partiklar stora som små opsis användarmöte göteborg 7/10 2004

71
Partiklar stora som små OPSIS Användarmöte Göteborg 7/10 2004 Erik Swietlicki Professor Avdelningen för Kärnfysik Lunds Tekniska Högskola Box 118, 21100 Lund e-post: [email protected]

Upload: mahsa

Post on 13-Jan-2016

42 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Partiklar stora som små OPSIS Användarmöte Göteborg 7/10 2004. Erik Swietlicki Professor Avdelningen för Kärnfysik Lunds Tekniska Högskola Box 118, 21100 Lund e-post: [email protected]. Atmosfäriska aerosoler– Negativa effekter. Människors hälsa PM2.5/PM10 - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Partiklar stora som småOPSIS AnvändarmöteGöteborg 7/10 2004

Erik Swietlicki

Professor

Avdelningen för KärnfysikLunds Tekniska HögskolaBox 118, 21100 Lunde-post: [email protected]

Page 2: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Atmosfäriska aerosoler– Negativa effekter

Människors hälsa PM2.5/PM10 Cancerogena ämnen

Klimat Direkt effekt (ljusspridning) Indirekt effekt (moln)

Försurning Långdistanstransport

Toxiska substanser Tungmetaller,

organiska miljögifter

Page 3: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

FNs klimatpanel för klimatförändrigar (IPCC) The Global Mean Radiative Forcing of the Climate

System 1750 till 2000

Str

åln

ing

sförä

nd

rin

g (

W/m

2)

Avky

lnin

g

Up

pvärm

nin

g

Nuvarande kunskapsnivå

Freoner

Växthusgaser

---------------Mycket låg ------------LågHög Medium

Aerosolpartiklar

Partiklar Moln

Page 4: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

WHO - WHO - Hälsoriskbedömning för PM10

Page 5: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Partiklar - Hälsoeffekter

• WHO uppskattar att exponering för fina partiklar (PM2.5) i utomhusluften leder till cirka 100 000 extra dödsfall (och 725 000 förlorade levnadsår) årligen i Europa.

WHO, World Health Report 2002, Geneva.

Page 6: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Viktigaste luftföroreningarna ur hälsosynpunkt

• Partiklar, PM10 Finns norm (fr 2005)• Ozon, O3 Mål• Kvävedioxid, NO2 Finns norm (fr 2006)• Bensen, C6H6 Finns norm (fr 2010)• Benso[a]pyren, BaP Förslag• PAH Förslag• Tungmetaller (Cd, Pb, Cu, Hg, As, Cr) Förslag (Pb norm)• Flyktiga kolväten, VOC Mål för utsläppen • Kolmonoxid, CO Finns norm• Svaveldioxid, SO2 Finns norm

Page 7: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Halter - Miljökvalitetsnormer• PM10 Stort problem på många platser - Oförändrade

• Långdistanstransport

• Lokalt genererade slitagepartiklar (trafik)

• Lokal vedeldning

• NO2 Överskridanden på vissa platser – sjunkande(?)• Lokal vägtrafik (avgaser)

• Inget problem 2010

• Bensen Troligen inget problem(?) - sjunkande• Vägtrafik

• Vedeldning

• Benso[a]pyren Begränsat problem(?) - sjunkande• Vägtrafik, avgaser

• Vedeldning

• Industrier

Page 8: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

PartiklarStorleksfördelningar

Page 9: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Grova partiklarFina partiklar

Heta ångor, gaser Mekaniskt genererade

Kondensation

Nukleering

Nukleeringsmod Ackumuleringsmod Grovmod

Koagulering

Partikeldiameter (µm)

Partiklarna fördelar sig på olika ”moder”

Page 10: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Aitkenmode

Accumulation mode

Coarse Particles

0.001 0.01 0.1 1 10 100

Particle Diameter ( m)

Sedimentation

Rainoutand

Washout

Wind blown dust+

Emissions+

Sea spray+

Volcanoes+

Plant ParticlesCoagulation

Condensation nuclei

Agglomerates

DropletsCoagu-lation

Primaryparticles

Homogenous nucleationand condensation

Hot vapoursLow volatility gases

Gas phase chemical reactions

Coagu-lation

Nucleationmode

Activation

Condensation

Diffusion

Page 11: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

StorleksfördelningarSamma partikelfördelning –

Olika sätt att presentera data Antalet partiklar

Partiklarnas yta

Partiklarnas volym

eller massa

Partikeldiameter (µm)

Page 12: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Partiklar - Antalsfördelning

Linjär skalaLogaritmisk skala

Partikeldiameter Dp (µm)Partikeldiameter Dp (µm)

Page 13: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Volym och massfördelningar

Olika kontinentala miljöer Urban miljö

Jordflykt

Bakgrund

Urbanpåverkan

Urban påverkan

Nära större väg

Partikeldiameter Dp (µm)Partikeldiameter Dp (µm)

Page 14: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Fina partiklar – Många och farliga?Grova partiklar – Få men mycket massa

PM ingen enhetlig sammansättning

Vad är farligt med PM?

(massa, antal, yta?)

Hur bör PM övervakas och begränsas?

Page 15: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Partikeldiameter

Svårt både att mäta och beskriva en partikels form och storlek

Storlek anges istället som ekvivalent diameter

d?

d?

Page 16: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Partikeldiameter

• Aerodynamisk ekvivalent diameterDiametern på den sfär med densiteten 1g/cm3 som har samma sedimentations-hastighet som partikeln ifråga.

• Stokes ekvivalent diameterDiametern på den sfär som har samma sedimentationshastighet och densitet som partikeln ifråga.

Page 17: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Ekvivalent PartikeldiameterUtgår från sedimentationshastigheten

Volymekvivalentdiameter

Formfaktor = 1.36de = 5.0 µmrp = 4 g/cm3

Stokesekvivalenta

sfärds = 4.3 µmrp = 4 g/cm3

Aerodynamisktekvivalent

sfärdae = 8.6 µmrp = 1 g/cm3

vTS=0.22 cm/s vTS=0.22 cm/svTS=0.22 cm/s

Page 18: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Exempel på oregelbundna partiklar

Fotogenlampa (sotagglomerat) Partiklar fråm slitage av bildäck

TEM-bilder

Page 19: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Partikelavskiljning - olika konventioner

IPM: Inhalerbar partikelfraktion (andel som kan inandas genom näsa eller mun)TPM: Lungpartikelfraktion (eng. thoracic; andel som kan passera svalget)RPM: Respirabel partikelfraktion (andel som kan nå lungblåsorna)

PM10

PM2.5

Page 20: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Partiklar i finmoden Partiklar i grovmoden

Aerodynamisk partikeldiameter Dae (µm)

Page 21: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

PM10 Sammansättning - Europa PM10 Sammansättning - Europa

Putaud et al., 2003 (http://ccu.ei.jrc.it/ccu/)

Jämförelse: Gravimetrisk PM10-massa (referensmetod) – Summan av kemiskt bestämda komponenter

Page 22: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

PM2.5 Sammansättning - Europa PM2.5 Sammansättning - Europa

Putaud et al., 2003 (http://ccu.ei.jrc.it/ccu/)

Jämförelse: Gravimetrisk PM2.5-massa – Summan av kemiskt bestämda komponenter

Page 23: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Grovmod sammansättning - Europa Grovmod sammansättning - Europa PM10-PM2.5PM10-PM2.5

Putaud et al., 2003 (http://ccu.ei.jrc.it/ccu/)

Page 24: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Partikel-bundet vatten som borde avlägsnas

Lättflyktiga föreningar som borde vara kvar

Aerodynamisk diameter (µm)

Lättflyktiga föreningar som kan försvinna under eller efter provtagning

Sot eller “elementärt kol”

Organiskt kol

Page 25: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Felkällor vid aerosolmätning

Ursprunglig aerosol

Provtagnings-effektivitet

Interna förluster

Sensorns respons

Databearbetning

Aerosol-provtagare

234 cm-3

Page 26: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Standarder för mätning av PM Befintliga och kommande

• US EPA & National standards

• EN12341 PM10 Std. (1996)

• 2nd Daughter Directive

• CAFE (Clean Air For Europe)

• EN 14907 PM2.5 Std. (April 2004)

• Dotterdirektiv for tungmetaller och PAH (Cd, Pb, Cu, Hg, As, Cr)

Page 27: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

USA och EuropaKrav på konditionering av filter vid vägning för

bestämning av PM-halter

Page 28: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Föreslagen PM2.5 mätstandard EN 14907Viktiga skillnader gentemot PM10-standard

• Provtagningsflöde: 2.3 eller 30 m3/timme.• Måste provta vid omgivningstemperatur (+/-5°C).• Filter måste tas ur provtagaren inom 4 timmar efter

avslutad provtagning eller….• filter hålls vid < 20°C efter provtagningen.• Vågen måste ha en nogrannhet och precision på

bätttre än 10 µg.• Samma krav på konditionering (temp, fuktighet)

men strängare Q.A. (t.ex. upprepning av vägning inom 24-48 timmar)

– EN12341 PM10 och EN14907 PM2.5 kräver båda 50% r.f. och 20°C

• Ny procedur för godkännande av ekvivalenta mätmetoder.

Page 29: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Våta och torra PM storleksfördelningar(Pittsburgh Air Quality Study, PAQS, Pandis et al.)

101

102

103

0

5000

10000

15000

101

102

103

0

5

10

15x 10

10

Diameter, nm

NUMBER

VOLUME

Torr, 20% r.f.

Våt, 68% r.f.

Volymökning p.g.a. vatten

Partikelbundet vatten =

w(Vwet-Vdry)

Page 30: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

July

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 20 40 60 80 100

RHwet, %

V w

et /

V d

ry

Våta partiklar vid r.f. < 60%Våta partiklar vid r.f. < 60%

Partikelbundet vatten, juli 2001Partikelbundet vatten, juli 2001(Pittsburgh Air Quality Study, PAQS, Pandis et al.)

Page 31: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

PM2.5 SammansättningPittsburgh, USA, Juli 2001

Spyros Pandis m.fl.

0

10

20

30

40

50

60

WaterCrustal

NO3

SO4

NH4

EC

OC*1.8

FRM

PM

2.5

(g

m-3)

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31

Datum (Juli 2001)

Vatten kan utgöra en stor del av PM2.5.

Referensmetod (gravimetrisk)

Vatten

Page 32: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Forsdala, Lycksele – Partikelmätningar 2002

Hygroskopiska egenskaper (TDMA)Partikelstorleksfördelningar (DMPS)Elementsammansättning (SAM) (filter fin-, grovfraktion, PIXE)

Kemisk sammansättning (Hi-Vol PM10)Partikelmassa (TEOM)(PM10 / PM2.5)

Huvudjoner (filter, IC)

Sot

Rapporter BHM: http://www.itm.su.se/bhm/

Page 33: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Differential Mobility Particle SizerDMPS

Monodispersaerosol

Bip

olä

r la

dd

are

CPCAerosol-partiklar

DMA

Tork

Partikel-räknare

dN/dDp

d0Dp

DMA “Transfer Function”

Mäter:Partiklarnas storleksfördelning

(< 1 µm, oftast torrt)

Page 34: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Variationerna i partikelhalterForsdala, Lycksele 2002Partikelantal

Forsdala, Lycksele 2002 (LTH Twin-DMPS)

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

13/1 18/1 23/1 28/1 2/2 7/2 12/2 17/2 22/2 27/2 4/3 9/3

Datum 2002

Ant

al p

arti

klar

(#

/cm

3)

Mycket stor variation av antalet partiklar!Vedeldning betydande källa i Lycksele.

Bakgrund

Part

ikela

nta

l (c

m-3)

Page 35: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Partikelmassa och volymForsdala, Lycksele 2002

Partikelvolym (DMPS), PM10 och PM2.5 (TEOM)Forsdala, Lycksele 2002

0

10

20

30

40

50

60

70

25/1 26/1 27/1 28/1 29/1 30/1 31/1 1/2 2/2 3/2 4/2

Datum 2002

DM

PS

vo

lym

µm

3 /cm

3

0

10

20

30

40

50

60

70

PM

µg

/m3

DMPS volymPM2.5PM10

Partikelvolym beräknat från DMPS-data uppvisar god samvariation med PM-halterna (TEOM).PM0.85 beräknat från DMPS-data (densitet 1 g/cm3) utgör 66% av PM2.5 och 50% av PM10.

Page 36: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Hälsoeffekter

Halter och gränsvärden

Page 37: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Akuta korttidseffekter Dödlighet

Förä

ndri

ng a

v d

ödlig

het

per

dyg

n (

%)

Uppskattad procentuell förändring i dödlighet per dygn vid en ökning av PM10 med 10 µg/m3 (95% konfidensintervall). (Pope et al. 1995)

+0.7% per 10 µg/m3 ökning av

PM10

Page 38: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Partiklar Utomhusluft Partiklar Utomhusluft GränsvärdenGränsvärden

• USA - National Ambient Air Quality Standards

Årligt medelvärde 24-timmar

PM-2.5 (1997) 15 µg/m3 65 µg/m3

PM-10 (1997) 50 µg/m3 150 µg/m3

• EU-stater - Air Quality Limit Values (MKN)

Årligt medelvärde 24-timmar

PM-10 (2005) 40 µg/m3 50 µg/m3 (35/år)

PM-10 (2010) 20 µg/m3 50 µg/m3 (7/år)

Page 39: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

WHO-rapportenwww.who.dk/document/e79097.pdf

”It has been estimated that exposure to fine particulate matter in outdoor air leads to about 100 000 deaths (and 725 000 years of life lost) annually in Europe.”

”The present information shows that fine particles (commonly measured as PM2.5) are strongly associated with mortality and other endpoints such as hospitalization for cardio-pulmonary disease, so that it is recommended that Air quality guidelines for PM2.5 be further developed.”

”Epidemiological studies on large populations have been unable to identify a threshold concentration below which ambient PM has no effect on health.”

Page 40: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Second Position Paper on Particulate MatterCAFE Working Group on Particulate Matter

August 20th, 2003

• “In the light of these health-related findings the PM Working Group recommends the use of PM2.5 rather than PM10 as the principal metric for assessing exposure to particulate matter. It is further recommended to maintain monitoring PM10 at a lower intensity ….”

• “It is recommended that once PM2.5 limit values have come into force and have replaced the Stage 1 PM10 limit values, the PM10 indicative limit values currently set for Stage 2 in the First Daughter Directive should be reclassified as target values with the aim to help control the coarse fraction, PM2.5-10.”

Page 41: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

C. Robles-Gonzalez, J.P. Veefkind and G. de Leeuw, GRL 27(2000)955-959

Aerosol Optical Depth over EuropeAerosol Optical Depth over Europe

Page 42: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Europeiska PM10-halterEuropeiska PM10-halter

Putaud et al., 2003 (http://ccu.ei.jrc.it/ccu/)

Page 43: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Europeiska PM2.5-halterEuropeiska PM2.5-halter

Putaud et al., 2003 (http://ccu.ei.jrc.it/ccu/)

Page 44: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Europeiska PM-halterEuropeiska PM-halter

PM2.5 och PM10

samvarierar

Kvoten

PM2.5 / PM10

= 0.5 to 0.9

Putaud et al., 2003 (http://ccu.ei.jrc.it/ccu/)

Page 45: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

• Relevanta Miljömål:Frisk luftGod bebyggd miljö

Page 46: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

0

20

40

60

80

100

120

140

Trelle

borg

Land

skro

na

Karlsh

amn

Kalmar

*

Huskv

arna

Mar

iesta

d **

Visby*

*

Tidah

olm

Uppsa

la

Arvika

Karlsk

oga

Sandv

iken

Lyck

sele

Mean90%-il98%-il

PM10, Årsmedelvärde, 90- och 98%-iler

Källa: Urbana Mätnätet, IVL

90%-il

ÅrsmedelFöreslagna nya delmål

Syd Nord

PM

10-h

alt

(µg

/m3)

Page 47: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

PM2.5, Årsmedelvärde, 90- och 98%-ilerUppskattning utifrån PM10 halter

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Trelle

borg

Land

skro

na

Karlsh

amn

Kalmar

*

Huskv

arna

Mar

iesta

d **

Visby*

*

Tidaho

lm

Uppsa

la

Arvika

Karlsk

oga

Sandv

iken

Lyck

sele

beräk medel

beräk 90%tilberäk 98%til

90%-ilÅrsmedelFöreslagna nya delmål

Syd Nord

Källa: Urbana Mätnätet, IVL

PM

2.5

-halt

g/m

3)

Page 48: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

PM10-halter i Stockholm år 2002

PM10 90-percentil

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Horns

gata

n

Essing

elede

n

Sveav

ägen

Norrla

ndsg

atan

Valhall

aväg

en

Roslag

sväg

en

E4 Soll

entu

na

Söder

malm

(tak

)

Upplan

ds V

äsby

(kam

iner)

Bakgr

und

Miljökvalitetsnorm, 2005

Övre utvärderingströskelFörslag, 2015

PM

10-h

alt

(µg

/m3)

Page 49: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Antal överskridanden av PM10 MKNÖver 50 µg/m3 tillåtet högst 35 dygn/år

0

5

10

15

20

25

30Stockholm (Hornsgatan)

Uppsala (Kungsgatan)Number of daily averages above 50 µg/m3 per month (PM10)

0

20

40

60

80

100

aprmaj

jun julaug se

p oktno

vdec ja

nfe

bm

ar apr

maj jun jul

aug sep ok

tno

vde

c jan

feb

mar apr

maj ju

n julaug se

p okt

Stockholm (Hornsgatan)

Uppsala (Kungsgatan)Monthly averages (µg/m3)

1999 2000 2001

Antal överskridanden per månad av dygnsmedelvärdet 50 µg/m3

PM

10

-halt

g/m

3)

Månadsmedelvärde (µg/m3)

Page 50: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Förslaget innebär överskridande i samtliga tätortsmiljöer i Sverige

Huvudkällor:1. Långdistanstransport2. Vägdamm3. Icke miljögodkända vedpannor

Långdistanstransport påverkar främst årsmedelLokala källor påverkar främst 90%-il

Page 51: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Modellerat partikelantal över hela Lycksele

Medelvärde partikelantal (exklusive bakgrund)

Partikelantal från vedeldning Partikelantal från trafik

Lars Gidhagen, SMHI

Page 52: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Dygnsmedelvärde partikelantal (exkl. bakgrund)vid temperaturer < -30 °C (24 jan 2002)

Modellerat partikelantal över hela Lycksele

Partikelantal från vedeldning Partikelantal från trafik

Lars Gidhagen, SMHI

Page 53: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Storleksfördelning i olika 5-temperaturintervall

Forsdala, Lycksele, jan-mars 2002

Natt

Partikelstorleksfördelningar2002, Forsdala, Lycksele (LTH Twin-DMPS)

Antalsfördelningar

0

5000

10000

15000

20000

1 10 100 1000

Partikeldiameter (nm)

An

tals

kon

c. d

N/d

log

Dp

(cm

-3)

-25-20-15-10-50

Vedeldning (70 nm)

Trafik (20 nm)

Page 54: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Beräknade halter av ultrafina partiklar i Stockholm

Antal per cm3

Lars Gidhagen, SMHI

Ultrafina partiklar: < 100 nm

Page 55: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Stor samvariation mellan antalet partiklar och NOx i trafikmiljöer

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

10000000

1 10 100 1000 10000

VallstanäsE1

SöderledstunnelnHornsgatanRosenlundsgatan

Nox

Tot

al N

umbe

r o

f Par

ticle

s ToN = 606*[NOx]0.9277

Christer Johansson m.fl., SLB

Page 56: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

”Utveckling och validering av modellför beräkning av PM10 i urban miljö”

Finansierat av Vägverket, Borlänge

Mätplats: Vallstanäs (E4 norr om Stockholm)

Page 57: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Vägsimulator VTI LinköpingFinansierat av Vägverket, Borlänge

APSStorleksfördelning

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

diameter [µm]

dM

/dlo

gD

p [

mg

/m³]

Sample 1-60 (bakgrund)

Sample 71-80

Sample 81-90

Sample 91-100

Sample 101-110

Sample 111-120

Sample 71-80 Icke Korrigerad

SMPSAntalsfördelning

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

10 100 1000

diameter [nm]

dN

/dlo

gD

p

Drift

Bakgrund

Page 58: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Andel dubbdäck och jordstoftskällor Vallstanäs (E4)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

2003-02-2800:00

2003-03-1000:00

2003-03-2000:00

2003-03-3000:00

2003-04-0900:00

2003-04-1900:00

2003-04-2900:00

2003-05-0900:00

2003-05-1900:00

2003-05-2900:00

µg

/m3

0

10

20

30

40

50

60

70

%

Summan av PM10- bidrag från källa jordstoft grov och jordstoft finAndel dubbdäck

Nederbörd period

Sopning av E4:an utfördes på kvällen den 26 mars

Andel dubbdäck

Page 59: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Vallstanäs (E4)Flera källor av betydelse för PM10-halterna

förutom avgaserna

Bakgrund; 3.9; 18%

Jordstoft grov; 1.1; 5%

Fordons emission; 0.5; 2%

Jordstoft fin; 5.1; 24%

Salt; 8.8; 42%

Okänt; 1.8; 9% Bakgrund; 6.3; 12%

Jordstoft grov; 16.7; 32%

Fordons emission; 2.4; 5%

Jordstoft fin; 17.3; 33%

Salt; 4.1; 8%

Okänt; 5.4; 10%

Kall, nederbörd period

Kall, torr period

Uppmätt PM10: 21.2 µg/m3 (medel)

Uppmätt PM10: 52,2 µg/m3 (medel)

Page 60: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

SammanfattningKällor till partiklar i städer

• Antal partiklar:– Lokala bensin och dieselavgaser viktigast– Vedeldning i vissa områden– Nästan försumbart bidrag från intransport

• PM10:– Inget (<10%) bidrag från fordonsavgaser– Dubbdäck (och vinterväghållning) medför höga PM10

halter i Sverige jämfört med andra städer i Europa– Vedeldning kan ge betydelsefulla lokala bidrag– Långdistanstransporten viktig

Page 61: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Epidemiologi – Länk mellan halter i utomhusluft och olika hälsoeffekter.

Emission Koncentration Exponering Dos Hälsoeffekt

Luftkvalitets-mätningar ?

HalterEmission Exponering Dos Hälsoeffekt

Dosen av partiklar till andningsvägarna borde vara mer relevant än halter i utomhusluften!

Spridnings-modellering

Emissions-mätningar

Källor - Partikelhalter – Hälsoeffekter

Page 62: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Lungdeposition av partiklar - ICRP

Total

Partikeldiameter (µm)

Deponera

d p

art

ikela

nd

el

Lungblåsor

Page 63: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Sotpartiklarna (gulfärgade) har tagit sig in genom luftvägarna och ansamlas i lungblåsorna - alveolerna - (violetta).

Fotograf: Lennart Nilsson

Page 64: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

En vit blodkropp från kroppens immunförsvar (färgad i blått) försöker attackera sotpartiklarna och äta upp dem.

Fotograf: Lennart Nilsson

Page 65: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Partikeldeposition i andningsvägarna

Inte känt:Vilka fysikaliska/kemiska egenskaper hos de

deponerade partiklarna ger upphov till de observerade hälsoeffekterna?

Av intresse att kunna mäta eller uppskatta:

Depositionen av aerosolpartiklar avseende• Antal• Yta• Massa (Volym)

till de olika delarna av andningsvägarna.

Page 66: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Total

Partikeldepositionens effektivitet är starkt

storleksberoende

Den relevanta storleken är den som partiklarna uppnår genom tillväxt i andningsvägarnas fuktiga miljö.

Viktiga parametrar:• Partiklarnas torrstorleksfördelning• Partiklarnas hygroskopiska egenskaper

som funktion av partikelns torrstorlek

Partikeldeposition i andningsvägarna - ICRP

Page 67: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Partiklarnas hygroskopiska egenskaperAv betydelse för partikeldepositionen i lungorna

Depositionökar

Depositionminskar

Lungdeposition och hygroskopisk tillväxt vid r.f.=99.5%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1 10 100 1000

Torrdiameter (nm)

Dep

on

erad

an

del

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

2.8

3.0

Till

växt

fakt

or

(r.f

.=99

.5%

)

Lungdeposition - fuktadLungdeposition - torrt

TIllväxtfaktor

Hygroskopiska partiklar gör att minimat i depositionskurvan förskjuts mot mindre storlekar.

Page 68: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Partiklarnas hygoskopiska egenskaperLungdeposition (Forsdala)

Medelstorleksfördelningar och lungdeposition Antal - Yta - Volym

Forsdala, Lycksele 2002 (LTHs DMPS)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

1 10 100 1000

Torr partikeldiameter (nm)

An

tals

ko

nc

. dN

/dlo

gD

p (

cm

-3)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Vo

lym

kon

c. d

V/d

log

Dp (

µm

3/c

m3)

10*Y

tko

nc.

dS

/dlo

gD

p (

µm

2/c

m3)

Antal

Deponerad antalsandel

Yta

Deponerad ytandel

Volym

Deponerad volymsandel

Lungdepositionen (antal, yta,volym) kan beräknas med en tidsupplösning på 10 minuter.

Page 69: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Medelvärden av partikelantal, yta och volym uppmätta i Forsdala under mätkampanjen i januari-mars 2002 samt andel som deponeras i andningsvägarna.

Antal(cm-3)

Yta(m2/cm3)

Volym(m3/cm3)

Hela perioden 4910 120 4.7

Kallt (< -10 C)

8700 225 8.7

Varmt(> -10 C)

2880 63 2.6

Deponerad andel(hela perioden)

Lungblåsorna 26% 10% 11%

Bronker och svalg 8% 2% 3%

Mun och näshäla 7% 16% 27%

Totalt 43% 29% 41%

Page 70: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Ny metod för snabba mätningar av

aerosolpartiklars deposition i andningsvägarna

Avd. för Ergonomi och Aerosolteknik, Avd. för Kärnfysik (LU/LTH)

Skillnaden ger andelen partiklar som deponeras i andningsvägarna.

Partiklarnas i både in- och utandningsluften mätes med avseende på antal och storlek.

Mätutrustningen

Snabb metod (~5 min.)

Kan mätas i hemmet på arbetsplatsen eller i utomhusmiljö.

APS

DM

A

Exhaled Sample

Dri

er

CPC

x

Inhaled Sample

T=40C

SMPS

Inhalation Port

Exposure Chamber or Room Aerosol

Page 71: Partiklar stora som små OPSIS  Användarmöte Göteborg 7/10 2004

Partikeldeposition i andningsvägarnaNaCl, Frisk manlig vuxen person

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

10 100 1000

Particle Diameter (nm)

Dep

osite

d fr

actio

n

2004051420040519