Prach, Smog

Koncentrace částic na předměstí a v okrajových částech Brna

Jak to vypadá s koncentracemi částic na „předměstí“ a v okrajových částech Brna. Jaké podmínky vedou k vysokým koncentracím částic v těchto lokalitách? Jsou i v předměstských lokalitách patrné vlivy, které ovlivňují regionální pozadí Jihomoravského kraje? Na  tyto a další otázky odpovím v následujícím článku svého blogu.

 

V předchozích kapitolách jsem podrobněji popsal kvalitu ovzduší v „čisté“ části Jihomoravského kraje. Trochu přeskočím venkovské pozadí v malých obcích, protože v těchto malých obcích Jihomoravského kraji není ani jedna stanice s dlouhodobým automatickým měřením kvality ovzduší. Ale není třeba se bát, tématu znečištění ovzduší v malých sídlech (zejména v topné sezóně) se rozhodně nechci vyhnout a již brzy se tomu budu věnovat. <spoiler> Z kampaňových měření vyplývá, že topné sezóně se koncentrace částic v malých obcích hravě srovnají s centrem Brna. Někdy je situace i horší </spoiler>. Ale nejdříve více o kvalitě ovzduší v Brně (a větších městech Jihomoravského kraje), aby bylo s čím srovnávat. 

Regionální pozadí reprezentovala stanice Mikulov-Sedlec. Jako předměstská pozaďová lokalita v Jihomoravském kraji slouží především stanice státní sítě imisního monitoringu Brno – Tuřany, ale budu se věnovat i dalším. Brno-Tuřany mají tu výhodu, že se zde znečištění měří již dlouho. Stanice leží v areálu brněnského letiště v otevřeném prostranství do všech stran. Reprezentuje tedy koncentrační pozadí celé brněnské aglomerace a přilehlého okolí. I v rámci smogového varovného a regulačního systému (SVRS) se jedná o velmi důležitou stanici, protože je reprezentativní jak pro aglomeraci Brno, tak pro Jihomoravský kraj (2 samostatné oblasti v rámci SVRS).

Vítr

Výborná poloha stanice Brno – Tuřany se odráží i ve větrné růžici. Ta je zobrazena na následujícím obrázku včetně členění dle jednotlivých rychlostí větru. Z jihozápadních směrů sice fouká trochu méně často, ale nijak významně. Ze všech směrů lze pozorovat i rychlosti větru nad 6 m.s-1. Nejčastěji fouká ze severozápadních směrů (od Brna) a dále pak ze severovýchodních a východních směrů.

 

Směry větru jsou tedy v Brně – Tuřanech zastoupeny poměrně rovnoměrně. Jsou tedy i koncentrace prašnosti rovnoměrně zastoupeny ze všech směrů? Kdo četl předchozí články, tak již ví, že nikoliv. A následující koncentrační růžice za období 2010 – 2016 to jen potvrzují. Na obrázku jsou pro PM10 hned dvě – koncentrační a vážená koncentrační růžice. Koncentrační růžice (vlevo) zobrazuje, jaké koncentrace jsou v průměru měřeny z jednotlivých směrů větru a při jaké rychlosti větru (vzdálenost od středu). Vážená koncentrační růžice (vpravo) pak zobrazuje, jak se jednotlivé rychlosti a směry větru procentuálně podílí na znečištění v dané lokalitě.

Z koncentračních růžic pro PM10 je parné, že v průměru jsou v této lokalitě měřeny nejvyšší koncentrace při východním až severovýchodním proudění. Zastoupeny jsou jak nízké rychlosti větru (např. při inverzi), tak vyšší rychlosti větru nad 5 m∙s–1. Celkově lze konstatovat, že z východních směrů jsou v průměru měřeny vyšší koncentrace než ze západních. Včetně severozápadního směru. Přestože od Brna fouká nejčastěji, znečištění se z těchto směrů nešíří zdaleka tolik, jako například ze severovýchodu!

Z vážené koncentrační růžice pak vyplývá, že nejvíce přispívá ke znečištění v této oblasti proudění větru z východních až severovýchodních směrů při nízkých rychlostech větru. Již z těchto růžic je patrné, že pro pozaďové hodnoty PM10 v Brně a okolí jsou důležité zejména východní a severovýchodní směry proudění větru při nízkých rychlostech proudění. Připomínám, že obdobná situace panovala i v případě lokality Mikulov – Sedlec, kde byly v období 2010 – 2016 rovněž měřeny nejvyšší koncentrace rovněž při proudění ze severovýchodu! Již toto napovídá, že tyto směry  proudění větru budou zřejmě pro Jihomoravský kraj důležité, a bude potřeba se této problematice důkladněji věnovat.

Důležitost proudění větru ze severovýchodu podtrhuje následující koncentrační růžice. Ta zobrazuje pouze situace, kdy byly 12-hodinové klouzavé průměry PM10 vyšší než 100 µg∙m–3 (což je koncentrační podmínka pro vyhlášení smogové situace). Opět je zcela jasná dominance proudění ze severovýchodu, a to jak v hodnotách koncentrace, tak v počtu výskytů.

V podstatě totožná je i koncentrační růžice pro PM2,5. Důležité jsou opět směry proudění větru z východu až severovýchodu.

Situaci z hlediska nejvyšších koncentrací PM10 shrnují pravděpodobnostní růžice na následujícím obrázku. Ukazují podmínky, za kterých je v Brně – Tuřanech dosahováno 10 % nejvyšších koncentrací PM10 za roky 2010 – 2016, 5 % nejvyšších koncentrací a 1 % nejvyšších koncentrací.

Ono 1 % nejvyšších koncentrací značí hodinové koncentrace PM10 vyšší než 100 µg∙m–3 (smogová situace se vyhlašuje až když je 12-hodinový klouzavý průměr nad 100 µg∙m–3). Zcela jasně se ukazuje, že nejvyšší pravděpodobnost takto vysokých koncentrací je při proudění z východu až severovýchodu.  Do 5 % nejvyšších hodinových koncentrací již spadají hodnoty koncentrací PM10 nad 63 µg∙m–3 a na vině jsou opět V – SV směry, tentokrát však nejen při nízkých rychlostech větru, ale i při mírně vyšších. 10 % nejvyšších hodinových koncentrací PM10 zahrnují hodnoty nad 50 µg∙m–3, do těchto hodnot opět promlouvá především východní a severovýchodní proudění. Připomínám, že hodnota 90 percentilu hodinových koncentrací PM10 měla v Mikulově – Sedleci hodnotu 44 µg∙m–3, v Brně – Tuřanech je tedy o 6 µg∙m–3 vyšší.

V zásadě to samé platí pro PM2,5. Z hlediska hodnot koncentrací pak z koncentračních růžic vyplývá, že v období 2010 – 2016 přesáhlo pouze 1 % hodin hodnotu 82 µg∙m–3, 5 % hodinových koncentrací PM2,5 přesáhlo hodnotu 53 µg∙m–3 a 10 % hodin přesáhlo hodnotu 41 µg∙m–3. Nejvyšší pravděpodobnost dosažení těchto vysokých koncentrací PM2,5 je stejně jako v případě PM10 vždy spojena s prouděním z východu až severovýchodu.

Teplota

Dalším velmi důležitým faktorem, ovlivňujícím koncentrace PM10, je také teplota. To se prokázalo i v případě „čisté“ části Jihomoravského kraje, reprezentované stanicí Mikulov – Sedlec.

Následující obrázek uvádí teplotně členěné koncentrační růžice v lokalitě Brno – Tuřany. Vlevo je zobrazena koncentrační růžice pro PM10 při teplotách pod 0 °C, uprostřed je při teplotách nad 0 °C ale pod 13 °C (hodnota teploty důležitá pro stanovení topné sezóny), a vpravo pak při teplotách nad 13 °C.

Z růžic je patrné, že zvýšené a vysoké koncentrace lze očekávat zejména při teplotách pod 0 °C. Při východním až severovýchodním proudění. Ale i při teplotách nad 0 °C může docházet ke zvýšeným koncentracím PM10, i když spíše ojediněle. Tyto výsledky naznačují vliv lokálních topenišť a topné sezóny, ale například také dálkového transportu z těchto směrů (stejné směry ovlivňují i Mikulov-Sedlec, lokální topeniště nejsou od Tuřan pouze na SV). Při teplotách nad 13 °C jsou koncentrace PM10 mírně zvýšené zejména při vyšších rychlostech větru a proudění z jihovýchodu popř. severovýchodu, což může být důsledek větrné eroze (v následující teplotně členěné růžici pro PM2,5 nad 13 °C takto zvýšené koncentrace nejsou, vysvětlení viz. článek o větrné erozi).

Roční období

Rozdělení koncentračních růžic dle ročních období částečně souvisí i s výše uvedenými meteorologickými prvky. 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 Brně – Tuřanech za roky 2010 – 2016 zobrazuje následující obrázek.

Z růžic je patrné, že vysoké koncentrace jsou měřeny pouze v zimě. Mírně zvýšené koncentrace jsou měřeny na jaře a na podzim, kdy epizody mohou souviset s doznívající topnou sezónou, ale také větrnou erozí (půda ještě není nebo už není zpevněna porostem). V letním období jsou koncentrace velmi nízké. Koncentrační růžice pro PM2,5 je v podstatě totožná.

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 Brno – Tuřany za období 2010–2016.

V denním chodu (vlevo) je zobrazen čas v UTC (světový čas) od 0:00 ve středu až do 23:00 na vnějšku kruhu. Směry větru jsou totožné s koncentrační růžicí. Podobně jako u koncentračních růžic je patrné, že nejvyšší koncentrace jsou měřeny při proudění větru z východu až severovýchodu. Nyní je však informace doplněna o to, že se jedná zejména o noční hodiny, popř. brzké ráno. Přes den naopak koncentrace i při proudění z východu až severovýchodu poklesnou. Tedy opět velmi podobná situace, jako v případě lokality Mikulov – Sedlec. Nejnižší koncentrace jsou pak měřeny přes den při proudění ze severozápadu (od Brna).

Roční chod (vpravo) má pak uprostřed kruhu leden a na obvodu prosinec. Nejvyšší koncentrace jsou měřeny při proudění z východu až severovýchodu v zimních měsících.

Z těchto dvou chodů lze vyvodit, že vysoké koncentrace lze očekávat zejména v chladné části roku a zejména v nočních hodinách. Podobně je na tom regionální pozadí Jihomoravského kraje. To poukazuje na plošný vliv lokálních topenišť, která mohou v topné sezóně ovlivnit celý kraj – jak Brno, tak oblasti „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 opět i v případě denního a ročního chodu PM2,5.

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. Přes den jsou koncentrace zvýšené pouze při vysokých rychlostech větru (větrná eroze, popř. dálkový transport).


Shrnutí

Z koncentračních růžic pro lokalitu Brno – Tuřany vyplývá, že kvalita ovzduší je ovlivňována podobnými až stejnými faktory, jako regionální pozadí Jihomoravského kraje (stanice Mikulov – Sedlec). Koncentrace jsou z pochopitelných důvodů mírně vyšší, než v případě lokality Mikulov – Sedlec, ale jsou ovlivňovány stejnými principy.

Zcela zásadní pro koncentrace PM10 i PM2,5 jsou meteorologické podmínky. Vyšší znečištění je měřeno, pokud proudí vítr z východu až severovýchodu. Naopak při proudění ze západních směrů jsou koncentrace nízké, včetně proudění od Brna (SZ proudění). Výrazný vliv má rovněž teplota, vysoké koncentrace jsou měřeny výhradně při nízkých teplotách během topné sezóny.

Z hlediska časového rozlišení je výskyt vysokých koncentrací téměř výhradně situován do zimních měsíců a nočních hodin. To naznačuje plošný vliv lokálních topenišť i na čistá území Jihomoravského kraje.

Zároveň dominance proudění větru ze severovýchodního směru z hlediska vysokých koncentrací PM jak v Brně – Tuřanech, tak např. v Mikulově – Sedleci, výrazně naznačuje vliv dálkového transportu znečištění z tohoto směru do Jihomoravského kraje.

A opět jedno povzdechnutí na závěr. V již minulém článku zmíněné žalobě na zásady územního rozvoje Jihomoravského kraje je konstatováno, že vliv dálnice na kvalitu ovzduší je do vzdálenosti 3 km. V žalobě je mapka se zakreslenými 3 km pásy, kde je kvalita ovzduší vlivem dálnice zhoršena. Stanice Brno – Tuřany leží právě v tomto pásu, protože vzdálenost od dálnice je necelé 2 km. Nutno podotknout, že nejblíže leží dálnice ke stanici Brno – Tuřany v severozápadním směru (na Brno – viz následující obrázek). A právě z těchto směrů jsou koncentrace PM10 i PM2,5 nízké. Nemluvě o tom, že v případě významného vlivu dálnice by neměly být koncentrace v nočních hodinách výrazně vyšší než v denních, a její vliv by se neprojevoval pouze při nízkých teplotách a v topné sezóně. Ovlivnění kvality ovzduší z hlediska brněnského pozadí je tedy nutné hledat jinde. Bohužel takovéto alespoň trochu podrobnější analýze již autoři nevěnovali čas. Nechci samozřejmě říkat, že dálnice popř. další komunikace nemají na kvalitu ovzduší vliv. Samozřejmě mají a budu o tom v dalších článcích detailněji psát. Přesto, studie provedená v blízkosti křížení pražského okruhu a dálnice D1 naznačuje, že koncentrace škodlivin se vzdáleností od dálnice zřetelně klesají již v desítkách metrů. Koncentrace některých škodlivin jsou dokonce v přilehlých obcích vyšší než v těsné blízkosti dálnice. Rovněž dlouhodobé měření koncentrací PM10 a PM2,5 v těsné blízkosti dálnice A1 v Rakousku se téměř neliší od 15 km vzdálené stanice v městském parku (tato data z rakouských stanic je v současnosti možné sledovat i na portálu ČHMÚ, kde jsou dostupná okamžitá data z Hornorakouských a Dolnorakouských stanic). 

Kvalitu ovzduší tedy nelze posuzovat pouze na základě několika čísel s průměrnými statistikami. K odhalení vlivů je potřeba zabývat se podrobnými daty a meteorologickými údaji. V případě identifikace zdrojů znečištění je pak potřeba dlouhodobějších měření, odběrů částic pro následné chemické analýzy, a hodnocení pomocí pokročilých statistických metod a modelů. 

Poslední obrázek tedy slouží i jako zamyšlení. Proč jsou podle vás severovýchodní směry proudění větru tak důležité pro kvalitu ovzduší na jižní Moravě.

Oštítkováno , , , , ,

Okomentujte článek ...