Search

Shipping has a significant share in the emissions of air pollutants such as NOx and particulate matter (PM), and the global maritime transport volumes are projected to increase further in the future. The major route for short sea shipping within Europe and the main shipping route between Europe and East Asia are found in the Mediterranean Sea. Thus, it is a highly frequented shipping area, and high levels of air pollutants with significant potential impacts from shipping emissions are observed at monitoring stations in many cities along the Mediterranean coast. The present study is part of the EU H2020 project SCIPPER (Shipping contribution to Inland Pollution Push for the Enforcement of Regulations). Five different regional chemistry transport models (CAMx – Comprehensive Air Quality Model with Extensions, CHIMERE, CMAQ, EMEP – European Monitoring and Evaluation Programme, LOTOS-EUROS) were used to simulate the transport, chemical transformation and fate of atmospheric pollutants in the Mediterranean Sea for 2015. Shipping emissions were calculated with the Ship Traffic Emission Assessment Model (STEAM) version 3.3.0, and land-based emissions were taken from the CAMS-REG v2.2.1 dataset for a domain covering the Mediterranean Sea at a resolution of 12 km × 12 km (or 0.1∘×0.1∘). All models used their standard setup for further input. The potential impact of ships was calculated with the zero-out method. The model results were compared to each other and to measured background data at monitoring stations. The model results differ regarding the time series and pattern but are similar concerning the overall underestimation of NO2 and overestimation of O3. The potential impact from ships on the total NO2 concentration was especially high on the main shipping routes and in coastal regions (25 % to 85 %). The potential impact from ships on the total O3 concentration was lowest in regions with the highest NO2 impact (down to −20%). CAMx and CHIMERE simulated the highest potential impacts of ships on the NO2 and O3 air concentrations. Additionally, the strongest correlation was found between CAMx and CHIMERE, which can be traced back to the use of the same meteorological input data. The other models used different meteorological input due to their standard setup. The CMAQ-, EMEP- and LOTOS-EUROS-simulated values were within one range for the NO2 and O3 air concentrations. Regarding simulated deposition, larger differences between the models were found when compared to air concentration. These uncertainties and deviations between models are caused by deposition mechanisms, which are unique within each model. A reliable output from models simulating ships' potential impacts can be expected for air concentrations of NO2 and O3.

Beijing suffers from poor air quality, particularly during wintertime haze episodes when concentrations of PM2.5 (particulate matter with a diameter 400 µg m−3. Black carbon (BC), an aerosol which strongly absorbs solar radiation, can make up to 10 % of PM2.5 in Beijing. BC is of interest due to its climatic and health impacts. BC has also been found to impact planetary boundary layer (PBL) meteorology. Through interacting with radiation and altering the thermal profile of the lower atmosphere, BC can either suppress or enhance PBL development depending on the properties and altitude of the BC layer. Previous research assessing the impact of BC on PBL meteorology has been investigated through the use of regional models, which are limited both by resolution and the chosen boundary layer schemes. In this work, we apply a high-resolution model (UCLALES-SALSA) that couples an aerosol and radiative transfer model with large-eddy simulation (LES) to quantify the impact of BC at different altitudes on PBL dynamics using conditions from a specific haze episode which occurred from 1–4 December 2016 in Beijing. Results presented in this paper quantify the heating rate of BC at various altitudes to be between 0.01 and 0.016 K/h per µg/m3 of BC, increasing with altitude but decreasing around PBL top. Through utilising a high-resolution model which explicitly calculates turbulent dynamics, this paper showcases the impact of BC on PBL dynamics both within and above the PBL. These results show that BC within the PBL increases maximum PBL height by 0.4 % but that the same loading of BC above the PBL can suppress PBL height by 6.5 %. Furthermore, when BC is present throughout the column, the impact of BC suppressing PBL development is further maximised, with BC causing a 17 % decrease in maximum PBL height compared to only scattering aerosols. Assessing the impact of these opposite effects, in this paper, we present a mechanism through which BC may play a prominent role in the intensity and longevity of Beijing's pollution episodes.

Small-scale wood combustion is a significant source of particulate emissions. Atmospheric transformation of wood combustion emissions is a complex process involving multiple compounds interacting simultaneously. Thus, an advanced methodology is needed to study the process in order to gain a deeper understanding of the emissions. In this study, we are introducing a methodology for simplifying this complex process by detecting dependencies of observed compounds based on a measured dataset. A statistical model was fitted to describe the evolution of combustion emissions with a system of differential equations derived from the measured data. The performance of the model was evaluated using simulated and measured data showing the transformation process of small-scale wood combustion emissions. The model was able to reproduce the temporal evolution of the variables in reasonable agreement with both simulated and measured data. However, as measured emission data are complex due to multiple simultaneous interacting processes, it was not possible to conclude if all detected relationships between the variables were causal or if the variables were merely co-variant. This study provides a step toward a comprehensive, but simple, model describing the evolution of the total emissions during atmospheric aging in both gas and particle phases. peerReviewed

Tämä diplomityö on tehty Tampereen yliopiston (TAU) rakennusfysiikan tutkimusryhmässä osana kansainvälistä Future Spaces -tutkimushanketta. Diplomityö tehtiin hankkeen aikana tehtyjen sisäilmaston kenttämittausten loppuraportoinniksi. Päätavoitteena työssä oli selvittää, kuinka ilmanvaihdon yöaikainen sammuttaminen vaikuttaa sisäilma kaasu- ja hiukkaspitoisuuksiin koulu- ja päiväkotirakennuksissa. Ilmanvaihdon yöaikaisella sammuttamisella pyrittiin hallitsemaan paremmin COMBI-hankkeessa havaittuja suuria yöaikaisia alipaineisuuksia julkisissa palvelurakennuksissa. Kenttämittauksiin kuului yhteensä 14 kohdetta, joista kaksi oli toimistorakennuksia ja loput koulu- ja/tai päiväkotirakennuksia. Tutkimuskohteet valittiin eri vuosikymmeniltä ja eri runkoratkaisuin. Tutkimuskohteiksi haluttiin valita sellaisia kohteita, jotka olivat mukana Tampereen teknillisen yliopiston teettämässä COMBI-tutkimushankkeessa. Yksi kohde sijaitsi Helsingissä ja muut kohteet Pirkanmaalla. Tutkittavia tiloja kohteissa oli yhteensä 52 kappaletta. Diplomityön tarkasteluista karsiutui 2 kohdetta (7 tilaa) pois, koska ilmanvaihdon yöaikaista sammuttamista ei niissä voitu toteuttaa. Kenttämittaukset toteutettiin osin rakennusfysiikan tutkimusryhmän omalla mittauskalustolla ja osin hankkeen ajaksi vuokratuilla mittalaitteilla. Kenttämittaukset aloitettiin maaliskuussa 2021 ja ne päättyivät toukokuussa 2022. Ilmanvaihdon sammutusjakso toteutettiin aikavälillä 10.1.–27.3.2022. Yöaikaisen ilmanvaihdon sammutusjakson aikana mitattujen kaasu- ja hiukkaspitoisuuksien käyttäytymistä verrattiin normaalitilanteen pitoisuuksiin. Ilmanvaihdon normaalitilanteen testijaksoksi valittiin ajanjakso 25.10.2021–9.1.2022. Ilmanvaihdon sammuttamisen vuoksi VOC-yhdisteet ja radon pääsivät kertymään öisin sisätiloihin ja olivat osin moninkertaisesti suurempia kuin tilanteessa, jossa koneellista ilmanvaihtoa käytetään läpi yön. Kuitenkin 2–3 tunnin ilmanvaihdon huuhdonta-aika aamuisin laski pitoisuudet normaalitilanteen tasolle. Hiilidioksidi- ja PM-hiukkaspitoisuuksien kannalta ilmanvaihdon sammuttamisella ei katsottu olevan suurta vaikutusta. Tutkimuksen perusteella yöaikainen koneellinen ilmanvaihto ei ole edellytys hyvän sisäilman takaamiseksi. Yöaikaisella ilmanvaihdon kokonaan sammuttamisella voidaan saavuttaa kaasu- ja hiukkaspitoisuuksien osalta vastaavan tasoinen sisäilman laatu tilojen käyttöaikoina kuin tilanteessa, jossa koneellista ilmanvaihtoa käytetään läpi yön.

A tighter integration of modeling frameworks for climate and air quality is urgently needed to assess the impacts of clean air policies on future Arctic and global climate. We combined a new model emulator and comprehensive emissions scenarios for air pollutants and greenhouse gases to assess climate and human health co-benefits of emissions reductions. Fossil fuel use is projected to rapidly decline in an increasingly sustainable world, resulting in far-reaching air quality benefits. Despite human health benefits, reductions in sulfur emissions in a more sustainable world could enhance Arctic warming by 0.8 degrees C in 2050 relative to the 1995-2014, thereby offsetting climate benefits of greenhouse gas reductions. Targeted and technically feasible emissions reduction opportunities exist for achieving simultaneous climate and human health co-benefits. It would be particularly beneficial to unlock a newly identified mitigation potential for carbon particulate matter, yielding Arctic climate benefits equivalent to those from carbon dioxide reductions by 2050. Reduction in key air pollutants, especially particulate carbon, can help mitigate Arctic warming with associated benefits for global climate and human health, according to Earth system model simulations under future emissions scenarios.

Numerical models are needed for evaluating aerosol processes in the atmosphere in state-of-the-art chemical transport models, urban-scale dispersion models, and climatic models. This article describes a publicly available aerosol dynamics model, MAFOR (Multicomponent Aerosol FORmation model; version 2.0); we address the main structure of the model, including the types of operation and the treatments of the aerosol processes. The model simultaneously solves the time evolution of both the particle number and the mass concentrations of aerosol components in each size section. In this way, the model can also allow for changes in the average density of particles. An evaluation of the model is also presented against a high-resolution observational dataset in a street canyon located in the centre of Helsinki (Finland) during afternoon traffic rush hour on 13 December 2010. The experimental data included measurements at different locations in the street canyon of ultrafine particles, black carbon, and fine particulate mass PM1. This evaluation has also included an intercomparison with the corresponding predictions of two other prominent aerosol dynamics models, AEROFOR and SALSA. All three models simulated the decrease in the measured total particle number concentrations fairly well with increasing distance from the vehicular emission source. The MAFOR model reproduced the evolution of the observed particle number size distributions more accurately than the other two models. The MAFOR model also predicted the variation of the concentration of PM1 better than the SALSA model. We also analysed the relative importance of various aerosol processes based on the predictions of the three models. As expected, atmospheric dilution dominated over other processes; dry deposition was the second most significant process. Numerical sensitivity tests with the MAFOR model revealed that the uncertainties associated with the properties of the condensing organic vapours affected only the size range of particles smaller than 10 nm in diameter. These uncertainties therefore do not significantly affect the predictions of the whole of the number size distribution and the total number concentration. The MAFOR model version 2 is well documented and versatile to use, providing a range of alternative parameterizations for various aerosol processes. The model includes an efficient numerical integration of particle number and mass concentrations, an operator splitting of processes, and the use of a fixed sectional method. The model could be used as a module in various atmospheric and climatic models., Geoscientific Model Development, 15 (9), ISSN:1991-9603, ISSN:1991-959X

Short summary We summarize results during the last 5 years in the northern Eurasian region, especially from Russia, and introduce recent observations of the air quality in the urban environments in China. Although the scientific knowledge in these regions has increased, there are still gaps in our understanding of large-scale climate–Earth surface interactions and feedbacks. This arises from limitations in research infrastructures and integrative data analyses, hindering a comprehensive system analysis. The Pan-Eurasian Experiment (PEEX) Science Plan, released in 2015, addressed a need for a holistic system understanding and outlined the most urgent research needs for the rapidly changing Arctic-boreal region. Air quality in China, together with the long-range transport of atmospheric pollutants, was also indicated as one of the most crucial topics of the research agenda. These two geographical regions, the northern Eurasian Arctic-boreal region and China, especially the megacities in China, were identified as a “PEEX region”. It is also important to recognize that the PEEX geographical region is an area where science-based policy actions would have significant impacts on the global climate. This paper summarizes results obtained during the last 5 years in the northern Eurasian region, together with recent observations of the air quality in the urban environments in China, in the context of the PEEX programme. The main regions of interest are the Russian Arctic, northern Eurasian boreal forests (Siberia) and peatlands, and the megacities in China. We frame our analysis against research themes introduced in the PEEX Science Plan in 2015. We summarize recent progress towards an enhanced holistic understanding of the land–atmosphere–ocean systems feedbacks. We conclude that although the scientific knowledge in these regions has increased, the new results are in many cases insufficient, and there are still gaps in our understanding of large-scale climate–Earth surface interactions and feedbacks. This arises from limitations in research infrastructures, especially the lack of coordinated, continuous and comprehensive in situ observations of the study region as well as integrative data analyses, hindering a comprehensive system analysis. The fast-changing environment and ecosystem changes driven by climate change, socio-economic activities like the China Silk Road Initiative, and the global trends like urbanization further complicate such analyses. We recognize new topics with an increasing importance in the near future, especially “the enhancing biological sequestration capacity of greenhouse gases into forests and soils to mitigate climate change” and the “socio-economic development to tackle air quality issues”.

Background: The hospital work environment contains various biological and chemical exposures that can affect indoor air quality and have impact on respiratory health of the staff. The objective of this study was to investigate potential effects of occupational exposures on the risk of respiratory symptoms and lung function in hospital work, and to evaluate potential interaction between smoking and occupational exposures.Methods: We conducted a cross-sectional study of 228 staff members in a hospital and 228 employees of an office building as the reference group in Shiraz, Iran. All subjects completed a standardized respiratory ATS questionnaire and performed a spirometry test. Results: In Poisson regression, the adjusted prevalence ratios (aPR) among the hospital staff were elevated for cough (aPR 1.90, 95% CI: 1.15, 3.16), phlegm production (aPR 3.21, 95% CI: 1.63, 6.32), productive cough (aPR 2.83, 95% CI: 1.48, 5.43), wheezing (aPR 3.18, 95% CI: 1.04, 9.66), shortness of breath (aPR 1.40, 95% CI: 0.93, 2.12), and chest tightness (aPR 1.73, 95% CI: 0.73, 4.12). Particularly laboratory personnel experienced increased risk of most symptoms. In linear regression adjusting for confounding, there were no significant differences in lung function between the hospital and office workers. There was an indication of synergism between hospital exposures and current smoking on FEV1/FVC% (β = -5.37, 95%CI: -10.27, -0.47).Conclusions: This study provides evidence that hospital work, especially in laboratories, increases the risk of respiratory symptoms. Smoking appears to enhance these effects considerably. Our findings suggest that policymakers should implement evidence-based measures to prevent these occupational exposures.

An operational urban air quality modelling system ENFUSER is presented with an evaluation against measured data. ENFUSER combines several dispersion modelling approaches, uses data assimilation, and continuously extracts information from online, global open-access sources. The modelling area is described with a combination of geographic datasets. These GIS datasets are globally available with open access, and therefore the model can be applied worldwide. Urban scale dispersion is addressed with a combination of Gaussian puff and Gaussian plume modelling, and long-range transport of pollutants is accounted for via a separate regional model. The presented data assimilation method, which supports the use of AQ sensors and incorporates a longer-term learning mechanism, adjusts emission factors and the regional background values on an hourly basis. The model can be used with reasonable accuracy also in urban areas, for which detailed emissions inventories would not be available, due to the data assimilation capabilities.

A pre-operational validation of the System for Integrated Modeling of Atmospheric Composition (SILAM) model for Indian application has been presented in this paper. The model configuration has been adjusted according to the atmospheric and emissive conditions of India. India is one of the most desired regions for Air Quality (AQ) research around the globe. The region is composed of different atmospheric and man-made pollution activities. The weather system of India is favorable for the deposition of particulate pollutants in the Indo-Gangetic plains; the northern part of the country. Stubble burning and lower planetary boundary layer height are significant factors that deteriorate the AQ of Delhi-NCR in post-monsoon and winter seasons. India Meteorological Department (IMD) is continuously monitoring the AQ of Delhi-NCR along with central pollution control board and state pollution control committees with stationary ambient air quality monitoring stations. This joint effort of all the agencies relies upon Graded Response Action Plan (GRAP); an initiative by the Government of India (GOI) for pollution control in the Delhi-NCR region. An accurate AQ forecasting system is needed for GOI to implement a decision support system in order to make citizens aware of their surroundings for outdoor activities. We have successfully deployed Indian application of SILAM model in collaboration with Finnish Meteorological Institute (FMI) in Environment Monitoring and Research Center, IMD. One month observations of coarse and fine mode particulate matter (PM 10 and PM 2.5) over Delhi have been compared with SILAM forecast f or December 2020. The modeled and observed values are reasonably correlated in general and model has successfully captured the pollution events throughout the time period. It is found that PM 10 forecasts over Delhi are fairly overestimated and PM 2.5 forecasts are slightly overestimated with a positive correlation of 0.7. Further research in surface emissions and extreme pollution events is needed to make the predictions more accurate.

This study investigates the influence of the Chinese New Year (CNY) celebrations on local air quality in Beijing from 2013 through 2019. CNY celebrations include burning of fireworks and firecrackers, which consequently has a significant short-term impact on local air quality. In this study, we bring together comprehensive observations at the newly constructed Aerosol and Haze Laboratory at Beijing University of Chemical Technology – West Campus (BUCT-AHL) and hourly measurements from 12 Chinese government air quality measurement stations throughout the Beijing metropolitan area. These datasets are used together to provide a detailed analysis of air quality during the CNY over multiple years, during which the city of Beijing prohibited the use of fireworks and firecrackers in an effort to reduce air pollution before CNY 2018. Datasets used in this study include particulate matter mass concentrations (PM2.5 and PM10), trace gases (NOx, SO2, O3, and CO), and meteorological variables for 2013–2019; aerosol particle size distributions; and concentrations of sulfuric acid and black carbon for 2018 and 2019. Studying the CNY over several years, which has rarely been done in previous studies, can show trends and effects of societal and policy changes over time, and the results can be applied to study problems and potential solutions of air pollution resulting from holiday celebrations. Our results show that during the 2018 CNY, air pollutant concentrations peaked during the CNY night (for example, PM2.5 reached a peak around midnight of over 250 µg cm−3, compared to values of less than 50 µg cm−3 earlier in the day). The pollutants with the most notable spikes were sulfur dioxide, particulate matter, and black carbon, which are emitted in burning of fireworks and firecrackers. Sulfuric acid concentration followed the sulfur dioxide concentration and showed elevated overnight concentration. Analysis of aerosol particle number size distribution showed direct emissions of particles with diameters around 100 nm in relation to firework burning. During the 2019 CNY, the pollution levels were somewhat lower (PM2.5 peaking at around 150 µg cm−3 on CNY compared to values around 100 µg cm−3 earlier in the day), and only minor peaks related to firework burning were observed. During both CNYs 2018 and 2019 secondary aerosol formation in terms of particle growth was observed. Meteorological conditions were comparable between these 2 years, suggesting that CNY-related emissions were less in 2019 compared to 2018. During the 7-year study period, it appears that there has been a general decrease in CNY-related emissions since 2016. For example, the peak in PM2.5 in 2016 was over 600 µg cm−3, and in the years following, the peak was less each year, with a peak around 150 µg cm−3 in 2019. This is indicative of the restrictions and public awareness of the air quality issues having a positive effect on improving air quality during the CNY. Going into the future, long-term observations will offer confirmation for these trends.

COVID-19 has highlighted the need for indoor risk-reduction strategies. Our aim is to provide information about the virus dispersion and attempts to reduce the infection risk. Indoor transmission was studied simulating a dining situation in a restaurant. Aerosolized Phi6 viruses were detected with several methods. The aerosol dispersion was modeled by using the Large-Eddy Simulation (LES) technique. Three risk-reduction strategies were studied: (1) augmenting ventilation with air purifiers, (2) spatial partitioning with dividers, and (3) combination of 1 and 2. In all simulations infectious viruses were detected throughout the space proving the existence long-distance aerosol transmission indoors. Experimental cumulative virus numbers and LES dispersion results were qualitatively similar. The LES results were further utilized to derive the evolution of infection probability. Air purifiers augmenting the effective ventilation rate by 65% reduced the spatially averaged infection probability by 30%-32%. This relative reduction manifests with approximately 15 min lag as aerosol dispersion only gradually reaches the purifier units. Both viral findings and LES results confirm that spatial partitioning has a negligible effect on the mean infection-probability indoors, but may affect the local levels adversely. Exploitation of high-resolution LES jointly with microbiological measurements enables an informative interpretation of the experimental results and facilitates a more complete risk assessment.

Kansallinen ilmanlaadun vertailulaboratorio varmistaa Suomessa tehtävien ilmanlaatumittausten korkean laadun tekemällä ilmanlaatumittausten auditointeja ja vertailumittauksia. Tässä hankkeessa arvioitiin hiukkasmittausten vaatimuksenmukaisuutta keskittyen erityisesti keskimääräisen altistumisindikaattorin (AEI) määrittämiseen käytettävään mittaukseen. Tutkimuksessa arvioitiin Helsingin Kalliossa mitatun PM2,5-altistumisindikaattorin mittauksen tulosten soveltuvuutta ja edustavuutta Suomessa. Havaittiin, että Kallion mittaus edustaa hyvin keskimääräistä pienhiukkasaltistusta sekä pienhiukkaspitoisuuden vuositrendiä Suomessa. Lisäksi vuodesta 2015 eteenpäin Suomen kaupunkitausta-asemilla tehtyjen PM2,5-mittausten keskiarvot niin asemakohtaisesti kuin asemien yhteisenä keskiarvona alittavat kokonaisuudessaan vuoden 2020 keskimääräisen altistumisindikaattorin enimmäisarvon 8,5 µg/m3, jota käytetään altistumisen vähennystavoitteen arvioinnissa. AEI-mittaukseen käytetyn TEOM 1405 -hiukkasmonitorin mittaustuloksia vertailtiin Kalliossa menetelmästandardin SFS-EN 12341:2014 mukaisella vertailumenetelmällä saatuihin tuloksiin. Havaittiin, että AEI-laskentaan käytettävä Kallion TEOM 1405 -laite täyttää niukasti standardissa määritetyn 25 %:n epävarmuusvaatimuksen ja sillä tehtävän mittauksen laatu riittää altistumisindikaattorin määrittämiseen, vaikka vertailtavat pitoisuudet olivat yleisesti ottaen pieniä eikä menetelmästandardin SFS-EN 16450:2017 mukaisen vertailumittauksen pitoisuusvaatimus täyttynyt vertailujaksolla korkeiden pitoisuuksien puuttuessa. Tässä raportissa esitellään myös tulokset jatkuvatoimisille hiukkasmittalaitteille järjestetyistä vertailumittauksista Virolahdella ja Helsingissä sekä PM10- että PM2,5-hiukkaskokojakeelle sekä näiden lisäksi Kuopiossa ja Lahdessa PM2,5-hiukkaskokojakeelle. Vertailumittauksista saatujen tulosten perusteella määritettiin ensimmäistä kertaa korjauskertoimet FIDAS 200 -hiukkasmittalaitteen PM10- ja PM2,5-mittaukselle Suomessa. Tulosten perusteella FIDAS 200 -hiukkasmonitori soveltuu ulkoilman PM10- ja PM2,5-hiukkaskokojakeiden mittaukseen Suomessa käyttäen tässä raportissa esitettyjä korjauskertoimia, vaikkakin on huomioitava, että kertoimet eivät täytä ekvivalenttisuuden osoittamiselle asetettuja vaatimuksia. Kyseisiä kertoimia on kuitenkin suositeltavaa käyttää siihen asti, kunnes ekvivalenttisuus on osoitettu seuraavassa ekvivalenttisuuden osoittamiskampanjassa. Kahta muuta jatkuvatoimista laitetta (SHARP 5030 ja TEOM 1405) verrattiin referenssikeräimeen Virolahdella ja Helsingissä. Havaittiin, että Kuopion vertailumittauksessa 2014–2015 eri laitteille määritetyt korjauskertoimet eivät aina sovellu eri paikoissa ja eri vuodenaikoina PM10- ja PM2,5-hiukkaspitoisuuksien mittauksiin, koska mittauspaikat ja niiden olosuhteet vaihtelevat. Tämän takia vertailulaboratorio esittää ekvivalenttisuuden osoitusta viiden vuoden välein sekä jatkuvaa ohjelmaa käytettävien kertoimien soveltuvuuden osoittamiseksi paikallisilla vertailumittauksilla, joissa jatkuvatoimisten hiukkasmonitorien mittaustuloksia verrataan vertailumenetelmää vastaan eri paikoissa ja vaihtelevissa olosuhteissa jatkuvana kampanjana pitempiaikaisesti, puolesta vuodesta vuoteen kestävillä paikallisilla vertailuilla. Näillä ns. ongoing-mittauksilla voidaan osaltaan varmentaa Suomessa mitattavien PM10- ja PM2,5-hiukkasmittausten laatu ja vertailukelpoisuus myös varsinaisten ekvivalenttisuuden osoittamiseen soveltuvien vertailumittauskampanjoiden välillä. The National Reference Laboratory for Air Quality (NRL) ensures the high quality of air quality measurements in Finland by organising audits and intercomparison campaigns. In this project, the conformity of the particulate matter measurements was evaluated with a particular focus on the measurement used for calculating the average exposure index (AEI) of Finland. The representativity and applicability of the AEI measurements made at the Kallio station in Helsinki were evaluated. It was noticed that the results of the Kallio measurement represent well the average fine particle (PM2.5) concentrations and the yearly based trend of fine particles in Finland. In addition, the yearly average concentrations of fine particles have been smaller than the AEI limit value of 8.5 µg/m3, at all individual urban background stations in Finland since year 2015. The measurement results made with the PM monitor used for AEI measurement, i.e. TEOM 1405 analyser at the Kallio station, were compared to the results from the reference method that follows the standard SFS-EN 12341:2014. It was noticed that the uncertainty requirement of 25% was reached and therefore the quality of the measurement is sufficient to use it for the calculation of AEI. However, the fine particle concentrations were generally very low and therefore the requirements given in the standard SFS-EN 16450:2017 for an intercomparison against the reference method were not perfectly fulfilled. This report presents also results from intercomparison measurements made for automated continuous measurement systems (AMS). At the Virolahti station and at the Mäkelänkatu station in Helsinki, PM10 and PM2.5 measurements were compared. In Kuopio and in Lahti, intercomparison measurements were made for PM2.5 only. Based on the results from these intercomparisons, the calibration coefficients both for PM10 and PM2.5 were defined for the first time in Finland for a FIDAS 200 analyser that is a new PM monitor in the Finnish market. It was concluded that FIDAS 200 analysers can be used for the PM measurements in Finland when the calibration coefficients are applied for the data; however, one must note that the presented calibration coefficients do not fulfil the requirements given for the demonstration of equivalence (DoE). Nevertheless, these coefficients are recommended to be used until the official coefficients will be delivered from the next DoE campaign. Two AMS (SHARP 5030 and TEOM 1405) were compared to the reference method for the measurements of PM10 and PM2,5 in Virolahti and in Helsinki, respectively. It was revealed that the calibration coefficients based on the DoE in Kuopio (2014–2015) do not always fit ideally at different locations and seasons due to differences in the environmental characteristics of the measurement sites. Therefore, NRL recommends that DoE should be organised every five years and in between the DoE’s so called ongoing-intercomparison measurements should be carried out continuously. In the ongoing-intercomparison, suitability of the calibration coefficients from DoE will be verified in different locations with varying environmental characteristics. The ongoing-intercomparison campaigns should take place at one site from a half a year to one year and after that, the campaign should continue at a different location similarly. This would ensure that the influence of seasonal differences to the suitability of coefficients will be verified at each measurement site.

The dispersion of cooking-generated aerosols from an urban street canyon is examined with building-resolving computational fluid dynamics (CFD). Using a comprehensive urban CFD model (PALM) with a sectional aerosol module (SALSA), emissions from deep-frying and boiling are considered for near-ground and elevated sources. With representative choices of the source flux, the inclusion of aerosol dynamic processes decreases the mean canyon-averaged number concentration by 15 %–40 % for cooking emissions, whereas the effect is significantly weaker for traffic-generated aerosols. The effects of deposition and coagulation are comparable for boiling, but coagulation dominates for deep-frying. Deposition is maximised inside the leeward corner vortices, while coagulation increases away from the source. The characteristic timescales are invoked to explain the spatial structure of deposition and coagulation. In particular, the relative difference between number concentrations for simulations with and without coagulation is strongly correlated with the ageing of particles along fluid trajectories or the mean tracer age. It is argued that, for a specific emission spectrum, the qualitative nature of the aerosol dynamics within urban canopies is determined by the ratio of the aerosol timescales to the relevant dynamical timescale (e.g. the mean age of air).

Ilmanlaatuselvityksessä on arvioitu Suomen ilmanlaadun nykytilaa ilmanlaadun mittausten sekä satelliitti-havaintojen avulla. Pitoisuuksien arvioinnissa olivat mukana seuraavat ilman epäpuhtaudet: typpidioksidi, typen oksidit, hengitettävät hiukkaset, pienhiukkaset, rikkidioksidi, hiilimonoksidi, otsoni, bentso(a)pyreeni, bentseeni, lyijy, arseeni, kadmium ja nikkeli. Näille ilman epäpuhtauksille on annettu ilmanlaadun arviointi-kynnykset ilmanlaatulainsäädännössä (79/2017, 113/2017). Ilmanlaatua on arvioitu ilmanlaadun seuranta-alueittain. Arvioinnissa käytettiin aineistona Suomen ilmanlaatumittausten pitoisuustuloksia vuosilta 2015–2019. Satelliittihavaintoja hyödynnettiin objektiivisen arvioinnin työkaluna typpidioksidi- ja hiilimonoksidipitoisuuksien alueellista vaihtelun arvioinnissa. Ilmanlaadun mittausten mukaan ilmanlaatu on monin osin parantanut Suomessa. Ilmanlaadun seurantatarve jatkuvin ilmanlaadun mittauksin on vähentynyt erityisesti NO2 ja PM10 osalta. Bentso(a)pyreenin mittauksia tulisi lisätä kaupunkialueilla seurantatarpeen tarkennuttua. Otsonipitoisuuksien alentamispyrkimyksissä tarvitaan kansainvälisen yhteisön toimia. Rikkidioksidin, hiilimonoksidin, bentseenin ja raskasmetallien matalia pitoisuustasoja voidaan monin paikoin teollisuusalueiden ulkopuolella arvioida muilla menetelmillä kuin jatkuvin mittauksin ja jatkuvatoimisia mittauksia onkin jo vähennetty. Satelliittihavaintojen avulla typpidioksidin (NO2) ja hiilimonoksidin (CO) pitoisuuksia ja alueellista jakaumaa on Suomessa analysoitu käyttäen pääasiassa TROPOspheric Monitoring Instrument (TROPOMI) satelliitti-instrumentin havaintoja. Hiilimonoksidin osalta satelliittihavaintoihin pohjautuva analyysi tehtiin ensimmäistä kertaa Suomeen. Tuloksista nähdään, että CO:n pitoisuus on Suomessa vuositasolla yleisesti matala ja alueelliset erot ovat pieniä. Myös typpidioksidipitoisuus on Suomessa yleisesti verrattain matala, mutta alueelliset erot ovat hieman selvemmin nähtävissä. Korkeimmat NO2-arvot havaitaan suurimmissa kaupungeissa. Käyttäen maanpintamittausten ja satelliittihavaintojen välistä riippuvuutta, satelliittihavaintojen koko ilmapilarin pitoisuuksista arvioitiin NO2:n ja CO:n maanpintapitoisuudet seuranta-alueille. Satelliittimittauksista arvioitu NO2:n vuosikeskiarvo pääkaupunkiseudulle on 28 μg/m3 ja muualla pääasiassa 10‒15μg/m3. Vastaavasti, CO:n vuosikeskiarvot Suomessa vaihtelevat pääasiassa välillä 160‒164μg/m3 eli olivat noin 0,16 mg/m3.

Moisture damage can influence the subjective assessment of indoor air quality (subjective IAQ) in various ways. We studied whether the frequency of symptoms reported across students at school level mediates the relationship between observed mold and dampness in a school building and students’ subjective IAQ. To answer this research question, we tested a multilevel path model. The analyzed data was created by merging two nationwide data sets: 1) survey data from students, including information on subjective IAQ (N = 24,786 students); 2) data from schools, including information on mold and dampness in a school building (N = 222). After the background variables were adjusted, schools’ observed mold and dampness was directly and significantly related to poor subjective IAQ (standardized beta (β)= 0.22, p = 0.002). In addition, in schools with mold and dampness, students reported significantly more symptoms (β = 0.22, p = 0.023) than in schools without; the higher the prevalence of symptoms at school level, the worse the students’ subjective IAQ (β = 0.60, p < 0.001). This indirect path was significant (p = 0.023). In total, schools’ observed mold and dampness and student‐reported symptoms explained 52 % of the between‐school variance in subjective IAQ. peerReviewed

Katupölyn syntyyn vaikuttavat monet tekijät, ja sen on tutkimusten mukaan osoitettu olevan pääosin mineraaliperäistä karkean kokoluokan pölyä. Ongelmaksi katupöly muodostuu silloin, kun hiukkaset päätyvät hengitysilmaan ja aiheuttavat sitä kautta viihtyvyys- ja terveyshaittoja, erityisesti kaupunkien asukkaille. Tutkimushankkeen ”Katupölyn lähteet, päästövähennyskeinot ja ilmanlaatuvaikutukset” (KALPA) tavoitteena oli selvittää katupölypitoisuuksiin vaikuttavia tekijöitä ja eri lähteiden osuuksia erilaisissa katukohteissa sekä tunnistaa lupaavampia päästövähennysmahdollisuuksia ja edesauttaa niiden käyttöönottoa. Tämä raportti käsittelee KALPA-hankkeen kolmannessa vaiheessa (KALPA3), vuosina 2019–2020, tehtyjä tutkimuksia. KALPA-hankkeen neljän ensimmäisen vuoden tulokset on aiemmin (2019) raportoitu HSY:n julkaisusarjassa. KALPA-hanke on jatkoa aiemmille REDUST- ja KAPU- katupölyhankkeille. Hankkeen toteuttajat olivat Suomen ympäristökeskus (SYKE) ja Metropolia Ammattikorkeakoulu. Hankkeessa käytettiin erilaisia metodeja katupölypäästöjen tarkasteluun. Metropolia Ammattikorkeakoulun Nuuskija-autolla mitattiin katupölypäästöjä (PM10 ja PM2,5, eli halkaisijaltaan alle 10 tai alle 2,5 mikrometrin hiukkaset) kaupunkien katuverkoilla, työmaakohteissa ja korkean nopeuden pääväyläkohteissa sekä testattiin erilaisten pesulaitteiden ja -menetelmien tehoa pölynpoistossa. Mittauksia täydennettiin toisella mittausajoneuvolla (TRAKER-menetelmään perustuva Vectra) ja Wet Dust Samplerilla (WDS) suoritetuilla mittauksilla. WDS-mittalaitteella saadaan tietoa tienpinnassa olevasta pölyvarastosta, ja sitä hyödynnettiin mm. pesulaitetestien yhteydessä. KALPA-hankkeessa aikaisemmin tehtyjen nastarengasmittausten tuloksia verrattiin yliajotestillä saatuihin renkaiden kulumatuloksiin. Lisäksi hankkeessa käytettiin NORTRIP-katupölymallia hiekoituksen ilmanlaatuvaikutuksen tarkasteluun ja katupölyn lähteiden arvioimiseen sekä havainnollistettiin nastarengasosuuden laskemisen vaikutusta ilmanlaatuun hengitettävien hiukkasten osalta. NORTRIP-mallilla laskettuja päästökertoimia käytettiin lisäksi kansallisessa FRES-mallissa, jonka avulla arvioitiin katupölyn merkittävyyttä koko Suomen tasolla. FRES-mallilla toteutetun arvion mukaan katupölypäästöt muodostivat 34 % PM10-kokonaispäästöistä ja 5,5 % PM2,5- kokonaispäästöistä Suomessa vuonna 2015.

Environmental Protection Agencies (EPAs) have been involved in citizen science initiatives for decades, engaging with citizens with the goal of protecting and restoring our environment. Yet the data and knowledge generated and the possibilities for engaging citizens have grown significantly in the last decades thanks to the recent developments in mobile technologies and the access to internet, resulting in a transformation of how environmental protection can be done. This perspective provides some examples on how European EPAs and their partners are currently addressing key environmental challenges and exploring new institutional approaches by bringing in citizen science data and methods. It also points out challenges that need to be addressed to fully realize the potential of citizen science as a complement to the monitoring efforts by these agencies. Finally, it presents the Interest Group on Citizen Science of the Network of the Heads of Environmental Protection Agencies (EPA Network), an informal forum where EPAs across Europe share examples and bring together strategic insights on citizen science approaches into their daily activities.

Raportissa kuvataan hyviä käytäntöjä parhaan käyttökelpoisen tekniikan (BAT) päästötasoja lievempien päästöraja-arvojen (ympäristönsuojelulain 78 §) hakemiseen ja arvioimiseen teollisuuspäästödirektiivin mukaisten ns. direktiivilaitosten (teollisuuspäästödirektiivi 2010/75/EU) ympäristölupaprosesseissa. Keskeiset suositukset hyviksi käytännöiksi ovat: 1) Päästöjen vähentämisen kustannukset (nettoarvo kokonaiskustannuksista eli pääoma- ja käyttökustannukset yhteensä) tulisi arvioida nykyarvona. 2) Ympäristöhyödyt tulisi arvioida rahamääräisesti silloin kun yleisesti hyväksyttyjä, tapaukseen soveltuvia menetelmiä on käytettävissä. Muussa tapauksessa ympäristöhyödyt arvioidaan laadullisesti. 3) Ilmapäästöjen menetettyjen ympäristöhyötyjen arvioinnissa suositellaan käytettäväksi ensisijaisesti alueellisesti tarkennetun IHKU-mallin (Suomen oloihin laadittu ilmapäästöjen haittakustannusmalli) tuloksia. Niille ilman epäpuhtauksien päästöille, joille ei voida soveltaa IHKUmallia, voidaan käyttää Euroopan ympäristökeskuksen julkaisemia ympäristökustannuksia Suomen oloissa. 4) Vesipäästöjen aiheuttamien ympäristöhaittojen euromääräiseen arvottamiseen BAT-poikkeamien yhteydessä ei ole toistaiseksi käytettävissä EU-tasolla yleisesti hyväksyttyjä menetelmiä tai lähestymistapoja. Vesipäästöjen osalta arvioidaan ensimmäisessä vaiheessa, syntyykö rahamääräisesti arvotettavissa olevaa ympäristöhaittaa. Jos tällaista ympäristöhaittaa arvioidaan syntyvän, sovelletaan tapauskohtaisesti Suomessa käytettyjä arvottamismenetelmiä ja yksikköhaittakustannuksia, esimerkiksi vesienhoidollisia kunnostuskustannuksia. Kaikissa tapauksissa rahamääräistä arvottamista ei kuitenkaan pystytä tekemään ja on tyydyttävä ympäristövaikutusten ja niistä aiheutuvien haittojen kuvaamiseen ilman arvottamista. 5) Jotta poikkeama voidaan myöntää, tulisi investoinnin kustannusten olla selvästi ympäristöhyötyjä suuremmat. BAT-poikkeuksen käsittelyn kokonaisharkinnassa lupaviranomainen voi ottaa huomioon myös muita näkökohtia kuten tasapuolisuus suhteessa muihin laitoksiin sekä tilan puutteen ja prosessin erityispiirteiden vaikutukset BAT-tekniikan käyttöönottoon. Joissakin tapauksissa laadulliset arviot ja tapauskohtainen harkinta voivat olla tarkoituksenmukaisin lähestymistapa kokonaisarvion tekemiseksi.

Residential wood combustion (RWC) is an important contributor to air quality in numerous regions worldwide. This study is the first extensive evaluation of the influence of RWC on ambient air quality in several Nordic cities. We have analysed the emissions and concentrations of PM classCombining double low line"inline-formula" 2.5 in cities within four Nordic countries: in the metropolitan areas of Copenhagen, Oslo, and Helsinki and in the city of Umeä. We have evaluated the emissions for the relevant urban source categories and modelled atmospheric dispersion on regional and urban scales. The emission inventories for RWC were based on local surveys, the amount of wood combusted, combustion technologies and other relevant factors. The accuracy of the predicted concentrations was evaluated based on urban concentration measurements. The predicted annual average concentrations ranged spatially from 4 to 7  classCombining double low line"inline-formula" μg m-3 (2011), from 6 to 10  classCombining double low line"inline-formula" μg m-3 (2013), from 4 to more than 13  classCombining double low line"inline-formula" μg m-3 (2013) and from 9 to more than 13  classCombining double low line"inline-formula" μg m-3 (2014), in Umeä, Helsinki, Oslo and Copenhagen, respectively. The higher concentrations in Copenhagen were mainly caused by the relatively high regionally and continentally transported background contributions. The annual average fractions of PM classCombining double low line"inline-formula" 2.5 concentrations attributed to RWC within the considered urban regions ranged spatially from 0 % to 15 %, from 0 % to 20 %, from 8 % to 22 % and from 0 % to 60 % in Helsinki, Copenhagen, Umeä and Oslo, respectively. In particular, the contributions of RWC in central Oslo were larger than 40 % as annual averages. In Oslo, wood combustion was used mainly for the heating of larger blocks of flats. In contrast, in Helsinki, RWC was solely used in smaller detached houses. In Copenhagen and Helsinki, the highest fractions occurred outside the city centre in the suburban areas. In Umeä, the highest fractions occurred both in the city centre and its surroundings.

Indoor air problems in schools appear to influence learning outcomes and absence rates. However, previous research has not investigated whether indoor air problems influence the social climate of schools. Therefore, we studied whether indoor air problems observed in schools associate with students' perceptions of the teacher-student relationship and class spirit. The nationwide sample of Finnish schools (N = 194 schools/27153 students) was analyzed using multilevel structural equation modeling. Data on the schools' social climate collected from students were merged with independently collected data on observed indoor air problems from school principals. We found that the teacher-student relationship was reported to be worse in schools with observed indoor air problems compared to those without observed indoor air problems. Furthermore, the reported class spirit was worse in schools with observed indoor air problems, but only among students with a high grade point average. Our findings indicate that indoor air problems may affect the student-perceived social climate. peerReviewed

Sähköistä detektiota hyödyntävillä anturiteknologioilla on jo pitkään voitu havaita ilman pienhiukkasia, jotka ovat liian pieniä optisella detektiolla havaittaviksi. Valitettavasti näiden sähköisten menetelmien mittaamien signaalien muuntaminen yleisesti käytetyiksi lukumäärä- tai massapitoisuuksiksi ei ole triviaalia mitattavan hiukkasjakauman ollessa tuntematon. Tämän työn tavoitteena oli tutkia sähköiseen detektioon perustuvien anturiteknologioiden soveltuvuutta 10 nm – 1 µm hiukkasten lukumäärä- ja massapitoisuuden määrittämiseen kaupunkiympäristössä. Neljän eri anturin suorituskykyä mallinnettiin hyödyntäen teoreettisia lognormaaleja jakaumia sekä Pekingistä, Nanjingista ja Delhistä mitattua todellista hiukkasjakaumadataa. Mallinnettavat anturit olivat varaajasta ja Faradayn kupista koostuva yksinkertainen anturi, NanoTracer, miniature DiSC sekä tämän työn tekemisen yhteydessä kehitetty uusi sähköiseen detektioon perustuva anturi (EPS). Mallinnuksen lisäksi EPS:n toimintaa tutkittiin laboratorioprototyypin avulla. Mallinnuksen perusteella yksinkertaisen anturin suorituskyky lukumäärä- ja massapitoisuutta mitattaessa oli heikko. NanoTracerin suorituskyky oli hyvä lukumäärää mitattaessa mutta massan mittaukseen anturi ei sovellu. Miniature DiSC ja EPS suoriutuivat hyvin sekä lukumäärä- että massapitoisuuden määrityksessä – massapitoisuuden määrityksessä EPS oli selkeästi mallinnetuista antureista paras. Antureiden malleja kehitettäessä ja antureita mallintaessa havaittiin, että antureiden käyttämillä algoritmeilla ja niiden sopivuudella mittaustilanteeseen on merkittävä vaikutus anturin suorituskykyyn. Erityisesti NanoTracerin ja EPS:n suorituskykyä mallinnetuissa kaupunkiolosuhteissa voitaisiin parantaa tekemällä muutoksia antureissa käytettyihin algoritmeihin. EPS:n prototyypin epäsuora diffuusiovaraaja, nollannen kertaluvun liikkuvuusanalysaattori sekä suodattimella varustettu Faradayn kuppi ja elektrometri karakterisoitiin laboratoriomittauksin. Mittauksien perusteella komponenttien suorituskyky oli sopivalla tasolla EPS:n mittausperiaatteen testaamista varten. EPS:n mittausperiaatteen toimivuutta testattiin lognormaaleilla hiukkaskokojakaumilla, joiden CMD vaihteli välillä 25-634 nm. Jakauman CMD:n ollessa välillä 25-68 nm EPS:n mittaama lukumääräjakauma noudatti pääpiirteissään SMPS:llä mitattua. EPS:llä mitatuista jakaumista lasketut lukumäärä- ja massapitoisuudet korreloivat hyvin SMPS:n mittaamien pitoisuuksien kanssa selitysasteiden ollessa R² = 0,90 ja R² = 0,98. Sensor technologies utilizing electrical detection have long been capable of detecting particles that are too small to be detected utilizing optical detection. Unfortunately conversion of the signals measured by the electrical technologies to number or mass concentration is not trivial when particle size distribution being measured is unknown. Objective of this work was to study applicability of electrical detection based sensor technologies for determination of 10 nm – 1 µm particle number and mass concentration in urban environment. Performance of four different sensors was modeled utilizing both theoretical lognormal distributions and real particle size distribution data from Beijing, Nanjing and Delhi. Sensors being modeled were a simple sensor comprised of charger and Faraday cup, NanoTracer, miniature DiSC and a novel electrical detection based sensor (EPS) that was being developed in parallel with this work. In addition to modeling operation principle of the EPS was studied with a laboratory prototype. Based on the modeling performance of the simple sensor was weak in both measuring number and mass concentration. Performance of NanoTracer was good measuring particle number but the sensor is not suitable for mass measurements. Miniature DiSC and EPS performed well in measuring mass and number concentration – in measuring mass concentration EPS was clearly best of the modeled sensors. While developing models for sensors it was observed that algorithms utilized in the sensors and applicability of them for the measurement situation have significant impact on the performance of the sensor in the application. Especially NanoTracer’s and EPS’s performance in urban environment could further be improved by implementing some algorithm modifications. Components of the EPS prototype, indirect diffusion charger, zeroth order mobility analyzer and Faraday cup equipped with a filter were characterized with laboratory measurements. Based on the measurements performance of the components was sufficient for testing EPS’s operation principle. EPS’s operation principle was tested with lognormal particle size distributions with CMD of 25-634 nm. While CMD was 25-68 nm particle size distribution measured by the EPS agreed reasonably well with SMPS. Number and mass concentrations computed from the particle size distributions measured by the EPS correlated well with the ones measured by the SMPS, coefficients of determination were R² = 0.90 and R² = 0.98.

Health effect estimates depend on the methods of evaluating exposures. Due to non-linearities in the exposure-response relationships, both the predicted mean exposures as well as its spatial variability are significant. The aim of this work is to systematically quantify the impact of the spatial resolution on population-weighted mean concentration (PWC), its variance, and mortality attributable to fine particulate matter (PM2.5) exposure in Finland in 2015. The atmospheric chemical transport model SILAM was used to estimate the ambient air PM2.5 concentrations at 0.02° longitudinal × 0.01° latitudinal resolution (ca. 1 km), including both the national PM2.5 emissions and the long-range transport. The decision-support model FRES source-receptor matrices applied at 250-m resolution was used to model the ambient air concentrations of primary fine particulate matter (PPM2.5) from local and regional sources up to 10 km and 20 km distances. Numerical averaging of population and concentrations was used to produce the results for coarser resolutions. Population-weighted PM2.5 concentration was 11% lower at a resolution of 50 km, compared with the corresponding computations at a resolution of 1 km. However, considering only the national emissions, the influences of spatial averaging were substantially larger. The average population-weighted local PPM2.5 concentration originated from Finnish sources was 70% lower at a resolution of 50 km, compared with the corresponding result obtained using a resolution of 250 m. The sensitivity to spatial averaging, between the finest 250-m and the coarsest 50-km resolution, was highest for the emissions of PPM2.5 originated from national vehicular traffic (about 80% decrease) and lowest for the national residential combustion (60% decrease). Exposure estimates in urban areas were more sensitive to the changes of model resolution (14% and 74% decrease for PM2.5 and local PPM2.5, respectively), compared with estimates in rural areas (2% decrease for PM2.5 and 36% decrease for PPM2.5). We conclude that for the evaluation of the health impacts of air pollution, the resolution of the model computations is an important factor, which can potentially influence the predicted health impacts by tens of percent or more, especially when assessing the impacts of national emissions.

Tämän työn tavoitteena oli määrittää yksinkertainen menetelmä, jolla voidaan mitoittaa pienille energiantuotantoyksiköille ilmanlaadun kannalta riittävä piipunkorkeus. Työssä arvioitiin päästöjen leviämismallilaskelmien avulla polttoaineteholtaan 1–5 MW kokoisten uusien energiantuotantoyksiköiden ilmanlaatuvaikutuksia ja selvitettiin niille sopivaa piipunkorkeutta. Leviämismallitarkastelut tehtiin erikseen seitsemän eri polttoaineen rikkidioksidi-, typenoksidi- ja hiukkaspäästöille. Polttoaineet olivat turve, puupelletit, kokopuuhake, bioöljy, raskas polttoöljy, kevyt polttoöljy ja maakaasu. Raskaasta polttoöljystä tarkasteltiin erikseen öljyä, joka sisältää 0,1 paino-% rikkiä ja öljyä, joka sisältää 0,2 paino-% rikkiä. Laskelmissa tarkasteltiin erikseen polttoaineteholtaan 1, 3 ja 5 MW kokoisten energiantuotantoyksiköiden päästöjen aiheuttamia ulkoilman pitoisuuksia laitosten ympäristössä. Laskelmissa käytettiin lähtötietoja, jotka parhaiten kuvaavat keskimääräisiä olosuhteita tyypillisissä tämän kokoisissa energiantuotantoyksiköissä. Päästöjen leviämislaskelmat tehtiin Ilmatieteen laitoksella kehitetyllä leviämismallilla UDM-FMI. Tarkastelujen avulla muodostettiin polttoainekohtaiset mitoituskäyrät polttoaineteholtaan 1–5 MW:n uusien energiantuotantoyksiköiden piipunkorkeuksille tasaisessa maastossa. Lisäksi tarkasteltiin erikseen läheisen maastoesteen tai lähirakennuksen vaikutusta syntyviin pitoisuuksiin ja määritettiin esteen vaikutuksesta piipunkorkeuteen tarvittava lisäkorkeus.

Suomen ilmanlaadun seurantaa säätelevät suurelta osin EU:n ilmanlaatua koskevat direktiivit. Ilman epäpuhtauksien pitoisuuksia säädellään sitovien raja-arvojen ja tavoitearvojen avulla. Myös kansalliset ohjearvot ovat edelleen voimassa ja niitä käytetään suunnittelun tukena, mutta niiden merkitys on vähenemässä. Raja-arvoja valvoviksi asemiksi kutsutaan niitä ilmanlaadun mittausasemia, jotka täyttävät ilmanlaatudirektiivien kriteerit ja joiden pitoisuustiedot toimitetaan EU:lle. Raja-arvopitoisuuksia valvovien mittausasemien lisäksi ilmanlaatua seurataan mittausverkoissa laajalti erilaisista paikallisista tarpeista, mikä on ollut aikanaan lähtökohta useimpien ilmanlaatumittausten aloittamiselle. Ilmanlaatua seurataan ensisijaisesti hyvän ilmanlaadun turvaamiseksi paikallisille asukkaille ja ympäristölle. Ilmanlaatua mitataan lisäksi muun muassa yksittäisten päästölähteiden vaikutusten arvioimiseksi, asukkaiden valitusten vuoksi, ympäristölupaehtojen täyttämiseksi sekä jatkuvan ilmanlaadun seurannan tarvetta arvioitaessa. Tämä ohje koskee ilmanlaadun mittaamista osana ilmanlaadun seurantaa. Ohjeessa käsitellään ilmanlaatulainsäädäntöä, mittaustarpeen arviointia, mittausten suunnittelua, tekemistä ja laadunvarmennustoimenpiteitä, laatujärjestelmän sisältöä, raportointia sekä tiedottamista. Ohjeen tarkoituksena on kehittää mittausten laatua, luotettavuutta, edustavuutta ja vertailtavuutta sekä luoda edellytyksiä ilmanlaadun mittaustulosten monipuoliselle hyödyntämiselle. Ilmatieteen laitos päivitti ilmanlaadun mittausohjetta edellisen kerran vuonna 2004 ja nyt mittausohjetta on edelleen laajennettu ja päivitetty ajan tasalle.

Global warming has set in motion a trend for cutting energy costs to reduce the carbon footprint. Reducing energy consumption, cutting greenhouse gas emissions and eliminating energy wastage are among the main goals of the European Union (EU). The buildings sector is the largest user of energy and CO2 emitter in the EU, estimated at approximately 40% of the total consumption. According to the International Panel on Climate Change, 30% of the energy used in buildings could be reduced with net economic benefits by 2030. At the same time, indoor air quality is recognized more and more as a distinct health hazard. Because of these two factors, energy efficiency and healthy housing have become active topics in international research. The main aims of this thesis were to study and develop a wireless building monitoring and control system that will produce valuable information and services for end-users using computational methods. In addition, the technology developed in this thesis relies heavily on building automation systems (BAS) and some parts of the concept termed the “Internet of Things” (IoT). The data refining process used is called knowledge discovery from data (KDD) and contains methods for data acquisition, pre-processing, modeling, visualization and interpreting the results and then sharing the new information with the end-users. In this thesis, four examples of data analysis and knowledge deployment are presented. The results of the case studies show that innovative use of computational methods provides a good basis for researching and developing new information services. In addition, the data mining methods used, such as regression and clustering completed with efficient data pre-processing methods, have a great potential to process a large amount of multivariate data effectively. The innovative and effective use of digital information is a key element in the creation of new information services. The service business in the building sector is significant, but plenty of new possibilities await capable and advanced companies or organizations. In addition, end-users, such as building maintenance personnel and residents, should be taken into account in the early stage of the data refining process. Furthermore, more advantages can be gained by courageous co-operation between companies and organizations, by utilizing computational methods for data processing to produce valuable information and by using the latest technologies in the research and development of new innovations. Tiivistelmä Rakennus- ja kiinteistösektori on suurin fossiilisilla polttoaineilla tuotetun energian käyttäjä. Noin 40 prosenttia kaikesta energiankulutuksesta liittyy rakennuksiin, rakentamiseen, rakennusmateriaaleihin ja rakennuksien ylläpitoon. Ilmastonmuutoksen ehkäisyssä rakennusten energiankäytön vähentämisellä on suuri merkitys ja rakennuksissa energiansäästöpotentiaali on suurin. Tämän seurauksena yhä tiiviimpi ja energiatehokkaampi rakentaminen asettaa haasteita hyvän sisäilman laadun turvaamiselle. Näistä seikoista johtuen sisäilman laadun tutkiminen ja jatkuvatoiminen mittaaminen on tärkeää. Väitöskirjan päätavoitteena on kuvata kehitetty energiankulutuksen ja sisäilman laadun monitorointijärjestelmä. Järjestelmän tuottamaa mittaustietoa on jalostettu eri loppukäyttäjiä palvelevaan muotoon. Tiedonjalostusprosessi koostuu tiedon keräämisestä, esikäsittelystä, tiedonlouhinnasta, visualisoinnista, tulosten tulkitsemisesta ja oleellisen tiedon välittämisestä loppukäyttäjille. Aineiston analysointiin on käytetty tiedonlouhintamenetelmiä, kuten esimerkiksi klusterointia ja ennustavaa mallintamista. Väitöskirjan toisena tavoitteena on tuoda esille jatkuvatoimiseen mittaamiseen liittyviä haasteita sekä rohkaista yrityksiä ja organisaatioita käyttämään tietovarantoja monipuolisemmin ja tehokkaammin. Väitöskirja pohjautuu viiteen julkaisuun, joissa kuvataan kehitetty monitorointijärjestelmä, osoitetaan tiedonjalostusprosessin toimivuus erilaisissa tapauksissa ja esitetään esimerkkejä kuhunkin prosessivaiheeseen soveltuvista laskennallisista menetelmistä. Julkaisuissa on kuvattu energiankulutuksen ja sisäilman laadun informaatiopalvelu sekä sisäilman laatuun liittyviä data-analyysejä omakoti- ja kerrostaloissa sekä koulurakennuksissa. Innovatiivinen digitaalisen tiedon hyödyntäminen on avainasemassa kehitettäessä uusia informaatiopalveluita. Kiinteistöalalle on kehitetty lukuisia informaatioon pohjautuvia palveluita, mutta ala tarjoaa edelleen hyviä liiketoimintamahdollisuuksia kyvykkäille ja kehittyneille yrityksille sekä organisaatioille.

Tässä tutkimuksessa kartoitettiin ilmanlaadun tilaa Pirkanmaalla 2000-luvulla, selvitettiin sen seurannan tarvetta ja esitettiin erilaisia kehitysehdotuksia ilmanlaadun parantamiseksi alueella. Päästötietoja tutkittiin niin liikenteen, energiantuotannon ja teollisuuden kuin maataloudenkin osalta. Liikenteen päästötiedot saatiin VTT:n LIPASTO-järjestelmästä, energiantuotannon ja teollisuuden tiedot ympäristöhallinnon VAHTI-järjestelmästä ja maa-talouden päästötiedot taas ympäristöhallinnon Hertta-järjestelmästä. Ilmanlaadun seuran-nan tarvetta ja kuntien merkittävimpiä päästölähteitä kartoitettiin Pirkanmaan kuntiin lähe-tetyn kyselyn avulla. Liikenteen päästöjen havaittiin laskeneen huolimatta ajoneuvokannan sekä polttoaineenku-lutuksen kasvusta. Myös teollisuuden ja energiantuotannon päästömäärien havaittiin laske-neen entisestään 2000-luvulla huolimatta puutteista ja ongelmista päästötiedoissa. Maata-louden osalta päästöjen lasku ei ole ollut yhtä selkeää, vaan päästömäärät vaihtelivat vuo-sittain. Ilmanlaadun seurannan osalta tarvetta laajemmille tutkimuksille esimerkiksi bioin-dikaattorikartoituksille ilmeni ympäri Pirkanmaata, kun taas ilmanlaadun mittausten jat-kumista toivoivat lähinnä sitä jo harjoittavat kunnat. Merkittävimmiksi päästölähteiksi osoittautuivat energiantuotanto ja liikenne. Ilmanlaadun kehittämisen osalta ongelmakohdiksi tutkimuksessa nousivat liikenne, pien-poltto, maatalous, turvetuotanto, teollisuus ja energiantuotanto sekä mittausten ja tutkimus-ten vähäinen määrä. Kehitysehdotuksiin taas kuuluivat oleellisena osana alueidenkäyttö sekä kaavoitus, uudet päästöjen ja katupölyn puhdistustekniikat, polttoaineiden ja -laitteiden valinta, joukkoliikenteen lisäys sekä tiedotus. Uudet ilmanlaadun tutkimukset ja mittausten yhtenäistäminen sekä teollisuus- ja energiantuotantolaitosten velvoitemittausten uudistaminen kuuluivat myös tämän tutkimuksen esittämiin kehitysehdotuksiin.

Uudenmaan ympäristökeskuksen seuranta-alueen ilmanlaatu oli vuosina 2004–2008 enimmäkseen hyvä tai tyydyttävä. Ilmanlaatu heikkeni kuitenkin ajoittain huonoksi tai erittäin huonoksi, kun hengitettävien hiukkasten pitoisuudet kohosivat hyvin korkeiksi suurimmissa taajamissa. Katujen keväinen pölyäminen oli suurin syy korkeisiin hengitettävien hiukkasten pitoisuuksiin. Vuosina 2004–2008 tehdyissä mittauksissa ei kuitenkaan havaittu hengitettävien hiukkasten raja-arvojen ylityksiä. Hengitettävien hiukkasten pitoisuuksille annettu vuorokausiohjearvo sen sijaan ylittyi ajoittain. Pääkaupunkiseudulla ja Lohjalla tehtyjen mittausten perusteella voidaan arvioida, että pienhiukkasten pitoisuudet olivat vuosipitoisuudelle annetun tavoite- ja raja-arvon alapuolella. Typpidioksidin ja typenoksidien pitoisuudet eivät ylittäneet vuosina 2004–2008 raja- tai ohjearvoja Uudenmaan seuranta-alueen mittausasemilla. Myös passiivikeräinmenetelmällä yhdeksän kunnan alueella määritetyt typpidioksidin pitoisuudet olivat selvästi vuosiraja-arvon alapuolella. Pääkaupunkiseudulla, Porvoon Kilpilahden teollisuusalueen ympäristössä la tehtyjen mittausten perusteella voidaan arvioida, että otsonipitoisuudet ylittivät Uudenmaan seuranta-alueella sekä terveys- että kasvillisuusperusteiset pitkän ajan tavoitteet. Kuitenkaan vuodelle 2010 annetut tavoitearvot eivät ylittyneet. Pääkaupunkiseudulla tehtyjen mittausten ja päästökartoitusten perusteella rikkidioksidipitoisuudet olivat seurantaalueella pääosin alhaisia eivätkä ylittäneet raja-arvoja. Samoin voidaan olettaa, että hiilimonoksidin, bentseenin ja lyijyn pitoisuudet olivat raja-arvojen alapuolella ja arseenin, kadmiumin ja nikkelin pitoisuudet vastaavasti tavoitearvoja alhaisempia. Polyaromaattisten hiilivetyjen pitoisuuksista on riittämättömästi tietoja toistaiseksi. On kuitenkin mahdollista, että bentso(a)pyreenin tavoitearvo ylittyi tiiviillä pientaloalueilla, joilla poltetaan paljon puuta tulisijoissa. Uudenmaan seuranta-alueella merkittävin ilmanlaatua heikentävä päästölähde on autoliikenne. Vuosina 2004–2007 liikennesuorite kasvoi Uudenmaan seuranta-alueella ja kääntyi lievään laskuun vuonna 2008 taloudellisen taantuman seurauksena. Liikenteen päästöt ovat seurantajaksolla vähentyneet 15–25 %. Myös alueen pienpolton päästöt ovat merkittäviä ja matalan päästökorkeuden takia niiden haitat voivat olla huomattavia asuinalueilla. Energiantuotannon päästöt vaihtelevat suuresti vuosittain teollisuuden energiantarpeesta, vesivoiman saatavuudesta ja sähköntuonnista riippuen. Teollisuuden hiukkaspäästöt laskivat ja haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt kasvoivat jonkin verran vuosina 2004–2008. Teollisuuden typenoksidien päästöt pysyivät likimain ennallaan. Vuosina 2004–2005 toteutetussa bioindikaattoriseurannassa ilman epäpuhtauksien vaikutukset näkyivät mäntyjen runkojäkälissä sekä neulasten rikki- ja typpipitoisuuksissa. Muutokset olivat selvimpiä alueilla, joilla myös ilman epäpuhtauksien kuormitus oli suurin. Aiempiin seurantoihin verrattuna liikenteen typenoksidipäästöjen vaikutusalue oli laajentunut liikennemäärien kasvun ja asutuksen levittäytymisen seurauksena.

Tämän raportin tavoitteena oli kartoittaa ilmanlaadun tilaa Pirkanmaalla 2000 -luvulla, selvittää sen seurannan tarvetta ja esittää erilaisia kehitysehdotuksia ilmanlaadun parantamiseksi alueella. Päästötietoja tutkittiin niin liikenteen, energiantuotannon ja teollisuuden kuin maataloudenkin osalta. Liikenteen päästötiedot saatiin VTT:n Lipasto -järjestelmästä, energiantuotannon ja teollisuuden tiedot ympäristöhallinnon Vahti -järjestelmästä ja maatalouden päästötiedot taas ympäristöhallinnon Hertta -järjestelmästä. Ilmanlaadun seurannan tarvetta ja kuntien merkittävimpiä päästölähteitä kartoitettiin Pirkanmaan kuntiin lähetetyn kyselyn avulla. Liikenteen päästöjen havaittiin laskeneen huolimatta ajoneuvokannan sekä polttoaineenkulutuksen kasvusta. Myös teollisuuden ja energiantuotannon päästömäärien havaittiin laskeneen entisestään 2000 -luvulla huolimatta puutteista ja ongelmista päästötiedoissa. Maatalouden osalta päästöjen lasku ei ole ollut yhtä selkeää, vaan päästömäärät vaihtelivat vuosittain. Ilmanlaadun seurannan osalta tarvetta laajemmille tutkimuksille esimerkiksi bioindikaattoreille ilmeni ympäri Pirkanmaata, kun taas ilmanlaadun mittausten jatkumista toivoivat lähinnä sitä jo harjoittavat kunnat. Merkittävimmiksi päästölähteiksi kohosivat energiantuotanto ja liikenne. Ilmanlaadun kehittämisen osalta ongelmakohdiksi raportissa nousivat liikenne, pienpoltto, maatalous, turvetuotanto, teollisuus ja energiantuotanto sekä mittausten ja tutkimusten vähäinen määrä. Kehitysehdotuksiin taas kuuluivat oleellisena osana alueidenkäyttö sekä kaavoitus, uudet päästöjen ja katupölyn puhdistustekniikat, polttoaineiden ja -laitteiden valinta, joukkoliikenteen lisäys sekä tiedotus. Mittausten ja tutkimusten osalta uudet tutkimukset ja mittausten yhtenäistäminen sekä teollisuus- ja energiantuotantolaitosten velvoitemittausten toteutus kuuluivat myös raportin esittämiin kehitysehdotuksiin.

Vuonna 2007 Uudenmaan ja Itä-Uudenmaan maakuntien ilmanlaatua seurattiin ja arvioitiin vuonna 2003 laaditun seurantaohjelman mukaisesti. Hengitettävien hiukkasten ja typen oksidien pitoisuuksia mitattiin jatkuvatoimisesti Porvoossa ja Lohjalla. Lisäksi typpidioksidipitoisuuksia mitattiin passiivikeräimillä alueen yhdeksässä kunnassa. Seurannan tavoitteena on arvioida jokaisen kunnan ilmanlaatua. Seurannan pohjaksi tehtiin liikenteen ja muiden merkittävien päästölähteiden kartoitus. Vuonna 2007 seuranta-alueen typenoksidipäästöt pienenivät noin kymmenesosalla vuoteen 2006 verrattuna, mutta hiukkas- ja VOC- päästöt nousivat 4–5 %. Rikkidioksidipäästöt pysyivät edellisvuoden tasolla. Alueen merkittävin ilmanlaatua heikentävä päästölähde on autoliikenne. Suuntaa-antavien arvioiden mukaan myös kotitalouksien tulisijojen ja öljylämmityskattiloiden tuottamat päästöt ovat merkittäviä. Autoliikenteen päästöt purkautuvat suoraan hengityskorkeudelle, ja siten niillä on päästöosuuttaan suurempi vaikutus ilmanlaatuun. Vaikka autoliikenteen suorien hiukkaspäästöjen osuus on pieni kokonaispäästöistä, liikenne aiheuttaa epäsuorasti huomattavia hiukkaspäästöjä nostattamalla pölyä ilmaan kaduilta ja teiltä. Päästöt ja siten myös pitoisuudet ovat suurimmat vilkasliikenteisten valtaväylien läheisyydessä. Pienpolton vaikutus hengitysilman laatuun on merkittävä, koska päästöt purkautuvat matalista piipuista asuinalueilla. Alueella on yksi erittäin suuri teollisuusalue Kilpilahdessa Porvoossa. Muita merkittäviä yksittäisiä päästölähteitä ovat voimalaitokset Inkoossa ja Lohjalla, terästehdas Hangossa sekä Hyvinkäällä sijaitseva lasivillatehdas. Lisäksi alueella on muutamia teollisuuslaitoksia, joilla on suurehkot hiukkaspäästöt ja matala päästökorkeus. Siten ne voivat aiheuttaa paikallisesti kohonneita pitoisuuksia. Suurin osa alueen energiantuotantolaitoksista on pieniä lämpö- ja voimalaitoksia. Niiden päästöt ovat kohtalaisen pieniä, ja ne purkautuvat kymmeniä metrejä korkeista piipuista eivätkä yleensä aiheuta korkeita pitoisuuksia joitakin poikkeuksia lukuun ottamatta. Vuoden 2007 keväällä pölykausi jäi edellisvuosia lyhyemmäksi leudon ja vähälumisen talven sekä varhaisen kevään vuoksi. Hiukkaspitoisuudet kohosivat kuitenkin aika ajoin hyvinkin korkeiksi. Typpidioksidin pitoisuudet olivat hieman alhaisemmat kuin edellisvuosina. Kaukokulkeutuneet pienhiukkaset heikensivät Uudenmaan ja Itä- Uudenmaan ilmanlaatua poikkeuksellisen vähän vuonna 2007. Myös pääasiassa kaukokulkeumana tulevan otsonin pitoisuudet olivat selvästi edellisvuosia alhaisempia. YTV:n tekemän selvityksen perusteella Uudenmaan ympäristökeskuksen seuranta-alueen ilmanlaatu on enimmäkseen melko hyvä. Hengitettävien hiukkasten pitoisuudet kohoavat ajoittain korkeiksi suurimmissa taajamissa. Katujen keväinen pölyäminen aiheuttaa korkeat hengitettävien hiukkasten pitoisuudet, ja niihin voidaan vaikuttaa katujen kunnossapitoa tehostamalla. Myös typpidioksidin pitoisuudet saattavat nousta ajoittain korkeiksi vilkasliikenteisissä ympäristöissä kevään heikkotuulisissa tilanteissa. Puun pienpoltolla on vaikutuksia ilmanlaatuun pientaloalueilla, mutta näitä vaikutuksia on toistaiseksi riittämättömästi tutkittu. Otsonipitoisuudet ovat keväisin korkeita erityisesti taajamien ulkopuolella.

Tässä julkaisussa esitetään ilmanlaadun seurantaohjelma Uudenmaan ympäristökeskuksen (alue nro 1) ja pääkaupunkiseudun (alue nro 14) seuranta-alueille vuosiksi 2009-2013. Painopiste on Uudenmaan ympäristökeskuksen alueessa ja pääkaupunkiseutua käsitellään vain lyhyesti. Seurannan vaatimukset ja puitteet määritellään EU:n direktiiveissä, joiden säännökset on sisällytetty ympäristönsuojelukiin ja- asetukseen sekä ilmanlaatuasetukseen. Alueen 1 kunnat aloittivat Uudenmaan ympäristökeskuksen kanssa yhteisen seurannan vuonna 2004. Seuranta Uudenmaan ympäristökeskuksen alueella muodostuu seuraavista vuosittain tehtävistä osista: • Jatkuva hengitettävien huikkasten ja typenoksidien mittaus Lohjalla. • Jakuva hengitettävien huikkasten ja typenoksidien mittaus Tuusulassa, Keravalla, Järvenpäässä, Porvoossa ja Hyvinkäällä vuoden jakso kussakin kaudella 2009-2013. • Typpidioksidipitoisuuksien määritys passiivikeräimillä valtateiden läheltä yhdeksässä suurimmassa kunnassa noin kolmessa pisteessä kussakin. • Päätökartoitus kussakin kunnassa (tieliikenteen päästöt teittäin, pistepäästöt). • Raportti tuloksista koko alueelta ja kunnittain. Lisäksi mäntyjen päällysjäkälien kunto kartoitetaan vuonna 2009 ja pienpolton päästöjen vaikutusta arvioidaan vaiheittain usean vuoden aikana. YTV on huolehtinut pääkaupunkiseudun kuntien ilmanlaadun mittauksista pitkään. Tästä on tehty erikseen yksityiskohtainen ohjelma. Raportointivaiheessa kummankin seurannan tuloksia käytetään ristiin toistensa tukena ja lisätietona. Jäkäläkartoitus on molemmille seuranta-alueille yhteinen. Seurannan 1 toteutuksesta huolehtii kuntien, Uudenmaan ympäristökeskuksen ja maakunnan littojen edustajista muodostettu yhteistyöryhmä. Kirjallisen vuosiraportin lisäksi tuloksista tiedotetaan osakkaiden ja YTV:n verkkosivuilla.