Big data analytics for air quality monitoring and analysis over greater cairo /
Amira Nasser Mohamed Ahmed Mostafa,
Big data analytics for air quality monitoring and analysis over greater cairo / تحليلات البيانات الضخمة لمراقبة وتحليل جودة الهواء في القاهرة الكبرى by Amira Nasser Mohamed Ahmed Mostafa ; Supervisors Prof. Dr. Mohamed Magdy Mohamed Abdel Wahab, Prof. Dr. Elsayed Mohamed Abdel-Hameed Robaa, Prof. Dr. Stéphane C. Alfaro, Dr. Ashraf Saber Zakey. - 101 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2024
Bibliography: pages 91-99.
Air pollution is a critical global environmental issue with significant health and environmental impacts, particularly in urban areas like the Greater Cairo (GC), where increased urbanization and growing population density exacerbate the issue. Additionally, in the current context of climate change, the frequency and magnitude of heatwaves (HWs) have already started to increase and are foreseen to continue increasing over the future. The excess heat is considered a high risk to multiple biological systems and vital sectors; however, when this excess heat is accompanied by high air pollution episode, then it is a case of compound HW, whose risk is far greater than the risk of a simple HW, leading to an elevated rate of mortality and morbidity. This thesis examines the causes, impacts, and management of air pollution in the GC, focusing on the "Black Cloud" phenomenon, caused by agricultural burning in the Nile Delta, and the variability of the tropospheric ozone, as one of the major air pollutants, along with comparing the performance of multiple remote sensing products for ozone. This study also addresses the emerging risk of compound HWs, through investigating the HWs that hit Egypt over the recent years, along with examining the state of air quality during the period of HWs incidence. The results of the study highlighted the seriousness of the Black Cloud phenomenon, due to the major health concerns and environmental deterioration associated with it. Data analysis revealed high ozone levels during summer afternoons and decreased levels during periods of reduced industrial and traffic activities. Comparison between the Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) and the combined Global Ozone Monitoring Instrument-2 and Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI-GOME-2) showed that IASI-GOME2 outperforms AIRS in detecting ozone near the surface. This study also indicated that the particulate matter less than 10 µm in diameter (PM10) can be identified as a key factor in worsening air quality during HWs, while the response of nitrogen oxide (NO₂) and ozone was less pronounced. The 2015 HW in Egypt served as a case study, illustrating how extreme heat combined with high pollution exacerbates health risks. Finally, this thesis emphasizes the need for enhanced air quality management, stricter regulations, public awareness, and further research on heat-pollution interactions, providing a comprehensive understanding of air pollution dynamics and its implications for the GC’s public health and environment. يعد تلوث الهواء قضية بيئية عالمية بالغة الأهمية ذات تأثيرات صحية وبيئية كبيرة، وخاصة في المناطق الحضرية مثل القاهرة الكبرى، حيث يؤدي التوسع الحضري المتزايد والكثافة السكانية المتزايدة إلى تفاقم المشكلة. بالإضافة إلى ذلك، في سياق تغير المناخ الحالي، بدأت وتيرة وحجم موجات الحرارة في الزيادة بالفعل ومن المتوقع أن تستمر في الزيادة في المستقبل. تعتبر الحرارة الزائدة خطرًا كبيرًا على العديد من الأنظمة البيولوجية والقطاعات الحيوية؛ ومع ذلك، عندما تكون هذه الحرارة الزائدة مصحوبة بحلقة تلوث هواء عالية، فإنها حالة من موجات الحرارة المركبة، والتي تكون خطورتها أكبر بكثير من خطر موجات الحرارة البسيطة، مما يؤدي إلى ارتفاع معدل الوفيات والمرض. تدرس هذه الأطروحة أسباب وتأثيرات وإدارة تلوث الهواء في القاهرة الكبرى، مع التركيز على ظاهرة "السحابة السوداء" الناجمة عن حرق المحاصيل الزراعية في دلتا النيل، وتقلب الأوزون التروبوسفيري، كأحد ملوثات الهواء الرئيسية، إلى جانب مقارنة أداء العديد من منتجات الاستشعار عن بعد للأوزون. كما تناولت هذه الدراسة المخاطر الناشئة عن موجات الحرارة المركبة، من خلال تحليل موجات الحرارة التي ضربت مصر خلال السنوات الأخيرة، إلى جانب فحص حالة جودة الهواء خلال فترة حدوث موجات الحرارة. وقد أبرزت نتائج الدراسة خطورة ظاهرة السحابة السوداء، وذلك بسبب المخاوف الصحية الكبرى والتدهور البيئي المرتبط بها. وكشف تحليل البيانات عن ارتفاع مستويات الأوزون خلال فترة ما بعد الظهيرة في الصيف وانخفاض مستوياته خلال فترات انخفاض الأنشطة الصناعية والمرورية. وأظهرت المقارنة بين جهاز قياس الأشعة تحت الحمراء في الغلاف الجوي (AIRS) وجهاز مراقبة الأوزون العالمي المشترك 2 ومقياس التداخل في الغلاف الجوي بالأشعة تحت الحمراء (IASI-GOME-2) أن جهاز IASI-GOME2 يتفوق على جهاز AIRS في اكتشاف الأوزون بالقرب من السطح. وأشارت هذه الدراسة أيضًا إلى أنه يمكن تحديد الجسيمات التي يقل قطرها عن 10 ميكرومتر (PM10) كعامل رئيسي في تدهور جودة الهواء أثناء موجات الحرارة، في حين كانت استجابة أكسيد النيتروجين (NO₂) والأوزون أقل وضوحًا. كانت دراسة حالة عام 2015 في مصر بمثابة دراسة حالة توضح كيف أن الحرارة الشديدة المقترنة بالتلوث العالي تؤدي إلى تفاقم المخاطر الصحية. وأخيرًا، تؤكد هذه الأطروحة على الحاجة إلى تحسين إدارة جودة الهواء، ووضع لوائح أكثر صرامة، والتوعية العامة، والمزيد من البحث حول تفاعلات الحرارة والتلوث، مما يوفر فهمًا شاملاً لديناميكيات تلوث الهواء وتداعياتها على الصحة العامة والبيئة في مصر.
Text in English and abstract in Arabic & English.
Astronomy, Space Science
Astronomy, Space Science
Air quality Air pollution Particulate Matter Nitrogen dioxide Ozone Air Quality Health Index Extreme weather events Heatwave Risk Assessment Megacities
520
Big data analytics for air quality monitoring and analysis over greater cairo / تحليلات البيانات الضخمة لمراقبة وتحليل جودة الهواء في القاهرة الكبرى by Amira Nasser Mohamed Ahmed Mostafa ; Supervisors Prof. Dr. Mohamed Magdy Mohamed Abdel Wahab, Prof. Dr. Elsayed Mohamed Abdel-Hameed Robaa, Prof. Dr. Stéphane C. Alfaro, Dr. Ashraf Saber Zakey. - 101 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2024
Bibliography: pages 91-99.
Air pollution is a critical global environmental issue with significant health and environmental impacts, particularly in urban areas like the Greater Cairo (GC), where increased urbanization and growing population density exacerbate the issue. Additionally, in the current context of climate change, the frequency and magnitude of heatwaves (HWs) have already started to increase and are foreseen to continue increasing over the future. The excess heat is considered a high risk to multiple biological systems and vital sectors; however, when this excess heat is accompanied by high air pollution episode, then it is a case of compound HW, whose risk is far greater than the risk of a simple HW, leading to an elevated rate of mortality and morbidity. This thesis examines the causes, impacts, and management of air pollution in the GC, focusing on the "Black Cloud" phenomenon, caused by agricultural burning in the Nile Delta, and the variability of the tropospheric ozone, as one of the major air pollutants, along with comparing the performance of multiple remote sensing products for ozone. This study also addresses the emerging risk of compound HWs, through investigating the HWs that hit Egypt over the recent years, along with examining the state of air quality during the period of HWs incidence. The results of the study highlighted the seriousness of the Black Cloud phenomenon, due to the major health concerns and environmental deterioration associated with it. Data analysis revealed high ozone levels during summer afternoons and decreased levels during periods of reduced industrial and traffic activities. Comparison between the Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) and the combined Global Ozone Monitoring Instrument-2 and Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI-GOME-2) showed that IASI-GOME2 outperforms AIRS in detecting ozone near the surface. This study also indicated that the particulate matter less than 10 µm in diameter (PM10) can be identified as a key factor in worsening air quality during HWs, while the response of nitrogen oxide (NO₂) and ozone was less pronounced. The 2015 HW in Egypt served as a case study, illustrating how extreme heat combined with high pollution exacerbates health risks. Finally, this thesis emphasizes the need for enhanced air quality management, stricter regulations, public awareness, and further research on heat-pollution interactions, providing a comprehensive understanding of air pollution dynamics and its implications for the GC’s public health and environment. يعد تلوث الهواء قضية بيئية عالمية بالغة الأهمية ذات تأثيرات صحية وبيئية كبيرة، وخاصة في المناطق الحضرية مثل القاهرة الكبرى، حيث يؤدي التوسع الحضري المتزايد والكثافة السكانية المتزايدة إلى تفاقم المشكلة. بالإضافة إلى ذلك، في سياق تغير المناخ الحالي، بدأت وتيرة وحجم موجات الحرارة في الزيادة بالفعل ومن المتوقع أن تستمر في الزيادة في المستقبل. تعتبر الحرارة الزائدة خطرًا كبيرًا على العديد من الأنظمة البيولوجية والقطاعات الحيوية؛ ومع ذلك، عندما تكون هذه الحرارة الزائدة مصحوبة بحلقة تلوث هواء عالية، فإنها حالة من موجات الحرارة المركبة، والتي تكون خطورتها أكبر بكثير من خطر موجات الحرارة البسيطة، مما يؤدي إلى ارتفاع معدل الوفيات والمرض. تدرس هذه الأطروحة أسباب وتأثيرات وإدارة تلوث الهواء في القاهرة الكبرى، مع التركيز على ظاهرة "السحابة السوداء" الناجمة عن حرق المحاصيل الزراعية في دلتا النيل، وتقلب الأوزون التروبوسفيري، كأحد ملوثات الهواء الرئيسية، إلى جانب مقارنة أداء العديد من منتجات الاستشعار عن بعد للأوزون. كما تناولت هذه الدراسة المخاطر الناشئة عن موجات الحرارة المركبة، من خلال تحليل موجات الحرارة التي ضربت مصر خلال السنوات الأخيرة، إلى جانب فحص حالة جودة الهواء خلال فترة حدوث موجات الحرارة. وقد أبرزت نتائج الدراسة خطورة ظاهرة السحابة السوداء، وذلك بسبب المخاوف الصحية الكبرى والتدهور البيئي المرتبط بها. وكشف تحليل البيانات عن ارتفاع مستويات الأوزون خلال فترة ما بعد الظهيرة في الصيف وانخفاض مستوياته خلال فترات انخفاض الأنشطة الصناعية والمرورية. وأظهرت المقارنة بين جهاز قياس الأشعة تحت الحمراء في الغلاف الجوي (AIRS) وجهاز مراقبة الأوزون العالمي المشترك 2 ومقياس التداخل في الغلاف الجوي بالأشعة تحت الحمراء (IASI-GOME-2) أن جهاز IASI-GOME2 يتفوق على جهاز AIRS في اكتشاف الأوزون بالقرب من السطح. وأشارت هذه الدراسة أيضًا إلى أنه يمكن تحديد الجسيمات التي يقل قطرها عن 10 ميكرومتر (PM10) كعامل رئيسي في تدهور جودة الهواء أثناء موجات الحرارة، في حين كانت استجابة أكسيد النيتروجين (NO₂) والأوزون أقل وضوحًا. كانت دراسة حالة عام 2015 في مصر بمثابة دراسة حالة توضح كيف أن الحرارة الشديدة المقترنة بالتلوث العالي تؤدي إلى تفاقم المخاطر الصحية. وأخيرًا، تؤكد هذه الأطروحة على الحاجة إلى تحسين إدارة جودة الهواء، ووضع لوائح أكثر صرامة، والتوعية العامة، والمزيد من البحث حول تفاعلات الحرارة والتلوث، مما يوفر فهمًا شاملاً لديناميكيات تلوث الهواء وتداعياتها على الصحة العامة والبيئة في مصر.
Text in English and abstract in Arabic & English.
Astronomy, Space Science
Astronomy, Space Science
Air quality Air pollution Particulate Matter Nitrogen dioxide Ozone Air Quality Health Index Extreme weather events Heatwave Risk Assessment Megacities
520