Η φωτοχημική ατμοσφαιρική ρύπανση αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα περιβαλλοντικά προβλήματα στις σύγχρονες πόλεις, επηρεάζοντας την υγεία των πολιτών και την ποιότητα ζωής.

Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η διερεύνηση των επιπέδων και των τάσεων της φωτοχημικής ρύπανσης, σε σχέση με τις κοινωνικές και οικονομικές εξελίξεις και τις αλλαγές στη δραστηριότητα των κατοίκων, καθώς και η αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας μέτρων, που επέδρασαν στη μείωση ή αύξηση των επιπέδων αυτών των ρύπων στις δύο μεγαλύτερες πόλεις της Ελλάδας, την Αθήνα και τη Θεσσαλονίκη. Η μελέτη βασίστηκε στα διαθέσιμα δεδομένα από 15 αντιπροσωπευτικούς σταθμούς ελέγχου ατμοσφαιρικής ρύπανσης του Εθνικού Δικτύου Παρακολούθησης Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης (ΕΔΠΑΡ) του Υπουργείου Περιβάλλοντος και Ενέργειας, που επελέγησαν με κριτήρια πληρότητας δεδομένων και χωρικής αντιπροσωπευτικότητας, ώστε να καλύπτονται διαφορετικοί τύποι αστικού περιβάλλοντος.

Έτσι, αυτή η διπλωματική εργασία εξετάζει διαχρονικά την ετήσια, την εποχική και τη μηνιαία διακύμανση, σημαντικών δεικτών της φωτοχημικής ρύπανσης και συγκεκριμένα των ΝΟ, ΝΟ₂, Ο₃, CO και C₆H₆, στις ευρύτερες αστικές περιοχές της Αθήνας και της Θεσσαλονίκης, την περίοδο 2001-2024. Παράλληλα, από τη διερεύνηση της διαχρονικής εξέλιξης των εκπομπών στην Ελλάδα, προέκυψε ότι, οι συνολικές εκπομπές των NOx και NMVOC μειώθηκαν κατά 54,9% και 61,1%, αντίστοιχα, το 2024 σε σύγκριση με το 2005, ενώ οι συνολικές εκπομπές CO μειώθηκαν περίπου 30,9% το 2012, σε σύγκριση με το 2021. Από την επεξεργασία των παραπάνω μετρήσεων των φωτοχημικών ρύπων, για την περίοδο 2001-2024, προέκυψε ότι οι συγκεντρώσεις των NO, NO₂, C₆H₆  και CO ήταν αυξημένες στους σταθμούς που βρίσκονται στα κέντρα των δύο πόλεων, γεγονός που οφείλεται κατά κύριο λόγο στον αυξημένο αριθμό οχημάτων που διέρχονται απ’ αυτές τις περιοχές, καθώς και στο ότι οι κεντρικές αστικές περιοχές είναι πιο πυκνοδομημένες. Οι συγκεντρώσεις αυτών των ρύπων παρουσίασαν στις περισσότερες περιοχές των δύο αυτών πόλεων μια τάση μείωσης, η οποία κυρίως οφείλεται στη μείωση των εκπομπών ΝΟ_x και CO. Πρέπει να επισημανθεί ότι στους σταθμούς αστικής κυκλοφορίας οι συγκεντρώσεις του ΝΟ₂, ειδικά στην Αθήνα την περίοδο 2001-2010, υπήρξαν συστηματικές υπερβάσεις του θεσμοθετημένου ετήσιου ορίου των 40μg/m³.  

Αντίθετα, οι υψηλότερες συγκεντρώσεις του O₃ καταγράφηκαν στις περιαστικές περιοχές των δύο μεγαλουπόλεων, ενώ παρατηρήθηκαν διαχρονικά αυξητικές τάσεις στους περισσότερους σταθμούς μέτρησης. Οι τάσεις αυτές σχετίζονται και με τη μείωση των επιπέδων των ΝΟx, NMVOCs και CO, που προαναφέρθηκε, τα οποία παίζουν καθοριστικό ρόλο στον ημερήσιο κύκλο των φωτοχημικών αντιδράσεων.

Η μηνιαία και εποχική ανάλυση των επιπέδων των συγκεντρώσεων των NO, CO και C₆H₆, έδειξε ότι στις περισσότερες περιοχές υπήρξε σαφής εποχικότητα, με μέγιστες τιμές το χειμώνα και ελάχιστες το καλοκαίρι, ενώ του ΝΟ₂, διαπιστώθηκε μικρή διακύμανση μεταξύ χειμερινού και θερινού εξαμήνου, με τις σχετικά μεγαλύτερες συγκεντρώσεις NO₂ να παρουσιάζονται τους χειμερινούς και φθινοπωρινούς μήνες, με αρκετές όμως αποκλίσεις, ανάλογα με τον τύπο του σταθμού και τις τοπικές πηγές εκπομπών. Από τη μηνιαία και εποχική ανάλυση των επιπέδων των συγκεντρώσεων του όζοντος, την περίοδο 2001-2024, διαπιστώθηκε ότι οι συγκεντρώσεις του Ο₃ είναι μεγαλύτερες τη θερινή περίοδο, ενώ οι ελάχιστες τη χειμερινή περίοδο του έτους, κυρίως λόγω της αυξημένης έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας κατά τη θερμή περίοδο του έτους, η οποία ενισχύει σημαντικά το σχηματισμό του Ο₃ από φωτοχημικές διεργασίες.

Τέλος, από τη σύγκριση των επιπέδων των παραπάνω φωτοχημικών ρύπων στις δύο μεγαλουπόλεις διαπιστώθηκε ότι, ενώ τα επίπεδα των ΝΟx στις κεντρικές και βιομηχανικές περιοχές στην Αθήνα ήταν περίπου διπλάσια, από τα αντίστοιχα στη Θεσσαλονίκη, στις αστικές περιοχές των δύο πόλεων ήταν περίπου ίδια. Αντίθετα, τα επίπεδα των συγκεντρώσεων του O₃ στη Θεσσαλονίκη ήταν διπλάσια από τα αντίστοιχα επίπεδα στην Αθήνα, στις κεντρικές περιοχές των δύο πόλεων, ενώ ήταν περίπου ίδια, στις περιαστικές βιομηχανικές περιοχές και περιαστικές περιοχές υποβάθρου, παρόλη τη διαφορά του πληθυσμού και των οχημάτων που κινούνται στις δύο πόλεις.

Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης δείχνουν ότι σε πολλές αστικές περιοχές, παρά τη σημαντική επίδραση τοπικών ή βιομηχανικών πηγών, οι μετεωρολογικές συνθήκες, οι χημικές διεργασίες και οι διαδικασίες διασποράς, αλλά και οι τοπικές ιδιαιτερότητες της κάθε περιοχής μετρήσεων, καθορίζουν αποφασιστικά το βαθμό συσσώρευσης των φωτοχημικών ρύπων.

Photochemical air pollution is one of the most important environmental problems in modern cities, affecting human health and quality of life.

The aim of the present study was to investigate the levels and trends of photochemical air pollution in relation to social and economic developments and changes in the activities of the population, as well as to evaluate the effectiveness of measures that contributed to the reduction or increase of pollutant levels in the two largest cities in Greece, Athens and Thessaloniki. The study was based on available data from 15 representative air pollution monitoring stations of the National Air Pollution Monitoring Network (EDPAR) of the Ministry of Environment and Energy. The stations were selected based on data completeness and spatial representativeness criteria in order to cover different types of urban environments.

The present thesis therefore examines the long-term annual, seasonal and monthly variation of important indicators of photochemical air pollution, specifically NO, NO₂, O₃, CO and C₆H₆, in the wider urban areas of Athens and Thessaloniki during the period 2001–2024. In parallel, the investigation of the long-term evolution of emissions in Greece showed that total NOx and NMVOC emissions decreased by 54.9% and 61.1%, respectively, in 2024 compared with 2005, while total CO emissions decreased by approximately 30.9% in 2012 compared with 2021. The analysis of the photochemical pollutant measurements for the period 2001–2024 showed that NO, NO₂, C₆H₆ and CO concentrations were higher at monitoring stations located in the city centres, mainly due to the increased number of vehicles travelling through these areas, as well as the higher population density and built-up character of the central urban areas. In most areas of the two cities, concentrations of these pollutants showed a decreasing trend, mainly attributable to the reduction in NOx and CO emissions. It should be noted that at urban traffic monitoring stations, particularly in Athens during the period 2001–2010, systematic exceedances of the legislated annual NO₂ limit value of 40 μg/m³ were observed.

In contrast, the highest O₃ concentrations were recorded in the suburban areas of the two metropolitan areas, while increasing long-term trends were observed at most monitoring stations. These trends are also associated with the aforementioned reductions in NOx, NMVOCs and CO levels, which play a decisive role in the daily cycle of photochemical reactions.

The monthly and seasonal analysis of NO, CO and C₆H₆ concentrations showed clear seasonality in most areas, with maximum values occurring during winter and minimum values during summer. NO₂ concentrations exhibited relatively limited variation between the winter and summer half-years, with comparatively higher concentrations occurring during the winter and autumn months, although considerable variations were observed depending on the type of monitoring station and local emission sources. The monthly and seasonal analysis of ozone concentrations during the period 2001–2024 showed that O₃ concentrations were higher during the summer period and lowest during winter, mainly due to the increased intensity of solar radiation during the warm period of the year, which significantly enhances O₃ formation through photochemical processes.

Finally, the comparison of the levels of the aforementioned photochemical pollutants in the two metropolitan areas showed that, while NOx levels in the central and industrial areas of Athens were approximately twice as high as the corresponding levels in Thessaloniki, they were approximately similar in the urban areas of the two cities. In contrast, O₃ concentrations in Thessaloniki were approximately twice as high as the corresponding levels in Athens in the central areas of the two cities, while they were approximately similar in the suburban industrial and suburban background areas, despite the difference in population and the number of vehicles operating in the two cities.

The results of the present study indicate that, in many urban areas, despite the significant influence of local or industrial sources, meteorological conditions, chemical processes and dispersion mechanisms, as well as the local characteristics of each monitoring area, decisively determine the degree of accumulation of photochemical pollutants.