     



abs sca

sca





 

 

sca abs

ext  

  

Koherens folyamat Inkoherens folyamat

Szórás, abszorpció, extinkció, SSA

Szórás, abszorpció, extinkció, SSA

Nem csak a méret számít!



 ₂³

3

1 3

4 3

4 r r

N 

3 2 3

1 r

Nr 

3

1 2 







  r N r

nm r₁  10

m r₂  1

10 6

 N

Egészségügyi hatás

Vibrio fischeri baktérium biolumineszencia-gátlásán alapuló vizsgálat Toxikus hatás → változás celluláris szerkezetben és funkcióban →

fénykibocsátás csökkenése (luminométer) Biolumineszencia ↔ légzés hatásfoka

Jelzi az anyagcsere folyamatok működését

Összehasonlíthatóság élő szervezeteken végzett toxicitás tesztekkel (hal fajok vagy egér)

EC50 (Effective Concentration): aeroszol részecskék azon tömege, mely 50 %-os gátlást okoz a teszt szervezet fénykibocsátásában a

kontrolhoz viszonyítva (adott mintaelőkészítési és vizsgálati körülmények mellett)

mértékegysége: µg (aeroszol tömege)

Alacsonyabb érték (EC50) jelez magasabb ökotoxikológiai hatást

Egészségügyi hatás

1 10 100

EC 50 [µg]

Reszuszpendált por Nyári városi aeroszol Téli városi aeroszol Dízel aeroszol

(személyautó) Cigarettafüst Biomasszaégetés Dízel aeroszol (busz) 60,76±29,14

24,09±5,21

10,36±8,95 3,38±1,39

1,71±0,68

EURO 3 EURO 2

EURO 1 EURO 0

7,85 2,87 1,2 EURO 4*

+

Műszerfejlesztés Laboratóriumi alkalmazásLégköri alkalmazás

Látótávolság/láthatóság

7,6 μg/m3

12 μg/m3

21,7 μg/m3

65,3 μg/m3

Műszerfejlesztés Laboratóriumi alkalmazásLégköri alkalmazás

Látótávolság/láthatóság

B B

L L L

C 

 ⁰ )

0

( ^{ Lo}: a tárgy lunineszencia értéke

 L_b: a háttér luminesszencia értéke

(A látótávolságot a kontraszt előjele nem, csak a nagysága befolyásolja)

Tiszta égbolt esetén a kontraszt

Szennyezett égbolt esetén a kontraszt (látszólagos kontraszt)

, B

, ,

, 0

) (

L L L

x

C  ^B



Az a távolság (V), ahol a látszólagos kontraszt (C^,(x)) elér egy küszöbértéket (ε)a látótávolság

Műszerfejlesztés Laboratóriumi alkalmazásLégköri alkalmazás

Látótávolság/láthatóság

x I x

L b

L _ext   _s 

   

A fénygyengülés mértéke, amely magába foglalja a szórást és az abszorpciót is.

A megfigyelő és a tárgy közötti térrészbe az aeroszolok által visszaszórt fény hatása.

) 1

0 (

,

0 e b x

b k e b

L

L _ext

ext bx sca







 ^

x b

ext H

sca

ext H

sca x

e ext

b L

b

b L

b

C L  ^

 ₀ ( )

,







 

 1 1

1 ln ₀

sca H

ext

ext L b

b L b

V  b_E/b_S = L₀/L_H V ~ 0 !!!!

Kontraszt ás a látótávolság

Műszerfejlesztés Laboratóriumi alkalmazásLégköri alkalmazás

Látótávolság/láthatóság

Koscmieder formula

L_o=0 és ε=0.002

ext ext

M b b

V 3.912

50 1 ln





x b x

e ext

C ^,  ^

Műszerfejlesztés Laboratóriumi alkalmazásLégköri alkalmazás

Látótávolság/láthatóság

Műszerfejlesztés Laboratóriumi alkalmazásLégköri alkalmazás

Látótávolság/láthatóság

Műszerfejlesztés Laboratóriumi alkalmazásLégköri alkalmazás

Aeroszolok sötét oldala/nem a méret számít

Jelen kutatási eredmények megjelenését „Az SZTE Kutatóegyetemi Kiválósági Központ tudásbázisának kiszélesítése és hosszú távú szakmai fenntarthatóságának

megalapozása a kiváló tudományos utánpótlás biztosításával” című, TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0012 azonosítószámú projekt támogatja.

A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

Köszönöm a figyelmet!