Correlation between urban form and PM2.5 concentration — Evidence from the New York metropolitan Area and Shanghai city

With the development of the economy and society, air pollution has posed a huge threat to public health around the world, especially to people who live in urban areas. Typically, urban development patterns can be roughly divided into compact cities and urban sprawl. In recent years, the relationship between urban form and air quality (especially PM2.5) is gaining more and more attention from urban planners, environmentalists, and governments. This study is focusing on The New York metropolitan area and Shanghai city, which are both megacities but with different urban spatial forms. For both study areas,there are five main variables to measure the urban form metrics, naming Population Density, Artificial Land Area Per Ten Thousand People, Road Density, Green Land Area Ratio and Artificial Land Area Ratio. In addition, considering the impact of economic activities and public transportation, GDP per capita, Number of bus stop and Number of subway station are used as control variables. Based on the results of regression, a megacity like the New York metropolitan area with urban sprawl shows a low spatial correlation on PM2.5 concentration. Meanwhile, almost all the spatial form indicators effect on PM2.5 concentration is not significant. However, a compact megacity like Shanghai shows a diametrically opposite result. Urban form, especially population density, has a strong relationship with PM2.5 concentration. It can be predicted that a reduction in population density would lead to significant improvements on decrease the PM2.5 concentration in Shanghai. Meanwhile, increasing the ratio of green land and construction area per capita will get a positive influence on reducing PM2.5 concentration as well. Road density is not a significant factor for a megacity in both two urban forms. The way and type of energy used by vehicles on megacities maybe more critical.

Characterisation and calibration of optical counters for airborne particulate matter

Gli aerosol, sospensione colloidale in aria di particelle solide o liquide, sono parte integrante dell’atmosfera. Essi interagiscono con la radiazione solare influenzando il clima (effetto primario e secondario) e la visibilità atmosferica. Gli aerosol hanno effetti sulla salute umana con patologie degli apparati cardiovascolare e circolatorio. La presente tesi affronta alcuni aspetti critici dei contatori ottici di particelle (OPC), utilizzati per caratterizzare l’aerosol ambientale. Gli OPC si basano sullo scattering luminoso per fornire la concentrazione in numero e la distribuzione dimensionale degli aerosol in tempo reale. Gli obiettivi di questa tesi sono: 1)caratterizzare e migliorare le prestazioni di un OPC di nuova concezione (CompactOPC N1, Alphasense; in seguito COPC) rispetto a un OPC standard commerciale (Grimm 1.108; in seguito GRM); 2)realizzare un banco di prova per la calibrazione di un OPC utilizzato in camere bianche e ambienti sanitari (Laser Particle Sensor 3715-00, Kanomax; in seguito LPS). Per questa attività ha mostrato interesse un’azienda locale (Pollution Clean Air Systems S.p.A.; Budrio, BO). Le prove sperimentali sono state effettuate con aerosol indoor e con particelle monodisperse di latex polistirene (PSL) di dimensioni differenti campionando in parallelo con i diversi OPC e su filtro per osservazioni al microscopio elettronico a scansione (SEM). In questo modo si è ottenuto un valore assoluto di riferimento per la concentrazione di aerosol. I risultati ottenuti indicano un buon accordo tra le concentrazioni di particelle fornite dal GRM e quelle ottenute al SEM. Il lavoro ha inoltre permesso di migliorare le prestazioni del COPC modificando la versione di base. Inoltre, è stata effettuata la calibrazione del LPS tramite il banco di prova realizzato nella tesi. Il lavoro sperimentale è stato svolto presso il Laboratorio di Aerosol e Fisica delle Nubi dell’Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima (ISAC) del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) a Bologna.