Upplägg. Vad är trajektorier? Kort om trajektorier. Exempel på användning av trajektorier i exponeringsstudier. Peter Molnár och Sandra Johannesson

Transkript

1 Påverkan av långdistanstransporterade luftmassor med olika trajektorier på lokalt uppmätta partikelhalter pplägg Kort om trajektorier Peter Molnár och Sandra Johannesson Arbets- och miljömedicin, Sahlgrenska universitetssjukhuset och akademi vid Göteborgs universitet Exempel på användning av trajektorier i exponeringsstudier Resultat från Göteborg och Hagfors Exempel från Boston (Park et al., 2007) Sammanfattning 1 2 Vad är trajektorier? Definition: En trajektoria är den tidsintegrerade positionen av ett luftpaket som transporteras av vinden. Luftpaketets transport beräknas som medelvärdet av de 3-dimensionella hastighetsvektorerna för initialpositionen P(t) och första ansatspositionen P (t+dt) Vektorerna interpoleras både i tid och rymd 3 4 1

2 Principen för hur luftmassans väg beräknas Vilka föroreningar och hur höga koncentrationer som uppmäts påverkas av luftmassans väg Start: P(t= 0) P(t-dt) = P(t) [ V(P,t) + V(P',t-dt) ] dt för t= -4 t= -8 Lagrangian dispersion model: dc/dt = [källor] + [sänkor] + [diffusion, kemisk omvandling mm] t= -24 t= -12 t= -20 t= Göteborg HYSPLIT Cirklarna representerar den tid det tar för ett luftpaket att nå Göteborg vid en medelvindhastighet av 5 m s -1 och en vindriktning radiellt mot Göteborg. HYSPLIT = HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory model 7 NOAA = National Oceanic and Atmospheric Administration 8 2

3 Exempel från Göteborg och Hagfors Göteborg: fina partiklar mättes hos 30 invånare: personburet, inomhus, utanför bostaden och i urban bakgrund. Karakterisera exponeringen av fina partiklar Beskriva relationerna mellan personlig exponering och de andra mätningarna ndersöka påverkan av långdistanstransport på uppmätta koncentrationer Johannesson, S., Gustafson, P., Molnar, P., Barregard, L. and Sallsten, G., Exposure to fine particles ( and PM1) and black smoke in the general population: personal, indoor, and outdoor levels. J Expos Sci Environ Epidemiol. Molnár, P., Johannesson, S., Boman, J., Barregard, L. and Sallsten, G., Personal exposures and indoor, residential outdoor, and urban background levels of fine particle trace elements in the general population. J Environ Monit, 8(5): Hagfors: Skillnader i halter av fina partiklar mellan hushåll med vedeldning och en referensgrupp undersöktes. Även här mättes personburet och inomhus, samt i en centralt belägen punkt utomhus i området. Betydelsen av luftmassornas ursprung Gustafson, P., Barregard, L., Strandberg, B. and Sallsten, G., The impact of domestic wood burning on personal, indoor and outdoor levels of 1,3-butadiene, benzene, formaldehyde and acetaldehyde. Journal of Environmental Monitoring, 9(1): Molnár, P., Gustafson, P., Johannesson, S., Boman, J., Barregard, L. and Sallsten, G., Domestic wood burning and trace elements: Personal exposures, indoor and outdoor levels. Atmospheric Environment, 39(14): Insamling Personlig exponering & Inomhusmätningar GK2.05 (KTL) cyklon kopplad till en BGI 400S personal sampling pump rban bakgrund PQ100 EPA-WINS Basel sampler 24 timmars insamling på Teflon filter (Pall Teflo, R2PJ037 and R2PJ047 ) Analytiska tekniker CAHN C-30 microbalance Masskoncentration EEL 43 smoke stain reflectometer Black smoke (BS) Energy-dispersive X-ray fluorescence (EDXRF) spectrometer Kan analysera grundämnen från Si upp till Grundämnen som undersöktes i projektet: S, Cl, K, Ca, Ti, V, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Br och Pb

4 Trajektorieberäkningar Trajektorieklasserna i Göteborg NOAA ARL HYSPLIT Model* 96 h bakåt-trajektorier beräknades Vid starttid, 6, 12, 18 och 24 h senare Starthöjd 100, 200 och 500 m över marknivå Kriterier för klassifikation Alla trajektorier under ett mätdygn måste ha huvuddelen av dess väg tillhörande samma klass Trajectory class # days K 11 Non classified 5 K *Draxler, R.R., Rolph, G.D HYSPLIT (HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory) Model. NOAA Air Resources Laboratory, Silver Spring, MD Medelkoncentration för urban bakgrund i Göteborg K ,1 5,0 11,2 BS S Br Enheter: µg m -3, BS 10-5 m -1, grundämnen ng m -3 Cl V Ni Pb Påverkan av trajektorier på uppmätta nivåer av partiklar och black smoke (µg/m 3 ) K BS 2.5 (10-5 m -1 ) K tanför bostad (>N+M) (>N) (>M) (>M) rban bakgrund (mediankoncentrationer) (>N+M) (>N) (>M+K) Ingen statistiskt signifikant inverkan på personlig exponering eller inomhushalter! 17 Wilcoxons rangsummetest användes. Statistisk signifikans för p<0.05 i dubbelsidiga test. 18 4

5 Statistiskt signifikanta skillnader mellan par av trajektorieklasser Statistiskt signifikanta skillnader mellan par av trajektorieklasser Göteborg: urban bakgrund Trajektorier S Cl V Ni Br vs vs vs K vs vs K vs K Pb Göteborg: urban bakgrund inomhusnivåer och personlig exponering Trajektorier vs vs vs K vs vs K vs K S +I +P Cl +I P V +P +I+P Ni +I Br Pb +I+P +P = rban bakgrund P= Personlig exponering I= Inomhusnivåer Wilcoxons rangsummetest användes. Statistisk signifikans för p<0.05 i dubbelsidiga test. = rban bakgrund P= Personlig exponering I= Inomhusnivåer Wilcoxons rangsummetest användes. Statistisk signifikans för p<0.05 i dubbelsidiga test Vedeldning i Hagfors: Varför ser vi ingen effekt av vedeldningen på svavel? Vedeldare Referensgrupp Median Min-Max Median Min-Max Personburet Personburet BS S p-value Trajektorieklasserna i Hagfors Atlantic air Medelkoncentration utomhus = 6.5 µg/m 3 S = 290 ng/m 3 Eastern/Central European air Medelkoncentration utomhus = 22 µg/m 3 S = 3700 ng/m 3 BS S Inomhus Inomhus tomhus 10 BS 0.92 S

6 Source location of air pollution and cardiac autonomic function: Trajectory cluster analysis for exposure assessment PARK, O NEILL, STNDER, VOKONAS, SPARROW, KOTRAKIS AND SCHWARTZ Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology (2007) 17, Halterna av, BC, och SO 4 2- samt vissa gaser samlades in de dagar försökspersonernas hjärtfrekvensvariabilitet undersöktes. Trajektorier beräknades för dessa dagar. Ändrades sambandet mellan uppmätta luftföroreningar och hjärtfrekvensvariabilitet (HRV) för olika trajektorieklasser? Visar trajektorieklasserna själva (utan hänsyn till luftföroreningsmätningar) olika samband med hjärtfrekvensvariabilitet? Författarnas slutsats avseende trajektorier: The use of the trajectory clustering approach for exposure assignment provides complementary information to the individual pollutant analysis in air pollution epidemiology. Sammanfattning Halterna av och BS utomhus påverkades tydligt av långdistanstransport (i Göteborg) För ett flertal grundämnen påverkades även den personliga exponeringen och nivåerna inomhus (tex. S, Cl, V, Ni och Pb) Inga skillnader pga. luftmassornas ursprung sågs för grundämnen som kommer från jordskorpan (tex. Ca och Fe) Förväntat samband mellan vedeldning och svavel hittades inte pga. kraftiga variationer i utomhusluften som överskuggade vedeldningens bidrag inomhus och personburet Slutsatser Trajektorieanalys kan hjälpa till att förklara variationer i lokalt uppmätta nivåer av luftföroreningar (lokala och regionala bidrag) Information om luftmassornas ursprung kan användas i epidemiologiska studier och kan bidra till ökad förståelse av sambandet mellan luftföroreningar och hälsoeffekter 25 6