Prach

Koncentrace částic na předměstí a v okrajových částech Brna II – vývoj a imisní limity

Jak se vyvíjí koncentrace prašnosti v okrajových rezidenčních částech Brna v blízkém brněnském okolí? Jaký vliv mají meteorologické podmínky na tento vývoj? A jsou v lokalitě Brno – Tuřany překračovány imisní limity? Více v článku.

 

Tento článek navazuje na předchozí kapitolu o předměstském 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

Vývoj ročních koncentrací v lokalitě Brno – Tuřany lze vyjádřit pomocí 8 grafů (dle směru větru). Každý graf tak zobrazuje, jaké jsou průměrné roční koncentrace PM10 pokud proudí vítr pouze z daného směru.

Z grafů je patrné to, co zobrazovaly i koncentrační růžice. Nejvyšších průměrných hodnot je dosahováno při proudění ze severovýchodu a východu. Zároveň je také patrné to, že ke snižování koncentrací v posledních letech dochází zejména díky snižování koncentrací z těchto směrů. Jinak řečeno, v posledních letech do Brna proudění ze SV a V nepřinášelo tolik znečištění, jako např. v letech 2010 a 2011. To mohou mít také na svědomí teplejší a vlhčí zimy, kdy převažovalo jiné než SV proudění větru. 

Při proudění ze SV a V  může také docházet k dálkovému transportu znečištění z Polska, popř. Moravskoslezského kraje. Tento dálkový transport tak může navyšovat průměrné hodnoty koncentrací prašnosti v Brně.

Naopak dlouhodobě nejnižší koncentrace jsou při proudění ze západních směrů. Lze tedy říci, že při západním proudění jsou v Brně dlouhodobě měřeny ty nejnižší koncentrace prašnosti. Tento trend naprosto souhlasí s výsledky měřenými v regionální pozaďové lokalitě Jihomoravského kraje.

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 Brno – Tuřany, 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 v této lokalitě hodnotám okolo 200 µg∙m–3. Jen pro srovnání, nejvyšší průměrné denní koncentrace PM10 ze začátku roku 2017 se pohybovaly okolo 135 µg∙m–3!

Naopak poslední zimy v uvedeném období 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 nižších koncentracích PM10.

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

Zde je patrný významný pík v listopadu 2011, který se blíží hodnotám z ledna 2010. 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 erozi, a na poměry „letních měsíců“ velmi vysoké koncentrace PM10, převyšující i některé průměrné hodnoty v topné sezóně 2014 / 2015 a 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, ale výrazně se projevuje i v rezidenčních a okrajových částech Brna a také v blízkém brněnském okolí.

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 danou hodinu.

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, výrazný je rovněž listopad 2011. Rovněž je patrné, že v létě jsou koncentrace nízké vždy.

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 uvedené analýzy. Data byla před zpracováním ještě „zbavena“ 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. Jaký je rozdíl na standardním vývoji a vývoji bez vlivu sezón je zobrazeno v kapitole o regionálním pozadí, zde již budu uvádět pouze vývoj bez vlivu sezóny.

Z grafů vyplývá, že v letech 2010 – 2016 se s každým rokem koncentrace PM10 v lokalitě Brno – Tuřany snižovala o 0,89 µg∙m–3 (3,1 %). V případě PM2,5 byl meziroční pokles o 0,37 µg∙m–3 (1,75 %).

Z grafů lze také vyčíst to, co jsem již uváděl výše – velmi vysoké koncentrace v lednu 2010 a listopadu 2011. Ale je také možné zjistit mimořádně 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 včetně brněnského předměstí a rezidenčních okrajových částí Brna.

 

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.

Imisní limit pro průměrnou roční koncentraci PM10 a PM2,5

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 koncentrace PM10 jsou výrazně podlimitní. Rovněž koncentrace PM2,5 ani jednou nepřekročily imisní limit pro průměrnou roční koncentraci, avšak v některých letech (2010) se imisnímu limitu blíží.

 

Imisní limit pro průměrnou denní koncentraci 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 povolený počet dní s překročenou hodnotou imisního limitu je za kalendářní rok 35. Důležitá je tedy až 36. nejvyšší hodnota průměrné denní koncentrace (nikoliv maximální koncentrace za rok, jak někteří uvádí).

A kolik se takových dní vyskytuje v lokalitě Brno – Tuřany, reprezentující rezidenční okrajové části Brna a okolí Brna? To už ukazuje následující obrázek.

Červeně vyznačená čísla značí překročení imisního limitu. V roce 2010 a 2011 tedy došlo k překročení imisního limitu pro průměrnou denní koncentraci PM10, v následujících letech již nikoliv.

Z hlediska této charakteristiky nezačal rok 2017 nejlépe. Za první polovinu roku 2017 již došlo k 29 dnům s průměrnou denní koncentrací vyšší než 50 µg∙m–3. Je však třeba dodat, že všechna překročení hodnoty imisního limitu proběhla do 16. 2. 2017. Od té doby již k překročení hodnoty imisního limitu nedošlo.

Samozřejmě 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 brněnského pozadí téměř 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 7,7 x za měsíc), nejvyšší počet byl naměřen v lednu (17, naměřeno v již zmiňovaném roce 2010). Mezi dubnem a zářím k překračování téměř nedochází – viz. následující obrázek.

 

Dny v týdnu 

Jeden z dotazů v minulém článku o koncentracích v Brně – Tuřanech se týkal toho, zda je rozdíl mezi jednotlivými dny v týdnu. Pro hodnocení jsem tedy použil průměrné denní koncentrace PM10 za období 2010 – 2016. Výsledky pak zobrazuje krabicový graf na následujícím obrázku.

Je patrné, že jednotlivé dny se od sebe příliš neliší. Nejnižší medián (střední hodnota) koncentrací je měřen v neděli (19,2 µg∙m–3) a v pondělí (20,7 µg∙m–3), naopak nejvyšších hodnot je dosahováno ve čtvrtek (23 µg∙m–3) a v pátek (22,7 µg∙m–3). Sobota dosahuje podobných hodnot jako např. úterý (21,5 µg∙m–3). Rozdíly nejsou tedy nijak dramatické, pracovní dny zřejmě budou mít svůj vliv na koncentrace PM10, ale mnohem podstatnější jsou meteorologické podmínky, a ty si dny nevybírají – proto jsou hodnoty PM10 v Brně – Tuřanech velmi podobné.

Velmi podobná situace je i v případě PM2,5. Tam je naopak nejnižší medián koncentrací měřen v pondělky (14 µg∙m–3) a nejvyšší ve středu – pátek (shodně 16 µg∙m–3). Úterky a soboty měří podobně (15,7 µg∙m–3). Rozdíly jsou tak ještě nižší než v případě PM10.


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 východním a severovýchodním 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).

Pracovní týden má pouze minimální vliv na koncentrace PM10 a PM2,5 v této lokalitě, podstatnější jsou meteorologické podmínky a topná sezóna.

Z hlediska imisních limitů pro PM10 i PM2,5 je patrné, že v rezidenční okrajové části Brna a okolí dlouhodobě nedochází k překračování imisních limitů pro průměrné roční koncentrace PM10 a PM2,5. Hodnota imisního limitu pro PM10 je překračována téměř výhradně v chladné části roku během topné sezóny. Pokud je tedy topná sezóna chladná a dlouhá, může dojít k překročení imisního limitu pro průměrnou denní koncentraci PM10 (2010 a 2011).

 

[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 ...