Smog

Smogové situace

Co je to smog a smogová situace? Kdy se tyto situace vyhlašují? Proč jich letos začátkem roku bylo vyhlášeno tolik? Může za to doprava? Pomůže MHD zdarma proti smogu? Umíme poručit větru a dešti? Více v úvodním článku s nahlédnutím do smogové problematiky.


Na úvod trochu teorie. Je to nuda, ale vždycky to jde přeskočit, a když tak se k tomu později vrátit.

Trocha historie nikoho nezabije, ale smog ano

Nechci zbytečně zabíhat do hloubky, ale přesto sem pár informací dát musím. Historii používání slova smog lze vysledovat až do 19. století. Požíval se zejména v Londýně a vznikl spojení dvou slov – smoke (kouř) a fog (mlha). Hlavním zdrojem smogu v Londýně byly lokální topeniště – vytápění domácností. Nejožehavějším problémem Londýna se však smog stal až ve století 20., kdy v roce 1952 během velké smogové epizody zemřelo v krátkém časovém úseku velké množství lidí. To vedlo k významnému omezení lokálních topenišť a zavedení centrálního zásobování teplem, která mají všechna větší města s vyšší hustotou obyvatel na malém prostoru. Česká wikipedie na rozdíl od anglické verze specifikuje, že se jedná o znečištění způsobené lidskou činností. To samozřejmě není pravda, protože na smogových situacích se mohou podílet i přírodní zdroje.

Tomuto smogu se postupně začalo říkat smog „zimního typu“, popř. redukční, a je charakteristický pro oxid siřičitý a oxidy dusíku. V posledních letech byly v české legislativě do této kategorie zařazeny i suspendované částice frakce PM10 (prašnost). Mimo tento zimní smog existuje i smog letní – fotochemický nebo též oxidační – který je spojován s koncentracemi přízemního ozónu (O3). Je spojen zejména s velkými aglomeracemi typu Los-Angeles, s intenzivním slunečním zářením, vysokými teplotami a dostatkem prekurzorů – protože ozón vzniká až v atmosféře chemickými reakcemi oxidů dusíku a těkavých organických látek. Zdrojem těchto prekurzorů může být jak člověk (doprava, nátěrové hmoty), tak příroda (např. rostliny a stromy – dobře známá vůně borovic za velkých veder jsou vlastně pineny – těkavé organické látky schopny reagovat za tvorby ozónu).

Situace v ČR

V českých podmínkách tedy máme smogové situace v zimě i v létě. V zimě, zejména při nízkých teplotách a zhoršených rozptylových podmínkách (inverze), se vyhlašuje smogová situace zejména z důvodu vysokých koncentrací PM10. Za velmi teplých a slunečných dní může dojít i k vyhlášení smogové situace v létě z důvodu vysokých koncentrací přízemního ozónu O3. Tyto vysoké koncentrace jsou však téměř výhradně měřeny na venkovských či pozaďových lokalitách, kde jsou nízké koncentrace dalších látek v ovzduší, se kterými může ozón rychle reagovat. Ozón velmi rychle reaguje s oxidem dusnatým (NO), produkovaný v létě takřka výhradně automobilovou dopravou. Nejvyšší hodnoty ozónu tak měří horské stanice (Štítná nad Vláří, Krkonoše – Rýchory), popř. pozaďové stanice typu Kuchařovice a z brněnských např. Brno – Tuřany. Dopravní lokality typu Brno – Zvonařka měří jedny z nejnižších koncentrací O3 v ČR, protože ozón je zde rychle spotřebováván reakcí s NO. Stanice s nejvyššími koncentracemi ozónu jsou na webu ČHMÚ.

 
 

A proč tak obšírně mluvím o ozónu? Protože v minulých letech byla z důvodu vysokých koncentrací O3 v Brně i Jihomoravském kraji vyhlášena smogová situace. Diskuze neustále probíhá o tom, jak se bránit smogu a že za smog může doprava. Avšak česká legislativa má stanoveny limity pro vyhlášení smogové situace u více škodlivin. Mimo zmiňované O3 a PM10 zná česká legislativa ještě smogové situace pro NO2 a SO2. V případě NO2 by došlo při redukci množství automobilů ke zlepšení situace, v případě SO2 nikoliv. Pro tyto škodliviny již dlouho v ČR smogová situace vyhlášena nebyla, přesto existují výjimky – např. v roce 2015 byla v Ústeckém kraji vyhlášena smogová situace z důvodu vysokých koncentrací SO2, takže se nejedná o „nemožnou variantu“. Proto je potřeba smogové situace specifikovat a ne pouze říci, že při smogu bude MHD zdarma. Paradoxní situace, zmíněná již dříve, pak je, že oxid dusnatý (NO), produkovaný v letních měsících takřka výhradně dopravou, pomáhá snižovat koncentrace ozónu (díky chemické reakci). Při různých smogových situacích tudíž nelze postupovat stejně.

Změny v legislativě

Od 1. ledna 2017 došlo k novelizaci zákona o ochraně ovzduší č. 201/2012 Sb. Tato novela upravuje podmínky pro vyhlašování a odvolávání smogových situací a regulací, resp. varování. Zásadní novinky ve vyhlašování smogových situací a regulací z důvodu vysokých koncentrací PM10 jsou:

 
 
  1. překročení informativní a regulační prahové hodnoty se hodnotí na základě 12hodinových namísto dříve používaných 24hodinových průměrů PM10
  2. pro vyhlášení smogové situace/regulace pro PM10 postačuje jednorázové překročení informativní/regulační prahové hodnoty alespoň na polovině reprezentativních stanic. Podle dříve platných pravidel musely koncentrace překračovat informativní, resp. regulační prahovou hodnotu 2, resp. 3 po sobě jdoucí dny; 
  3. zároveň musí v době vyhlášení platit, že během následujících 24 hodin není očekáván pokles 12hodinových koncentrací PM10 pod odpovídající prahovou hodnotu. Dříve požadovaná podmínka, aby byl v době vyhlášení alespoň na polovině reprezentativních stanic v posledních 6 hodinách rostoucí trend 12hodinových koncentrací PM10, byla zrušena. 
Výše uvedené změny umožnily větší flexibilitu ve vyhlašování smogových situací a regulací, jejichž vyhlašování je nyní v mnohem lepším souladu se skutečným vývojem koncentrací, než tomu bylo dříve.
Pravidla a reprezentativní stanice pro smogový varovný systém jsou na stránkách ČHMÚ.

A teď už dost obecných keců a pojďme se blíže podívat, jak to se smogem v Brně chodí.

Vzhledem k neustále se měnící legislativě nelze úplně snadno srovnat počty vyhlášených smogových situací. Přesto je alespoň částečně možné prokázat užitečnost nových pravidel, které zrychlují vyhlašování smogových situací. Následující 2 obrázky zobrazují počet hodin se smogovou situací a smogovou regulací v lednu 2017 podle nových pravidel, třetí pak ukazuje, jak by situace vypadala podle původních pravidel. Za obrázky děkuji kolegovi Romanu Jurasovi, z oddělení modelování a expertíz na ČHMÚ v Praze.
Z obrázků vyplývá, že podle nových pravidel trvala smogová situace v aglomeraci Brno 56 hodin a ve zbytku Jihomoravského kraje 48 hodin. Podle starých pravidel by však v lednu smogová situace vůbec vyhlášena nebyla. Regulace nebyla vyhlášena ani podle nových pravidel. Z toho lze usoudit, že pravidla jsou nyní lepší a na vysoké koncentrace upozorňují podstatně rychleji a častěji. I z tohoto důvodu bylo tedy začátkem roku vyhlášeno v celé ČR velké množství smogových situací.
 

A teď proč ke smogovým situacím v Brně a Jihomoravském kraji dochází. Není nic jednoduššího, než vzít si stanice reprezentativní pro smogový systém a podívat se na data podrobně a bez ideologie.

Nejlépe se situace demonstruje na stanici Brno – Tuřany, a to z toho důvodu, že lokalita leží na otevřeném prostranství v prostorách brněnského letiště, není stíněna, všechny směry větru jsou zastoupeny poměrně rovnoměrně a jsou zastoupeny nižší i vyšší rychlosti větru (viz následující obrázek větrné růžice). Nelze se tedy vymlouvat, že koncentrace jsou z určitého směru vyšší, protože z jiných směrů je lokalita stíněna. Na následujícím obrázku je konstruována větrná růžice pro tuto lokalitu za období 2010 – 2016 na základě hodinových dat – vychází tedy ze zhruba 60.000 údajů, ke konstrukci byl využit volně dostupný statistický software R.

A teď k samotnému smogu. Situace je vyhlášena, když je 12hodinový klouzavý průměr PM10 vyšší než 100 µg∙m–3 (další část pravidel zatím pro jednoduchost nebudu zvažovat). Tuto situaci si můžeme na datech z Tuřan snadno vizualizovat. Následující koncentrační růžice tedy ukazují, při jakých podmínkách jsou 12hodinové klouzavé průměry nad 100 µg∙m–3. Vlevo je koncentrační růžice pro PM10, vpravo pak vážená koncentrační růžice pro PM10 – obě jsou konstruovány pouze pro případy, že je 12hodinový klouzavý průměr PM10 > 100 µg∙m–3. A co nám oba obrázky říkají? Jednoduše to, že nejčastěji jsou koncentrace nad 100 µg∙m–3 měřeny při severovýchodním proudění (tedy když fouká od severovýchodu). Z těchto směrů jsou měřeny také nejvyšší hodnoty – v průměru až 160 µg∙m–3. Severovýchodní proudění se také nejvíce podílí na celkových koncentracích PM10 při smogových situacích, zejména při nižších rychlostech větru, jak naznačuje vážená koncentrační růžice.

Pokud tedy fouká od centra Brna (zhruba 18 % času je přítomno severozápadní proudění), k vysokým koncentracím téměř nedochází. Znečištění přichází z jiných směrů. Lze diskutovat o vlivu okolních obcí, avšak ze severovýchodních směrů hraje významnou roli také dálkový transport, o kterém se zmíním v některém z dalších příspěvků.

Ale co když nechci brát v potaz pouze smogové situace, ale obecně epizody, kdy jsou zvýšené koncentrace. Za tímto účelem je sestrojen následující obrázek, zobrazující pravděpodobnostní funkci výskytu vysokých koncentrací PM10 v Brně – Tuřanech. Zjednodušeně lze říci, že ukazuje pravděpodobnost, při jakých podmínkách je v Tuřanech dosahováno 10 % nejvyšších koncentrací PM10 (90. percentil), 5 % nejvyšších koncentrací (95. percentil) a 1 % nejvyšších koncentrací (99. percentil).

Z obrázku je na první pohled patrné, že nejvyšších 10, 5 i jedno procento koncentrací má vždy společný směr větru. Lze tedy říci, že vysoké koncentrace v Brně – Tuřanech jsou pouze při proudění ze východu až severovýchodu. Náhoda? Nemyslím. Doprava? Určitě ne.

Mimo to lze z obrázku vyčíst, že 90 % všech hodinových koncentrací PM10 v Brně – Tuřanech za období 2010 – 2016 je nižších než 50 µg∙m–3, nad hodnotu 63 µg∙m–3 se dostane jen 5 % hodinových koncentrací a hodnoty koncentrací vyšší než 100 µg∙m–3 jsou měřeny pouze v 1 % hodin za období 2010 – 2016. Jen připomínám, že pro vyhlášení smogové situace je potřeba, aby byl nad 100 µg∙m–3 12hodinový klouzavý průměr a ne pouze 1 hodina 😉. Smogové situace se tedy v této lokalitě vyskytují v méně než 1 % hodin (2010 – 2016).

Ale co dalšího je možné zjistit z takto připravených detailních dat? Například jak se koncentrace chovají v závislosti na teplotě. Koncentrační růžici jsem tedy rozdělil na 3 podle toho, jestli byly teploty pod nulou, od 0 do 10 °C, anebo nad 10 °C. Vzhledem k malému výskytu smogových situací je tato růžice konstruována již pro všechny koncentrace (více než 60.000 hodnot).

Vysoké koncentrace PM10 jsou tedy pouze tehdy, je-li teplota pod nulou, mírně zvýšené mohou být i v intervalu od nuly do 10 °C. Nad 10 °C jsou již pouze nízké. Co to znamená? Především to, že nejvyšších koncentrací dosahujeme v topné sezóně. Průmyslové zdroje a doprava jsou „v provozu“ celoročně, ale lokální topeniště pouze když je chladno a je třeba topit. Druhá věc, která je v tomto obrázku schována, je vliv meteorologických podmínek. Kromě toho, že se v zimě musí topit, tak bývají častěji teplotní inverze, kdy panují zhoršené rozptylové podmínky. To rovněž může mít vliv na zvýšené koncentrace PM10 v zimě.

Jak si vliv inverze představit? Nejlépe jako hrnec s pokličkou. Inverze vytvoří nad územím „pokličku“ pod kterou roste „tlak“ (čili koncentrace) škodlivin, stejně jako když roste tlak par v hrnci. A každý ví, že s pokličkou dojde k varu (nebo smogové situaci) dříve než bez ní … Meteorologické podmínky hrají často tak významnou roli, že i kdyby v určitém území nebyly aktivní žádné zdroje, budou stejně měřeny vysoké koncentrace. Pomůže pak až změna počasí, nejčastěji příchod fronty a srážky. Pokud tedy někdo slibuje, že po přijetí opatření už nebudou smogové situace, slibuje Vám zároveň, že umí poručit větru a dešti (alespoň za současných podmínek). A to už tady jednou bylo …

Nicméně to stále ještě není všechno, co lze z dat vyčíst. Vzhledem k tomu, že jsou k dispozici hodinová data, je možné se podívat i na denní chod (další obrázek vlevo) a také na roční chod (vpravo). Tentokrát je místo rychlosti větru zobrazován denní chod (0:00 UTC je ve středu kruhu a 23:00 UTC na okraji), popř. roční chod (leden uprostřed, prosinec na kraji). Dále jsou zobrazovány směry proudění větru. Je třeba upozornit, že čas je kvůli kontinuitě vždy uváděn v UTC, čili pro získání středoevropského času je potřeba připočíst hodinu (pro letní čas pak hodiny 2).

Ukazuje se, že vysoké koncentrace PM10 lze očekávat zejména v zimních měsících a zejména v nočních hodinách. V létě a přes den jsou koncentrace nižší. Doprava je „v provozu“ celoročně a vyšší intenzity jsou měřeny přes den, takže to s měřenými výsledky nesedí.

Výše uvedené analýzy jsou samozřejmě pouze částí informací, které slouží k detailní analýze, ale musím si něco nechat i na příště 😊. Nicméně i na základě těchto dat lze leccos vyvodit, naopak bez těchto základních znalostí nelze určit, proč jsou v dané lokalitě měřeny vysoké koncentrace. O to snadněji to lze na někoho nebo něco svést.

Co tedy zatím z dat v Tuřanech vyplývá? Tyto detailní informace poměrně jasně poukazují na to, že vysoké koncentrace jsou měřeny pouze při severovýchodním proudění, při nízkých teplotách a zejména v nočních hodinách. A jak to tedy zapadá do teorie, že za všechno včetně smogových situací v Brně může doprava? Nijak.


A teď hurá do mě. Ale než začnete, přidám ještě 2 obrázky k zamyšlení. A aby se neřeklo, že si hraju jenom v Tuřanech a nepoužívám dopravní stanice, tak tady jedna je – a hned ta nejhorší v Brně. Stanice Brno – Svatoplukova (u židenických kasáren) je silně zatížena dopravou. Jako jediná v Brně překračuje limit pro průměrnou denní koncentraci PM10 a průměrnou roční koncentraci NO2 současně. A přesto, proč jsou i v této lokalitě měřeny nejvyšší koncentrace PM10 při teplotách pod 0 °C, když auta kolem jezdí v létě i v zimě?



A s tím související otázka, proč jsou v této lokalitě dlouhodobě (2010 – 2016) vyšší koncentrace PM2,5 v noci (vpravo) než ve dne (vlevo), když doprava je intenzivní přes den a v noci je jen velmi nízká?

Doufám, že Vám to přišlo alespoň trochu zajímavé, za případné chybky se omlouvám a těším se na vaše názory a odpovědi – ať už přes Twitter nebo zde.

Oštítkováno , ,

Okomentujte článek ...