Prach

Regionální pozaďové koncentrace prašnosti v Jihomoravském kraji

Jaké koncentrace prašnosti měříme v „nejčistějších“ oblastech Jihomoravského kraje? Jsou tyto koncentrace nulové? Jaké faktory ovlivňují tyto pozaďové koncentrace? A mohou být i mimo „civilizaci“ měřeny vysoké koncentrace prašnosti? To si přečtete v mém dalším příspěvku o regionálním pozadí prašnosti v Jihomoravském kraji.

 

V kapitole o úrovních znečištění jsem vystavěl pomyslnou pyramidu jednotlivých úrovní. A jelikož pyramidy se staví odspodu, začnu analýzu jednotlivých úrovní taky odspodu. Další výhodou toho, že začnu ovzduší v Jihomoravském kraji popisovat od regionálního pozadí je to, že některé jevy se vyskytují na všech úrovních znečištění. Bude se tedy možné postupně odkazovat na to, že nejde o ojedinělý výskyt v určité lokalitě, ale o vliv regionálního významu.

Jako regionální pozaďová lokalita v Jihomoravském kraji slouží stanice státní sítě imisního monitoringu Mikulov – Sedlec. Už jsem se o ní zmiňoval v kapitole o úrovních znečištění, jedná se o lokalitu velmi málo ovlivněnou lidskou činností (v těsném okolí jsou pouze vinice a přírodní rezervace – viz dříve). Stanice leží v těsné blízkosti hranice s Rakouskem.

Vítr

Při analýze faktorů ovlivňujících kvalitu ovzduší je kromě výše uvedeného „místopisu“ dobré začít větrnou růžicí. Tu zobrazuje následující obrázek. Jednotlivé zastoupení směrů větrů je dále členěno dle rychlosti proudění větru. Větrná růžice je konstruována z hodinových údajů o rychlosti a směru větru za období 2010–2016.

 

Z větrné růžice vyplývá, že nejčastěji zde fouká ze západu, a to zhruba 2x častěji, než z jakéhokoliv jiného směru. Ostatní směry větru jsou pak poměrně vyrovnané. Zároveň růžice naznačuje, že ze západu jsou nejčastěji měřeny vyšší rychlosti větru. Obecněji pak lze říct, že z jižních směrů jsou měřeny vyšší rychlosti větru (lepší rozptylové podmínky), než když fouká ze severních směrů.

Takže „odkud vítr fouká“ víme, teď ještě co s sebou přináší. To velmi dobře zobrazují koncentrační růžice. Na následujícím obrázku jsou pro PM10 hned dvě – klasická koncentrační růžice (vlevo), zobrazující, jaké koncentrace jsou v průměru měřeny z jednotlivých směrů větru při různých rychlostech větru (rychlost větru stoupá se vzdáleností od středu – viz popisky u kružnic). Vážená koncentrační růžice (vpravo) pak zobrazuje, jak se procentuálně jednotlivé rychlosti a směry větru podílí na znečištění v dané lokalitě. Celá vážená koncentrační růžice tvoří 100 %. Pokud se tedy sečtou „jen“ políčka ze S – SV při nízkých rychlostech větru, tak zjistíme, že z hlediska prašnosti v této lokalitě jsou tyto směry odpovědny za zhruba 30 % veškerého znečištění PM10.

koncentrační růžice pro PM10 je parné, že v průměru jsou v této lokalitě měřeny nejvyšší koncentrace při severním až severovýchodním proudění. Zastoupeny jsou jak velmi nízké rychlosti větru (např. při inverzi), tak vyšší rychlosti nad 5 m∙s–1. Při rychlostech větru nad 10 m∙s–1 jsou měřeny zvýšené koncentrace PM10 i při proudění z jižních až jihozápadních směrů. Z vážené koncentrační růžice pak vyplývá, že nejvíce přispívá ke znečištění v této oblasti proudění větru ze severních až severovýchodních směrů při nízkých rychlostech větru, a to přesto, že např. ze západních směrů fouká dvakrát častěji (ale příspěvek není dvojnásobný !!). Již z těchto růžic je patrné, že pro regionální pozaďové hodnoty PM10 v Jihomoravském kraji jsou zejména důležité S a SV směry proudění větru při nízkých rychlostech proudění.

Velmi podobná je koncentrační růžice pro PM2,5 s jedním rozdílem. I při vyšších rychlostech větru nejsou měřeny zvýšené koncentrace PM2,5 z jižních a jihozápadních směrů jako v případě PM10. Lze tedy předpokládat, že tyto vyšší koncentrace hrubší frakce souvisí s větrnou erozí a zemědělskou činností (viz. kapitola o emisích, kde je patrné, že zemědělská činnost je emisně významná zejména pro PM10).

Jinak pro PM2,5 platí totéž co pro PM10. Důležité jsou S a SV směry proudění větru a nízké rychlosti proudění větru.

Celkově to shrnují pravděpodobnostní růžice na následujícím obrázku. Ukazují podmínky, za kterých je v Mikulově – Sedleci dosahováno 10 % nejvyšších koncentrací PM10 za roky 2010 – 2016 (90. percentil), 5 % nejvyšších koncentrací (95. percentil), a 1 % nejvyšších koncentrací (99. percentil).

Ono 1 % nejvyšších koncentrací (99 percentil, růžice vpravo) znamená, že se jedná o hodinové koncentrace PM10 vyšší než 84 µg∙m–3. Zcela jasně se ukazuje, že nejvyšší pravděpodobnost takto vysokých koncentrací je při S – SV proudění a nízkých rychlostech větru. Do 5 % nejvyšších hodinových koncentrací jsou již zahrnuty hodnoty PM10 nad 55 µg∙m–3 a na vině jsou opět S – SV směry, tentokrát však nejen při nízkých rychlostech větru, ale i při mírně vyšších. 10 % nejvyšších hodinových koncentrací PM10 zahrnují hodnoty nad 44 µg∙m–3, do těchto hodnot již promlouvá také větrná eroze z jihozápadních směrů.

Teplota

Ale je vítr jediným „meteorologickým faktorem“, ovlivňujícím koncentrace PM10 a PM2,5? Rozhodně ne. Velmi důležitá je také teplota. Zatím nebudu podrobně rozebírat všechny možné vlivy teploty (např. teplotní inverze – bude samostatně), ale důležitý vliv je ten, že pokud teplota významně poklesne, je potřeba zatopit.

Podle teploty lze rozdělit i koncentrační růžice. Následující obrázek zobrazuje koncentrační růžici pro PM10 při teplotách pod 0 °C (vlevo), nad 0 °C ale pod 13 °C (hodnota teploty důležitá pro stanovení topné sezóny, růžice uprostřed), a při teplotách nad 13 °C.

Z růžic je patrné, že zvýšené a vysoké koncentrace lze očekávat zejména při teplotách pod 0 °C. Ale i při teplotách nad 0 °C může docházet k vysokým koncentracím, i když spíše ojediněle. Při teplotách nad 0 °C, ale pod 13 °C jsou patrné vysoké koncentrace při proudění ze S – SV a mírně zvýšených rychlostech větru. To může být vliv lokálních topenišť, ale například také dálkového transportu z těchto směrů. Vysoké koncentrace nad 13 °C jsou pouze u PM10 (viz následující teplotně členěná růžice pro PM2,5, kde nad 13 °C žádné vysoké koncentrace nejsou), pouze z jižních směrů a pouze při vyšších rychlostech větru. To jsou ideální podmínky pro větrnou erozi – vyschlá půda a dostatečný vítr pro „utrhnutí“ částice ze země a vznos do ovzduší.

Následující obrázek uvádí teplotně členěnou koncentrační růžici pro PM2,5. Jediným rozdílem je již zmíněná nepřítomnost vysokých koncentrací způsobených pravděpodobně větrnou erozí při teplotách nad 13 °C, jinak je růžice totožná s růžicí pro PM10.

Roční doba

Částečně to souvisí i s výše uvedenými meteorologickými prvky, přesto je zajímavé se podívat i na koncentrace částic v jednotlivých ročních dobách. Koncentrační růžice pro PM10 za jaro – březen, duben, květen (spring (MAM)), léto – červen, červenec, srpen (summer(JJA)), podzim – září, říjen, listopad (autumn(SON)) a zimu – prosinec, leden a únor (winter (DJF)) v letech 2010 – 2016 zobrazuje následující obrázek.

Z růžic je patrné, že vysoké koncentrace jsou měřeny na jaře při vyšších rychlostech ze S – SV, v létě při vysokých rychlostech větru z JZ a v zimě při nízkých rychlostech a proudění ze SV. V podstatě vše tu již bylo řečeno, jarní epizody mohou souviset s doznívající topnou sezónou, ale i dálkovým transportem. Letní maxima patří větrné erozi, a zimní maxima pak zejména lokálním topeništím, zhoršeným rozptylovým podmínkám a dálkovému transportu. Koncentrační růžice pro PM2,5 je velmi podobná … samozřejmě již bez letních maxim způsobených větrnou erozí.

Denní a roční chod

Kromě samotných větrných růžic můžeme vyjádřit časovou informaci o znečištění také pomocí denních, ročních a dalších chodů, rozdělených dle směrů větru. Ztrácí se sice informace o rychlosti větru, ale je nahrazena časovým rozlišením.

Následující obrázek zobrazuje denní a roční chod koncentrací PM10 v lokalitě Mikulov – Sedlec za období 2010–2016.

V denním chodu (vlevo) je zobrazen čas v UTC (světový čas) od 0:00 ve středu kruhu až do 23:00 na vnější hranici kruhu. Směry větru jsou totožné s koncentrační růžicí. Podobně jako u koncentračních růžic je patrné, že nejvyšší koncentrace jsou měřeny při proudění větru ze S – SV. Nyní je však informace doplněna o to, že se jedná zejména o noční hodiny, popř. brzké ráno. Přes den naopak koncentrace i při proudění ze S – SV poklesnou. Nejnižší koncentrace jsou pak měřeny přes den při západním proudění.

Roční chod (vpravo) má pak uprostřed kruhu leden a na obvodu prosinec. Nejvyšší koncentrace jsou měřeny při S – SV proudění zejména v lednu a únoru.

Z těchto dvou chodů lze vyvodit, že vysoké koncentrace lze očekávat zejména v chladné části roku a zejména v nočních hodinách. To poukazuje na plošný vliv lokálních topenišť, která mohou v topné sezóně ovlivnit celý kraj včetně oblastí „mimo civilizaci“. Svůj významný vliv pochopitelně sehrávají i meteorologické podmínky – je nižší teplota (musí se více topit), zpravidla bývají častější a silnější teplotní inverze, což brání dostatečnému rozptylu škodlivin. A pochopitelně svou roli sehrává i dálkový transport.

Obdobná situace je i v případě denního a ročního chodu PM2,5. Přesto je v denním chodu patrné, že při proudění ze S – SV nedochází k výraznějšímu poklesu ani přes den. Zde může svou roli sehrávat dálkový transport – menší částice mohou putovat na delší vzdálenosti.

Jako potvrzení denních chodů je možné sestrojit koncentrační růžice zvláště pro den (daylight) a zvláště pro noc (nighttime). Z růžice pro PM10 i PM2,5 vyplývá, že dominantní je znečištění v noci.


Shrnutí

Jak tedy shrnout situaci v posledních 7 letech z hlediska „čistého“ a velmi málo ovlivněného regionálního pozadí v Jihomoravském kraji?

Zcela zásadní pro koncentrace PM10 i PM2,5 jsou meteorologické podmínky. Vyšší znečištění je měřeno, pokud proudí vítr ze severu až severovýchodu. Naopak při proudění ze západu jsou koncentrace nízké. Výrazný vliv má rovněž teplota, vysoké koncentrace jsou měřeny převážně při nízkých teplotách. Avšak i vysoké teploty a s nimi spojené sucho mohou koncentrace PM10 výrazně ovlivnit, pokud zároveň dostatečně fouká.

Z hlediska časového rozlišení je výskyt vysokých koncentrací téměř výhradně situován do zimních měsíců a nočních hodin. To naznačuje významný plošný vliv lokálních topenišť i na čistá území Jihomoravského kraje. Potvrzuje se tak, že v topné sezóně dochází při zhoršených rozptylových podmínkách k plošnému nárůstu koncentrací PM10 a PM2,5 v celém Jihomoravském kraji.

Zároveň dominance S – SV směru z hlediska vysokých koncentrací jasně naznačuje vlivu dálkového transportu znečištění z těchto směrů.

 

Oštítkováno , , ,

Okomentujte článek ...