Prach

Regionální pozaďové koncentrace prašnosti v Jihomoravském kraji II – vývoj a imisní limity

Jak se vyvíjí koncentrace prašnosti v „nejčistějších“ oblastech Jihomoravského kraje? Jaký vliv mají meteorologické podmínky na tento vývoj? A splňuje jihomoravská regionální pozaďová stanice Mikulov – Sedlec imisní limity pro prašnost? Více v článku.

 

Tento článek navazuje na předchozí kapitolu o regionálním pozadí a doplňuje ji. V minulém článku byl stav v ovzduší vyjádřen pomocí koncentračních růžic, které velmi dobře zobrazují, ze kterých směrů (popř. při jakých teplotách) jsou měřeny nejvyšší koncentrace prašnosti. Pomocí koncentračních růžic lze vyjádřit i vývoj, např. po jednotlivých letech, ale v tomto případě mi přijde názornější vyjádření pomocí grafů. I ty lze však členit podle jednotlivých meteorologických prvků.

Vítr

Například vývoj ročních koncentrací v lokalitě Mikulov – Sedlec lze vyjádřit pomocí 8 grafů (dle směru větru). Každý graf tak zobrazuje průměrné roční koncentrace PM10 dosažené pouze pokud proudí vítr z daného směru.

 

Z grafů je patrné to, co zobrazovaly i koncentrační růžice. Nejvyšších průměrných hodnot je dosahováno při proudění ze SV a S. Při proudění z těchto směrů může docházet k dálkovému transportu znečištění z Polska, popř. Moravskoslezského kraje. Tento dálkový transport tak může navyšovat průměrné hodnoty koncentrací prašnosti i v čistých oblastech Jihomoravského kraje. Zároveň je patrné, že se situace v posledních letech při proudění z těchto směrů mírně zlepšuje.

Naopak dlouhodobě nejnižší koncentrace jsou při proudění ze západních směrů. Lze tedy říci, že při západním proudění jsou na jižní Moravě dlouhodobě měřeny ty nejnižší koncentrace prašnosti.

Teplota

Dalším významným meteorologickým prvkem je teplota vzduchu. Již z koncentračních růžic v minulé kapitole bylo patrné, že teplota má významný vliv na koncentrace PM10. Následující graf zobrazuje vývoj průměrných denních koncentrací PM10 v lokalitě Mikulov – Sedlec, barva křivky pak zobrazuje průměrnou denní teplotu. Z grafu je patrná velmi chladná zima 2010, kdy byly dosaženy velmi vysoké průměrné denní koncentrace PM10, blížící se i v této „čisté“ a velmi málo ovlivněné lokalitě hodnotám okolo 150 µg∙m–3.

 

Naopak poslední zimy tak chladné nejsou, není potřeba tak intenzivního topení, a rovněž z hlediska rozptylových podmínek nedochází k delším epizodám se zhoršeným stavem. To se projevuje v nízkých koncentracích PM10, které pouze občas překročí hodnotu 50 µg∙m–3.

Totéž z hlediska průměrných měsíčních koncentrací PM10, zabarvených dle průměrných měsíčních hodnot, zobrazuje následující graf.

Zde je patrný významný pík v listopadu 2011. Přestože teplota nebyla až tak nízká, koncentrace PM10 byly poměrně vysoké. To bylo způsobeno jednak topnou sezónou, ale dále také teplotní inverzí, nulovými srážkami v celém měsíci, a tedy vyschlou půdou a výrazným vlivem větrné eroze. Obdobně je to patrné v letních měsících roku 2015, kdy byly extrémně vysoké teploty, vyschlá půda náchylná k větrné erozi, a na poměry „letních měsíců“ velmi vysoké koncentrace PM10, převyšující i hodnoty v zimě 2015 / 2016.

Vlivy meteorologických podmínek, jako jsou rychlost a směr větru, teplota a srážky (nejen úhrn, ale i délka bezesrážkových epizod [1]), tak hrají významnou roli z hlediska koncentrací PM10 už na úrovni regionálního pozadí Jihomoravského kraje.

Denní a roční chod

Tomuto fenoménu jsem se věnoval v minulé kapitole za celé období 2010 – 2016. I toto lze hezky a přehledně převést do zobrazení pro vývoj v jednotlivých měsících a letech. Graf je rozdělen na jednotlivé roky, ve sloupcích jsou pak uváděny jednotlivé měsíce v roce a řady uvádějí průměrnou hodnotu koncentrace PM10 v jednotlivé hodiny.

 

Ve všech letech jsou patrné nízké koncentrace v létě a zejména v denních hodinách, a naopak vyšší koncentrace v zimě a v nočních hodinách (viz předchozí kapitola a denní a roční chod). Zde je však rovněž patrné, že nejvyšší koncentrace byly měřeny v lednu 2010 v nočních hodinách, výrazný je rovněž listopad 2011, kdy byly koncentrace zvýšené nejen v nočních hodinách, ale i v odpoledních.

Kvantifikace vývoje koncentrací PM10 a PM2,5

Opět mohu odkázat na jednu z předešlých kapitol, která se zabývala vývojem úrovní koncentrací PM v Jihomoravském kraji. Už zde byl vývoj kvantifikován z hlediska delších řad průměrných ročních koncentrací PM. Nyní se podíváme na období 2010 – 2016, ale použijeme měsíční koncentrace a hodnocení pomocí metody podle Theil-Sena. Jedná se o regresní statistické zpracování sloužící k vyjádření trendů a odhadu vývoje [2].

Následující 2 grafy zobrazují vývoj průměrných měsíčních koncentrací PM10 (horní graf) a PM2,5 (dolní graf) včetně analýzy. Z té vyplývá, že s každým rokem se v daném období koncentrace PM10 v lokalitě Mikulov – Sedlec snižovala o 0,6 µg∙m–3 (2,8 %). V případě PM2,5 byl meziroční pokles o 0,47 µg∙m–3 (2,6 %).

 

 

Data lze před zpracováním ještě „zbavit“ sezónního chodu. K tomu slouží další statistická funkce „STL“ což je zkratka pro “Seasonal and Trend decomposition using Loess” [3]. Díky tomuto náhledu lépe vyniknou některé sezónní anomálie. Pro ukázku uvádím takto připravený trend PM10 v lokalitě Mikulov – Sedlec.

 

Z grafu tak lze vyčíst to, co jsem již uváděl výše – mimořádně vysoké koncentrace v listopadu 2011. Ale je také možné zjistit velmi nízké koncentrace v únoru 2016, který byl v Jihomoravském kraji výrazně teplejší, než je dlouhodobý průměr. Na tyto „anomality“ mají nejvýraznější vliv meteorologické podmínky, a promítají se nejen do koncentrací měřených v „čistém“ regionálním pozadí, ale na všech lokalitách kraje.

Vztah regionálního pozadí k imisním limitům PM10 a PM2,5  

Částice PM10 mají dva imisní limity – pro průměrnou roční koncentraci a pro průměrnou denní koncentraci. Částice PM2,5 mají imisní limit pouze pro průměrnou roční koncentraci.

Začnu tedy imisním limitem pro průměrnou roční koncentraci. V případě PM10 má hodnotu 40 µg∙m–3, v případě PM2,5 má hodnotu 25 µg∙m–3. A jaké hodnoty dosahují regionální pozaďové koncentrace v Jihomoravském kraji?

Z uvedených obrázků je patrné, že výrazně podlimitní. Koncentrace PM10 se pohybují na hranici poloviny imisního limitu pro PM10.

Jak je tomu ale z hlediska překračování imisního limitu pro denní koncentraci PM10? Imisní limit má hodnotu 50 µg∙m–3, ale může být za kalendářní rok 35x překročen. Více jsem o tomto limitu psal v jedné z prvních kapitol včetně pletení pojmů imisní limit a hodnota imisního limitu – a stále se s tím setkávám 😊.

Pro jednoduchost si tedy pojďme říct, že maximální počet dní s překročenou hodnotou imisního limitu je za kalendářní rok 35. Důležitá je tedy až 36. nejvyšší hodnota průměrné denní koncentrace a nikoliv maximální koncentrace za rok, jak někteří rádi (ale špatně) uvádí.

A kolik se takových dní s překročenou hodnotou imisního limitu pro průměrnou denní koncentraci PM10 vyskytuje v „čisté“ části Jihomoravského kraje? To už ukazuje následující obrázek.

V roce 2010 bylo těchto dní 31, v roce 2016 pouze 3!

Samozřejmě velmi závisí na meteorologických podmínkách, a to konkrétně na meteorologických podmínkách v chladné části roku. Rozhodující je tedy topná sezóna a rozptylové podmínky v topné sezóně. Proč? To pomůže vysvětlit následující obrázek.

K překračování hodnoty imisního limitu pro denní koncentrace PM10 dochází na úrovni regionálního pozadí Jihomoravského kraje výhradně v chladné části roku, nejčastěji v zimních měsících. Při chladných zimách dochází k překračování častěji, při teplých zimách (jako tomu bylo v posledních letech) méně často.

Shrnuto podtrženo – nejčastěji dochází k překračování hodnoty imisního limitu v lednu a v únoru (v průměru 5x za měsíc), nejvyšší počet byl naměřen v listopadu (12, naměřeno v již zmiňovaném listopadu 2011). Mezi dubnem a zářím k překračování nedochází – viz. následující obrázek.


Shrnutí  

Shrnutí za tento článek bude podobné, jako v tom předchozím. Koncentrace PM10 a PM2,5 jsou významně ovlivňovány meteorologickými podmínkami. Vliv má rychlost a směr větru (při S a SV proudění jsou koncentrace znatelně vyšší, než při západním proudění), teplota (nízké i vysoké teploty mohou přispívat k navýšení koncentrací prašnosti) a srážky (delší nepřítomnost srážek může navyšovat koncentrace prašnosti).

Mimo to je však patrné, že jak v případě PM10, tak v případě PM2,5, dochází k postupnému poklesu koncentrací. Z analýz rovněž vyplynuly některá časová období s nezvyklými koncentracemi PM. Ať už to byly velmi vysoké koncentrace (bezesrážkový a inverzní listopad 2011), či výrazně nižší koncentrace, než se očekává (teplý únor 2016).

Z hlediska imisních limitů pro PM10 i PM2,5 je patrné, že „mimo civilizaci“ v Jihomoravském kraji dlouhodobě nedochází k překračování imisních limitů.

Hodnota imisního limitu pro průměrnou denní koncentraci PM10 je překračována výhradně v chladné části roku během topné sezóny.

 

 

[1]     G. Knozová a R. Skeřil, „Koncentrace tuhých částic v ovzduší v bezesrážkových epizodách v Brně (1996-2010),“ v Ovzduší 2011, Brno, 2011.

[2]     https://en.wikipedia.org/wiki/Theil%E2%80%93Sen_estimator

[3]     https://www.otexts.org/fpp/6/5

Oštítkováno , , , , ,

Okomentujte článek ...